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每个人都是唯一的吗?量子力学认为?宇宙中有无数个自己存在?

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-10-11

每个人都是独一无二的,这句话我们在学校或家庭经常听到。

就算是外貌相同的双胞胎,他们的思想和行为也会存在差异,因此每个人都是独特的。

这似乎是一种正确的观点。

然而,量子力学和多重宇宙理论,暗示着可能存在与我们相似的人或平行宇宙中的自己。

物理学家告诉我们,人类和地球本质上都是由原子构成的,它们之间的区别仅仅是原子排列的不同。

事实上,组成人类和地球的原子在46亿年前都是太阳星云的一部分。

从纯物理角度来看,每个人只是原子排列的不同组合。

在这种情况下,为什么没有出现完全相同的人或者说宇宙中的另一个自己呢?这纯粹是因为宇宙的年龄还很年轻,原子的排列方式太多,因此尚未出现排列重复的情况。

在数学上,有一个概念叫做庞加莱回归。

它的意思是,只要时间足够长,包括宇宙在内的所有系统都会在某个瞬间回到最初的状态,或者是某个已经发生过的状态。

因此,只要时间足够长,每个人都不再是独一无二的。

除了纯数学和物理层面的论证外,研究量子力学的物理学家们提出了他们自己的想法和推论。

根据量子力学的不确定性和叠加态,量子物理学家们认为宇宙并不只有一个,而是有无数个,也就是所谓的量子多重宇宙,即无限个平行宇宙。

这种较为科幻的理论认为:每当量子效应出现时,宇宙便会发生一次分裂。

比如,在我们的宇宙中,薛定谔的猫可能是活的,但瞬间就会分裂出一个猫是死的的量子平行宇宙。

这两个宇宙除了猫的结局不同,其他方面完全一样。

根据这个理论,我们每个人所做的每个选择甚至每个想法,都会导致宇宙发生分裂,从而在分裂的宇宙中产生一个和你完全一样的人,只是做出了不同的选择。

这就是量子论中的无限平行宇宙,也就是无数个做出不同选择的自己。

由于物理学界对量子力学的研究尚未深入,关于量子平行宇宙的推论仅限于理论层面,缺乏实际证据的支持。

如果说量子平行宇宙过于科幻,那么天文学界为人类个体的唯一性问题提供了一个实际的答案。

天文学家认为,我们的宇宙只是众多宇宙中的一个,就像银河系只是宇宙中的一个星系,太阳只是银河系中的一个恒星。

多重宇宙论认为每个宇宙的基本常数都不同,比如光速在我们的宇宙中是每秒30万公里,在其他宇宙可能是每秒40万或4万公里。

虽然这种不同的规则会导致一系列的变化,但考虑到样本基数的限制,我们可以合理地推断,在其他宇宙中可能存在与我们相似的人。

这些人可能具有相似的外貌、个性和经历,但由于不同宇宙的环境和历史条件的变化,他们的生活可能会有所不同。

从物理学的角度来看,每个人在某种程度上都是独特的,因为原子的排列方式和宇宙的演化经历使得我们在现实世界中没有完全相同的人。

然而,量子力学和多重宇宙理论提供了一些有趣的思考,暗示着可能存在与我们相似的人或平行宇宙中的自己。

这些理论尚未得到直接的实证支持,因此仍然属于科学上的推测和猜测。

量子信息+熵,能解释宇宙的演化吗

热力学第二定律,也许是物理里最根本的几条原理之一。

它说,一个系统的熵只会随时间增加,不会减少。

这也是唯一一条能指明"时间箭头"朝哪走的物理定律。

熵,说白了就是无序的程度:熵越低,结构越有序;熵越高,越散乱。

糖从浓处向淡处扩散、气体膨胀、咖啡放凉,背后都是熵在增加。

人们相信,宇宙的演化也遵循这条定律。

宇宙早年处于低熵状态,一路演化到高熵。

可就在这个过程中,宇宙造出了一些极其复杂的结构——星系就是代表。

星系的熵很低,却是在一个高熵的环境里形成的。

这看起来像是在违反第二定律。

这个存在已久的矛盾,正是物理学家金妮斯特拉·比安科尼想解决的难题。

引力、熵与量子信息的交织,是比安科尼理论的视觉主题(图片来源:Physics World) 在爱因斯坦的广义相对论里,有个叫"度规"的数学对象,描述时空是怎么弯曲的;物质沿着这条弯曲走,就表现成了引力。

