[비즈한국] 哈姆雷特曾说过：“生存还是毁灭，这是一个值得考虑的问题。”这个问题不仅在莎士比亚的文学作品中意义重大，在现代物理学中也出现了类似的问题，那就是薛定谔的猫实验。
在一个密封的盒子里，放着毒药、放射性元素和一只猫。如果放射性元素衰变，毒药就会释放，猫就会死；如果元素不衰变，猫就会活下来。问题的关键在于，这种放射性元素的衰变与否，是由量子力学的测不准原理决定的。换句话说，在打开盒子观察之前，猫处于一种既是活的又是死的状态。这种看似荒谬的情况之所以可能，正是因为“量子叠加”。
事实上，这个在量子力学中必不可少的著名思想实验，最初是为了强调量子力学的矛盾而设计的。薛定谔提出这个实验，本意是想让那些在微观世界主张“叠加”这一难以理解的概念的年轻物理学家们出丑。他试图通过将微观世界的魔法逐渐放大，应用到“猫”这种宏观存在身上，从而展示其荒谬性。然而，坚持量子力学的物理学家们并没有屈服，他们承认了死猫与活猫并存的叠加状态。
那么，叠加是否必须局限于装有猫的盒子里呢？同样的逻辑也可以应用于放置盒子的实验室、整栋建筑，甚至整个宇宙。于是，一种魔幻般的理论应运而生，那就是著名的“多元宇宙”（Multiverse）概念。多元宇宙假设非常有趣，尽管它是一个极其艰深复杂且抽象的概念，却在科幻电影等大众文化中得到了广泛应用。
事实上，多元宇宙在数学上虽具有吸引力，但曾被认为几乎不可能通过实际观测来验证。然而，最近有观点指出，谷歌开发的量子计算机或许能证明多元宇宙存在的可能性。量子计算机的成功，真的能成为证明多元宇宙存在的证据吗？
要正确理解最近引发争议的这一话题，首先需要理解为什么天文学家和物理学家会对尚无法证明的多元宇宙假设进行深入研究。多元宇宙不仅是科幻般的想象。物理学家研究多元宇宙的原因，不仅仅是因为好奇是否存在另一个宇宙，更因为它让我们能够将宏大的宇宙视为一种量子力学存在，这具有深远的意义。
当前的物理学由两大支柱构成：一是以牛顿和爱因斯坦的经典物理学为代表的宏观世界物理学，另一是以量子力学解释的微观世界物理学。问题在于，这两者至今尚未实现完美统一。多元宇宙假设可能是连接两者的关键钥匙。因为多元宇宙概念包含着“整个巨大的宇宙作为量子力学存在而运作，且随时随地都可能诞生新宇宙”的思想。
根据大爆炸理论，初始宇宙的尺度比原子还要小，因此受量子力学的测不准原理支配。在那一时期，空间和时间的运作方式与现在完全不同，甚至物理定律也处于不确定状态。根据测不准原理，无法精确得知特定物理量的值，结果导致真空中能量也可能随机波动。这一原理被用来解释“量子涨落（Quantum Fluctuation）”现象，即粒子与反粒子对瞬间产生又瞬间消失。这种现象在宇宙诞生初期也可能发生，暗示了宇宙诞生于微小量子涨落的可能性。
如果这种量子涨落具备足够的能量密度，就可能生成一个独立的新空间。也就是说，我们的宇宙整体可能源于最初的一次微小波动。这与多元宇宙假设也是相通的。因为只要测不准原理在起作用，就意味着宇宙的诞生可能不是一次性事件，而是持续发生的。这意味着除了我们居住的宇宙外，无数个宇宙可能在不同时间点诞生，这是支撑多元宇宙假设的重要概念之一。
1950年代，休·艾弗雷特（Hugh Everett）提出了一种将薛定谔的猫思想实验提升到更高维度的解释，即所谓的“多世界诠释”。按照经典的量子力学解释，盒子里的猫处于死与活两种波函数共存的“叠加状态”。只有在打开盒子的瞬间，所有概率才会塌缩到其中一种，从而确定猫的命运。
但艾弗雷特认为这种解释很别扭。他寻找了一种不需要将两种概率塌缩成一种的新解释。他认为，如果在每次观测时，猫活着的宇宙和猫死去的宇宙会持续分裂，而我们只是目击了其中一个宇宙里发生的事情，那么就没有必要假设叠加的两种概率在现实中塌缩成一个。也就是说，每当进行观测时，宇宙的命运就会分裂成多个分支，这就是多世界诠释。它为宇宙如何由无数多元宇宙组成提供了数学解答。
如果我们假设宇宙不是一个而是无数个，那么对于宇宙“微调”问题，或许能有一种更省力的解决方式。物理学中一直在探讨：为什么我们宇宙的物理常数如此精准，刚好能让生命存在？对此的一种解释是：我们生活的宇宙只是无数个宇宙中的一个，在其他宇宙中，物理常数设置不同，因此很多宇宙无法孕育生命。逻辑在于，我们最终只能生存在一个“可观测宇宙”中。
