[비즈한국] 哈姆雷特曾說過：“生存還是毀滅，這是一個值得考慮的問題。”這個問題不僅在莎士比亞的文學作品中意義重大，在現代物理學中也出現了類似的問題，那就是薛定諤的貓實驗。
在一個密封的盒子裡，放著毒藥、放射性元素和一隻貓。如果放射性元素衰變，毒藥就會釋放，貓就會死；如果元素不衰變，貓就會活下來。問題的關鍵在於，這種放射性元素的衰變與否，是由量子力學的測不準原理決定的。換句話說，在開啟盒子觀察之前，貓處於一種既是活的又是死的狀態。這種看似荒謬的情況之所以可能，正是因為“量子疊加”。
事實上，這個在量子力學中必不可少的著名思想實驗，最初是為了強調量子力學的矛盾而設計的。薛定諤提出這個實驗，本意是想讓那些在微觀世界主張“疊加”這一難以理解的概念的年輕物理學家們出醜。他試圖透過將微觀世界的魔法逐漸放大，應用到“貓”這種宏觀存在身上，從而展示其荒謬性。然而，堅持量子力學的物理學家們並沒有屈服，他們承認了死貓與活貓並存的疊加狀態。
那麼，疊加是否必須侷限於裝有貓的盒子裡呢？同樣的邏輯也可以應用於放置盒子的實驗室、整棟建築，甚至整個宇宙。於是，一種魔幻般的理論應運而生，那就是著名的“多元宇宙”（Multiverse）概念。多元宇宙假設非常有趣，儘管它是一個極其艱深複雜且抽象的概念，卻在科幻電影等大眾文化中得到了廣泛應用。
事實上，多元宇宙在數學上雖具有吸引力，但曾被認為幾乎不可能透過實際觀測來驗證。然而，最近有觀點指出，谷歌開發的量子計算機或許能證明多元宇宙存在的可能性。量子計算機的成功，真的能成為證明多元宇宙存在的證據嗎？
要正確理解最近引發爭議的這一話題，首先需要理解為什麼天文學家和物理學家會對尚無法證明的多元宇宙假設進行深入研究。多元宇宙不僅是科幻般的想象。物理學家研究多元宇宙的原因，不僅僅是因為好奇是否存在另一個宇宙，更因為它讓我們能夠將宏大的宇宙視為一種量子力學存在，這具有深遠的意義。
當前的物理學由兩大支柱構成：一是以牛頓和愛因斯坦的經典物理學為代表的宏觀世界物理學，另一是以量子力學解釋的微觀世界物理學。問題在於，這兩者至今尚未實現完美統一。多元宇宙假設可能是連線兩者的關鍵鑰匙。因為多元宇宙概念包含著“整個巨大的宇宙作為量子力學存在而運作，且隨時隨地都可能誕生新宇宙”的思想。
根據大爆炸理論，初始宇宙的尺度比原子還要小，因此受量子力學的測不準原理支配。在那一時期，空間和時間的運作方式與現在完全不同，甚至物理定律也處於不確定狀態。根據測不準原理，無法精確得知特定物理量的值，結果導致真空中能量也可能隨機波動。這一原理被用來解釋“量子漲落（Quantum Fluctuation）”現象，即粒子與反粒子對瞬間產生又瞬間消失。這種現象在宇宙誕生初期也可能發生，暗示了宇宙誕生於微小量子漲落的可能性。
如果這種量子漲落具備足夠的能量密度，就可能生成一個獨立的新空間。也就是說，我們的宇宙整體可能源於最初的一次微小波動。這與多元宇宙假設也是相通的。因為只要測不準原理在起作用，就意味著宇宙的誕生可能不是一次性事件，而是持續發生的。這意味著除了我們居住的宇宙外，無數個宇宙可能在不同時間點誕生，這是支撐多元宇宙假設的重要概念之一。
1950年代，休·艾弗雷特（Hugh Everett）提出了一種將薛定諤的貓思想實驗提升到更高維度的解釋，即所謂的“多世界詮釋”。按照經典的量子力學解釋，盒子裡的貓處於死與活兩種波函式共存的“疊加狀態”。只有在開啟盒子的瞬間，所有機率才會塌縮到其中一種，從而確定貓的命運。
但艾弗雷特認為這種解釋很彆扭。他尋找了一種不需要將兩種機率塌縮成一種的新解釋。他認為，如果在每次觀測時，貓活著的宇宙和貓死去的宇宙會持續分裂，而我們只是目擊了其中一個宇宙裡發生的事情，那麼就沒有必要假設疊加的兩種機率在現實中塌縮成一個。也就是說，每當進行觀測時，宇宙的命運就會分裂成多個分支，這就是多世界詮釋。它為宇宙如何由無數多元宇宙組成提供了數學解答。
如果我們假設宇宙不是一個而是無數個，那麼對於宇宙“微調”問題，或許能有一種更省力的解決方式。物理學中一直在探討：為什麼我們宇宙的物理常數如此精準，剛好能讓生命存在？對此的一種解釋是：我們生活的宇宙只是無數個宇宙中的一個，在其他宇宙中，物理常數設定不同，因此很多宇宙無法孕育生命。邏輯在於，我們最終只能生存在一個“可觀測宇宙”中。
