有人正在从外部观察和研究我们这个宇宙：它是谁？

理论学家试图用修改过的量子力学方程解释宇宙的确定性。

量子力学的古怪定律认为，物体能够同时以多种状态存在——比如同时存在于两个不同的地方，或者某一过程能够同时以不同的速度发生。这就是所谓的“叠加态”。

处于叠加态的系统会一直保持这种状态。但一旦有来自系统外部的观测或测量介入，它就会表现出确定性。这种突然改变即是所谓的“坍缩”。

物理学家埃尔温・薛定谔1935年在总结量子力学时展示了一个著名的悖论——一只被困在盒子里，是死的同时又是活的猫。只有在盒子被打开的一瞬间，这只猫才会“坍缩”成确定的状态——生死二选其一。

“薛定谔的猫”只是一个比喻。量子力学擅长描述的是基本粒子层面的微观世界。而在我们习以为常的宏观世界里，物理学却依赖于确定性。整个宇宙看起来完全是确定的、经典的。

这种差异也牵扯到另外一个重要议题，即描述微观世界的量子力学，该如何与解释宏观宇宙的相对论统一起来。

如果用量子力学的眼光来考察，假设量子力学适用于一切尺度，那么确实很奇怪——宇宙为什么不是叠加态的？一个叠加态的宇宙会同时拥有多种不同的时空特性，而我们这个宇宙显然不是这样。

如果宇宙可以是叠加态的，那又是什么导致宇宙产生了确定性？是外部有人在观察、研究吗？如果没有，我们人类就是那个观察者吗？如果不是，它的确定性又从何而来？

近日以意大利特里雅斯特大学Matteo Carlesso为首的一批理论物理学家，试图通过修改相关方程，来解释宏观宇宙为何具有确定性。

研究人员在与叠加态有关的方程中加入了几个概念。这些概念中有一些描述了系统会如何与自身相互作用。

通过经过微调的量子力学理论，研究人员认为叠加态的坍缩并非由外部的观测触发，而是会定期自然发生。

基于修改后的理论，叠加态的宏观宇宙会定期自发坍缩产生确定性，获得特定的时空特性。而由于微观粒子与宏观世界是相互作用的，是宏观系统的一部分，它们的状态也会很快坍缩，并获得看起来像是测量结果的确定性坐标。

也就是说，无需在外部进行观测，宇宙中的所有系统都会定期自发坍缩。这或许可以解释为什么我们的宏观宇宙看起来是经典的，而不是叠加态的。

当然证明起来相当困难。

参考
Spontaneous collapse models lead to the emergence of classicality of the Universe
https://link.springer.com/article/10.1007/JHEP02(2024)193