而在量子力学里,"算符"是对量子态做变换的数学工具。

比安科尼的关键一步,就是把这个"度规"当成量子算符来用,用量子化的方式描述时空的几何。

这样一来,会冒出两个"度规":一个是"真实"的时空度规,一个是由物质和能量诱导出来的度规。

两者之间"差多少",用量子信息论里的一个量来度量,叫量子相对熵。

正是这两个几何之间的量子相对熵,决定了时空怎么演化——换句话说,它给出的运动方程,就是引力。

在低曲率极限下,这套方程能精确还原爱因斯坦的广义相对论。

可一旦超出这个极限,方程就得被一个叫"G场"的对象修正。

G场生出一个暗能量项,而且是动态的。

暗能量被认为是直接推动宇宙膨胀的东西;在标准广义相对论里,它由静态的宇宙学常数驱动。

现在冒出一个动态的暗能量项,就有了被实验检验的机会。

比安科尼又把这套理论用到了弗里德曼-罗伯逊-沃克(FRW)宇宙模型上。

这是广义相对论对宇宙行为的一级近似,假设宇宙各向同性、处处均匀、且在膨胀。

膨胀由宇宙的主导成分驱动——暗物质、普通物质,或辐射。

宇宙膨胀时,体积变大,总熵也跟着变大。

但正因为体积涨得更快,单位体积里的熵——也就是熵密度——反而随时间下降。

总熵在涨,局部熵密度却在降,这就给了星系、甚至生命这类低熵结构一个在膨胀宇宙里被造出来的机制。

那这算不算违反第二定律?比安科尼用非空的 FRW 宇宙算了一遍总熵:要把熵密度在整个时空区域上积分,而因为体积随时间变大,总熵成了时间的函数——膨胀的速度超过了熵密度衰减的速度。

所以对辐射主导和物质主导的宇宙,总熵依然随时间增加,第二定律照样成立,尽管局部熵密度在下降。

比安科尼强调,GfE 理论还很年轻,需要实验来验证。

但这项工作揭示了它内在的热力学本质,为经典引力与量子引力都打开了新路——把引力用"量子信息"和"熵"来表述,也许正是通向"量子化引力"这个百年难题的另一条路径。

引力,也许并不是什么神秘的基本力,而只是信息与熵的必然结果。

若真如此,宇宙为什么要演化、为什么能长出星系和生命,答案也许就藏在这条最普通的第二定律里。

来源:S. Jones, "Could quantum information theory explain universe evolution?" Physics World, 14 Sep 2026. 报道所引研究:G. Bianconi, Physical Review D.

追踪13.4万亿个暗物质!百亿亿次超算用4天完成这场模拟

科技日报记者 刘霞 美国能源部阿贡国家实验室日前发布消息称,该机构科学家借助“极光”百亿亿次超级计算机,完成了迄今规模最大的两次宇宙学模拟。

每次模拟都追踪了13.4万亿个暗物质粒子在286亿光年宽度区域内的演化过程。

这一成果有助于科学家研究宇宙暴胀,并为分析大型巡天观测数据提供重要支撑。

左图为百亿亿次级模拟生成的全天空光锥图;右图外圈显示宇宙微波背景辐射,扇区分别展示视线速度(红/蓝)、物质密度(灰)和引力势(绿/蓝)。

图片来源: 美国阿贡国家实验室 宇宙暴胀理论认为,极早期宇宙曾经历一段短暂而剧烈的快速膨胀。

这一过程将微观量子涨落拉伸到宇宙尺度,留下微小的密度差异;随后,引力把这些差异不断放大,最终形成我们今天看到的星系、星系团和宇宙大尺度结构。

然而,暴胀背后的具体物理机制仍未完全确定。

通过研究物质在宇宙中的分布,有望找到更多线索,探索宇宙最早期的秘密。

暗物质无法被望远镜直接看见,却凭借引力主导星系形成,并塑造更大尺度的宇宙结构。

在模拟中,暗物质粒子被用作暗物质密度和速度分布的“示踪剂”,团队由此得以追踪宇宙结构跨越数十亿年的演化轨迹。

标准宇宙暴胀模型预测,早期宇宙的密度涨落服从高斯分布,也就是最简单的一类随机模式。

科学家正努力寻找其中可能存在的微小偏差,即“原始非高斯性”。

一旦发现可测量的偏差,就可能暗示暴胀时期还存在其他场、相互作用或动力学过程,从而帮助区分关于宇宙最初时刻的不同理论。

然而,这类信号极其微弱,还可能被“宇宙方差”掩盖——由于观测只能采样宇宙的有限体积,统计不确定性难以完全消除。

因此,探测此类信号需要覆盖最大宇宙尺度的超大规模模拟。

而如此规模的模拟对算力要求极高。

团队在阿贡国家实验室的“极光”超级计算机上完成了计算。

模拟及大部分数据分析约4天完成,目标正是揭示宇宙暴胀的物理本质。

这些模拟数据将助力分析多项大型巡天项目,包括美国能源部支持的暗能量光谱仪(DESI)和NASA的SPHEREx任务,两者目前均处于数据采集阶段。

模拟与前沿观测相互印证,将共同描绘出更为精细的宇宙图景,推动人类对宇宙起源与演化的探索。

来源:科技日报