因此，討論多元宇宙時必不可少的一個概念就是“人擇原理（Anthropic Principle）”。人擇原理的基本邏輯是：我們之所以能觀測到這個宇宙，是因為宇宙的構成使得像我們這樣的觀測者能夠存在。人擇原理主要分為兩種：
第一種是“弱人擇原理（Weak Anthropic Principle）”，它提供了一個簡單的解釋：因為我們的宇宙適合生命存在，所以我們才能存在。
第二種是“強人擇原理（Strong Anthropic Principle）”，它蘊含了一個更強有力的主張：宇宙本質上就是為了讓觀測者能夠存在而被調節的。這暗示了宇宙物理常數被調整為適合生命存在的狀態並非偶然，這與多元宇宙假設有著深層聯絡。
最近，谷歌在釋出名為“柳（Willow）”的量子計算機時宣傳稱，它具備了極其快速的計算能力，能夠解決甚至超過宇宙年齡的計算任務。同時，谷歌還提到他們的量子計算機展現了多元宇宙存在的可能性，引發了巨大的轟動。
量子計算機超越了僅以1和0進行計算的方式，是一種利用兩種狀態共存的“量子疊加”進行計算的新概念。它最初由物理學家理查德·費曼（Richard Feynman）構想，後來由英國物理學家大衛·多伊奇（David Deutsch）奠定了現代量子計算機的理論基礎。許多物理學家預計，如果量子計算機能在未來幾年內實現顯著的商業化，多伊奇很有可能獲得諾貝爾物理學獎。
多伊奇在解釋量子計算機原理時曾做過一個有趣的比喻：“量子計算機就像是與多個多元宇宙連線，像GPU一樣進行平行計算。”他這電影般的比喻讓人產生一種錯覺，彷彿現實中的量子計算機正在與我們宇宙之外的另一個宇宙相連並神秘地運作。但這只是一個精彩的詩意比喻，很難認為量子計算機的運作本身就是多元宇宙的實驗證據。這只是在告訴我們，人類對於量子疊加和糾纏的理解並沒有錯，量子力學現象確實如我們預測的那般在發生，但這並不意味著我們宇宙之外真的存在無數個共存的宇宙。
對於我這樣一個習慣於只相信觀測結果的天文學家來說，多元宇宙假設既有一種奇特的吸引力，又有一種牴觸感。感覺就像是魅力與牴觸的疊加。回顧天文學史，人類總是傾向於認為自己是唯一的，但歷史總在不斷證明人類並非唯一。我們曾以為特別的地球、太陽、銀河系，其實都只是無數恆星、行星和星系中的一個。自然地，這種擔憂現在轉向了我們的整個宇宙。我們以為唯一的宇宙，會不會也只是眾多宇宙中的一個呢？縱觀天文學史的發展軌跡，這似乎並非不可能。
但與此同時，從討論“可觀測宇宙之外的宇宙”這一層面來看，它又讓人感覺像是一個從一開始就無法證明的空洞話題。因為歸根結底，要被視為天文學事實，必須透過實際觀測來驗證。
相反，多元宇宙在另一個意義上具有魅力。我們的宇宙在誕生之初比原子還要微小。因此，要理解宇宙的起源，需要的不是歌頌宏觀世界的牛頓和愛因斯坦物理學，而是量子力學。此後急劇膨脹的宇宙雖然表現得像是一個宏大巨大的世界，但其實它的起點微不足道。
宇宙是一個偽裝成宏觀存在的微觀存在。多元宇宙假設在將宇宙視為宏觀存在同時也是微觀存在這一層面，具有獨特的吸引力。大爆炸是孕育巨大宇宙最宏觀的事件，但同時也是在極度隨機漲落的量子海中發生的最微觀事件。
我個人並不喜歡“量子計算機”這個表達。事實上，量子計算機的運作方式與我們當前使用的經典計算機有著本質區別。稱之為“量子計算機”會引發誤解，彷彿它是我們現在使用計算機的升級版。所以如果非要起個名字，我倒覺得乾脆叫“量子機器（Quantum Machine）”可能更公平。如果“量子計算機”，也就是“量子機器”真的是連線多元宇宙的GPU般的機器，那麼我們的宇宙說不定很久以前就已經被生活在更高階宇宙中的存在“竊取資源”了。看來我們也快到了要去別的宇宙“偷”點資源的時候了。
作者池雄培（Ji Woong-bae）是誰？他熱愛貓和宇宙。小時候看了《銀河鐵道999》後，立志要向世人傳播宇宙的美麗。目前在延世大學銀河演化研究中心及近宇宙論實驗室研究透過星系相互作用進行的演化，並透過講座和寫作開展多樣的科學傳播活動。著有《썸 타는 천문대》（曖昧天文臺）、《하루 종일 우주 생각》（整天想宇宙）、《별, 빛의 과학》（星，光的科學）等書籍。