正如標(biāo)題所示，平行宇宙的存在與“虛數(shù)”的數(shù)學(xué)概念密切相關(guān)。虛數(shù)由字母i 表示，它被定義-1的平方根。實(shí)際上，虛數(shù)的引入使許多復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算變得更簡單，使我們能夠更快地得出結(jié)果。因此，虛數(shù)已成為數(shù)學(xué)領(lǐng)域的重要工具。

這是一個(gè)強(qiáng)大而方便的工具，物理學(xué)研究中的許多領(lǐng)域都使用虛數(shù)來執(zhí)行計(jì)算。然而，與數(shù)學(xué)不同，物理學(xué)是一門研究現(xiàn)實(shí)世界的學(xué)科。因此，這些虛數(shù)僅用作計(jì)算工具，通常被理解為本身不具有任何物理意義。然而，在發(fā)現(xiàn)量子力學(xué)之后，發(fā)生了一些奇怪而令人難以置信的事情。

在量子力學(xué)研究的微觀尺度上存在的光子、電子和其他微小粒子與我們常規(guī)世界中存在的宏觀事物不同，這些量子事物同時(shí)以幾種不同的狀態(tài)存在。為了表示維持這種狀態(tài)的粒子的行為，著名的“薛定諤貓”思想實(shí)驗(yàn)的埃爾文·薛定諤提出了薛定諤方程。該方程能夠預(yù)測粒子的行為狀態(tài)，是量子力學(xué)領(lǐng)域最基本的方程。

奇怪的是，這個(gè)表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界中存在的粒子狀態(tài)的方程包含一個(gè)虛數(shù)，這個(gè)虛數(shù)是在推導(dǎo)出方程時(shí)自然而然地出現(xiàn)了。這對(duì)數(shù)學(xué)來說很好，但對(duì)物理學(xué)來說卻是個(gè)問題。由于這個(gè)虛數(shù)，表示粒子狀態(tài)的波函數(shù)變成了復(fù)數(shù)。復(fù)數(shù)是由一半存在于現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)字，另一半不存在于現(xiàn)實(shí)世界中的虛數(shù)組成。

質(zhì)量、速度、溫度和其他用于表達(dá)物體的現(xiàn)實(shí)或狀態(tài)的物理量都是實(shí)數(shù)。但是，用于表示量子態(tài)的波函數(shù)不是實(shí)數(shù)，而是復(fù)數(shù)，當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家不明白為什么。甚至提出這個(gè)方程的薛定諤也想從方程中消除虛數(shù)i，因?yàn)檫@個(gè)方程是為了描繪現(xiàn)實(shí)世界。他花了整整一年的時(shí)間來推導(dǎo)出一個(gè)沒有虛數(shù)的方程，雖然使用新方程可以得到相同的結(jié)果，但它要復(fù)雜得多。薛定諤最終回到了他的原始方程，那個(gè)包含虛數(shù)的方程。

但是，我們還有一些主要問題。在量子力學(xué)中，現(xiàn)實(shí)世界中不存在的虛數(shù)僅僅是數(shù)學(xué)工具嗎？我們真的需要用虛數(shù)來代表量子力學(xué)的世界嗎？自發(fā)現(xiàn)量子力學(xué)以來的大約100年里，這些問題都沒有明確的答案。但今年初的一些研究終于提供了明確的答案。

2022年1月，我國兩篇論文發(fā)表在名為《物理評(píng)論快報(bào)》的學(xué)術(shù)期刊上。兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)分別使用理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)的方法得出了相同的結(jié)論。根據(jù)他們高精度實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論，虛數(shù)對(duì)于量子力學(xué)至關(guān)重要，并且是完全代表量子力學(xué)世界所必需的。

這意味著在量子力學(xué)中研究的微觀世界、構(gòu)成我們現(xiàn)實(shí)世界的基本粒子與虛數(shù)具有某種基本關(guān)系。但是，我在開頭提到虛數(shù)的概念是我們創(chuàng)造的。為什么虛數(shù)的概念是構(gòu)成我們現(xiàn)實(shí)世界的最基本元素的重要組成部分？一個(gè)可能的答案是存在與虛數(shù)有關(guān)的平行宇宙。

我們生活的世界是由實(shí)數(shù)組成的，相比之下，還有其他僅由虛數(shù)組成的世界。存在于這個(gè)虛數(shù)世界中的就是我們所說的平行宇宙。由實(shí)數(shù)組成的物理世界和由虛數(shù)組成的平行宇宙是重疊存在的。描述量子力學(xué)中粒子行為的波函數(shù)是一個(gè)復(fù)數(shù)這一事實(shí)，以及量子力學(xué)中出現(xiàn)的許多其他奇怪現(xiàn)象，可以用這個(gè)“虛數(shù)世界”的存在來解釋。

例如，量子力學(xué)中有一種奇怪的現(xiàn)象，稱為“量子糾纏”。量子糾纏是一個(gè)粒子通過某種方式分裂成兩個(gè)。然后無論這兩個(gè)粒子彼此相距多遠(yuǎn)，它們都保留了是同一事物的信息，因此它們始終共享相同的狀態(tài)。盡管這種現(xiàn)象背后的機(jī)制仍不清楚，但由虛數(shù)組成的平行宇宙的存在可以幫助解釋為什么會(huì)發(fā)生量子糾纏。 在虛數(shù)的世界中，沒有距離的概念，因此這些碎片中的每一個(gè)都將作為分裂前的單個(gè)粒子繼續(xù)存在。因此，即使碎片在實(shí)數(shù)世界中相隔100甚至10000光年，它們也能夠通過虛數(shù)世界瞬間分享它們的狀態(tài)。

不過，這畢竟只是一種猜想，我們還沒有可靠的證據(jù)。