因此，讨论多元宇宙时必不可少的一个概念就是“人择原理（Anthropic Principle）”。人择原理的基本逻辑是：我们之所以能观测到这个宇宙，是因为宇宙的构成使得像我们这样的观测者能够存在。人择原理主要分为两种：
第一种是“弱人择原理（Weak Anthropic Principle）”，它提供了一个简单的解释：因为我们的宇宙适合生命存在，所以我们才能存在。
第二种是“强人择原理（Strong Anthropic Principle）”，它蕴含了一个更强有力的主张：宇宙本质上就是为了让观测者能够存在而被调节的。这暗示了宇宙物理常数被调整为适合生命存在的状态并非偶然，这与多元宇宙假设有着深层联系。
最近，谷歌在发布名为“柳（Willow）”的量子计算机时宣传称，它具备了极其快速的计算能力，能够解决甚至超过宇宙年龄的计算任务。同时，谷歌还提到他们的量子计算机展现了多元宇宙存在的可能性，引发了巨大的轰动。
量子计算机超越了仅以1和0进行计算的方式，是一种利用两种状态共存的“量子叠加”进行计算的新概念。它最初由物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）构想，后来由英国物理学家大卫·多伊奇（David Deutsch）奠定了现代量子计算机的理论基础。许多物理学家预计，如果量子计算机能在未来几年内实现显著的商业化，多伊奇很有可能获得诺贝尔物理学奖。
多伊奇在解释量子计算机原理时曾做过一个有趣的比喻：“量子计算机就像是与多个多元宇宙连接，像GPU一样进行并行计算。”他这电影般的比喻让人产生一种错觉，仿佛现实中的量子计算机正在与我们宇宙之外的另一个宇宙相连并神秘地运作。但这只是一个精彩的诗意比喻，很难认为量子计算机的运作本身就是多元宇宙的实验证据。这只是在告诉我们，人类对于量子叠加和纠缠的理解并没有错，量子力学现象确实如我们预测的那般在发生，但这并不意味着我们宇宙之外真的存在无数个共存的宇宙。
对于我这样一个习惯于只相信观测结果的天文学家来说，多元宇宙假设既有一种奇特的吸引力，又有一种抵触感。感觉就像是魅力与抵触的叠加。回顾天文学史，人类总是倾向于认为自己是唯一的，但历史总在不断证明人类并非唯一。我们曾以为特别的地球、太阳、银河系，其实都只是无数恒星、行星和星系中的一个。自然地，这种担忧现在转向了我们的整个宇宙。我们以为唯一的宇宙，会不会也只是众多宇宙中的一个呢？纵观天文学史的发展轨迹，这似乎并非不可能。
但与此同时，从讨论“可观测宇宙之外的宇宙”这一层面来看，它又让人感觉像是一个从一开始就无法证明的空洞话题。因为归根结底，要被视为天文学事实，必须通过实际观测来验证。
相反，多元宇宙在另一个意义上具有魅力。我们的宇宙在诞生之初比原子还要微小。因此，要理解宇宙的起源，需要的不是歌颂宏观世界的牛顿和爱因斯坦物理学，而是量子力学。此后急剧膨胀的宇宙虽然表现得像是一个宏大巨大的世界，但其实它的起点微不足道。
宇宙是一个伪装成宏观存在的微观存在。多元宇宙假设在将宇宙视为宏观存在同时也是微观存在这一层面，具有独特的吸引力。大爆炸是孕育巨大宇宙最宏观的事件，但同时也是在极度随机涨落的量子海中发生的最微观事件。
我个人并不喜欢“量子计算机”这个表达。事实上，量子计算机的运作方式与我们当前使用的经典计算机有着本质区别。称之为“量子计算机”会引发误解，仿佛它是我们现在使用计算机的升级版。所以如果非要起个名字，我倒觉得干脆叫“量子机器（Quantum Machine）”可能更公平。如果“量子计算机”，也就是“量子机器”真的是连接多元宇宙的GPU般的机器，那么我们的宇宙说不定很久以前就已经被生活在更高级宇宙中的存在“窃取资源”了。看来我们也快到了要去别的宇宙“偷”点资源的时候了。
作者池雄培（Ji Woong-bae）是谁？他热爱猫和宇宙。小时候看了《银河铁道999》后，立志要向世人传播宇宙的美丽。目前在延世大学银河演化研究中心及近宇宙论实验室研究通过星系相互作用进行的演化，并通过讲座和写作开展多样的科学传播活动。著有《썸 타는 천문대》（暧昧天文台）、《하루 종일 우주 생각》（整天想宇宙）、《별, 빛의 과학》（星，光的科学）等书籍。