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虚数可能是平行宇宙存在的关键

科学探索万象经验2023-05-08

正如标题所示,平行宇宙的存在与“虚数”的数学概念密切相关。虚数由字母i 表示,它被定义-1的平方根。实际上,虚数的引入使许多复杂的数学计算变得更简单,使我们能够更快地得出结果。因此,虚数已成为数学领域的重要工具。

这是一个强大而方便的工具,物理学研究中的许多领域都使用虚数来执行计算。然而,与数学不同,物理学是一门研究现实世界的学科。因此,这些虚数仅用作计算工具,通常被理解为本身不具有任何物理意义。然而,在发现量子力学之后,发生了一些奇怪而令人难以置信的事情。

在量子力学研究的微观尺度上存在的光子、电子和其他微小粒子与我们常规世界中存在的宏观事物不同,这些量子事物同时以几种不同的状态存在。为了表示维持这种状态的粒子的行为,著名的“薛定谔猫”思想实验的埃尔文·薛定谔提出了薛定谔方程。该方程能够预测粒子的行为状态,是量子力学领域最基本的方程。

奇怪的是,这个表达现实世界中存在的粒子状态的方程包含一个虚数,这个虚数是在推导出方程时自然而然地出现了。这对数学来说很好,但对物理学来说却是个问题。由于这个虚数,表示粒子状态的波函数变成了复数。复数是由一半存在于现实世界中的数字,另一半不存在于现实世界中的虚数组成。

质量、速度、温度和其他用于表达物体的现实或状态的物理量都是实数。但是,用于表示量子态的波函数不是实数,而是复数,当时的物理学家不明白为什么。甚至提出这个方程的薛定谔也想从方程中消除虚数i,因为这个方程是为了描绘现实世界。他花了整整一年的时间来推导出一个没有虚数的方程,虽然使用新方程可以得到相同的结果,但它要复杂得多。薛定谔最终回到了他的原始方程,那个包含虚数的方程。