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第九章 测量问题四

作者:曹天元/castorvpollux 当前章节:5195 字 更新时间:2026-6-19 00:25

castor_v_pollux

吃一堑,长一智,我们总结一下教训。之所以前头会碰到“意识”这样的可怕东西,

关键在于我们无法准确地定义一个“观测者”!一个人和一台照相机之间有什么分别,大

家都说不清道不明,于是给“意识”乘隙而入。而把我们逼到不得不去定义什么是“观测

者”这一步的,则是那该死的“坍缩”。一个观测者使得波函数坍缩?这似乎就赋予了所

谓的观测者一种在宇宙中至高无上的地位,他们享有某种超越基本物理定律的特权,可以

创造一些真正奇妙的事情出来。

真的,追本朔源,罪魁祸首就在暧昧的“波函数坍缩”那里了。这似乎像是哥本哈根

派的一个魔咒,至今仍然把我们陷在其中不得动弹,而物理学的未来也在它的诅咒下显得

一片黯淡。拿康奈尔大学的物理学家科特?戈特弗雷德(Kurt Gottfried)的话来说,这个

“坍缩”就像是“一个美丽理论上的一道丑陋疤痕”,它云遮雾绕,似是而非,模糊不清

,每个人都各持己见,为此吵嚷不休。怎样在观测者和非观测者之间划定界限?薛定谔猫

的波函数是在我们打开箱子的那一刹那坍缩?还是它要等到光子进入我们的眼睛并在视网

膜上激起电脉冲信号?或者它还要再等一会儿,一直到这信号传输到大脑皮层的某处并最

终成为一种“精神活动”时才真正坍缩?如果我们在这上面大钻牛角尖的话,前途似乎不

太美妙。

那么,有没有办法绕过这所谓的“坍缩”和“观测者”,把智能生物的介入从物理学

中一脚踢开,使它重新回到我们所熟悉和热爱的轨道上来呢?让我们重温那个经典的双缝

困境:电子是穿过左边的狭缝呢,还是右边的?按照哥本哈根解释,当我们未观测时,它

的波函数呈现两种可能的线性叠加。而一旦观测,则在一边出现峰值,波函数“坍缩”了

,随机地选择通过了左边或者右边的一条缝。量子世界的随机性在坍缩中得到了最好的体

现。

要摆脱这一困境,不承认坍缩,那么只有承认波函数从未“选择”左还是右,它始终

保持在一个线性叠加的状态,不管是不是进行了观测。可是这又明显与我们的实际经验不

符,因为从未有人在现实中观察到同时穿过左和右两条缝的电子,也没有人看见过同时又

死又活的猫(半死不活,奄奄一息的倒有不少)。事到如今,我们已经是骑虎难下,进退维

谷,哥本哈根的魔咒已经缠住了我们,如果我们不鼓起勇气,作出最惊世骇俗的假设,我

们将注定困顿不前。

如果波函数没有坍缩,则它必定保持线性叠加。电子必定是左/右的叠加,但在现实

世界中从未观测到这种现象。

有一个狂想可以解除这个可憎的诅咒,虽然它听上去真的很疯狂,但慌不择路,我们

已经是nothing to lose。失去的只是桎梏,但说不定赢得的是整个世界呢?

是的!电子即使在观测后仍然处在左/右的叠加,但是,我们的世界也只不过是叠加

的一部分!当电子穿过双缝后,处于叠加态的不仅仅是电子,还包括我们整个的世界!也

就是说,当电子经过双缝后,出现了两个叠加在一起的世界,在其中的一个世界里电子穿

过了左边的狭缝,而在另一个里,电子则通过了右边!

波函数无需“坍缩”,去随机选择左还是右,事实上两种可能都发生了!只不过它表

现为整个世界的叠加:生活在一个世界中的人们发现在他们那里电子通过了左边的狭缝,

而在另一个世界中,人们观察到的电子则在右边!量子过程造成了“两个世界”!这就是

量子论的“多世界解释”(Many Worlds Interpretation,简称MWI)。

要更好地了解MWI,不得不从它的创始人,一生颇有传奇色彩的休?埃弗莱特(Hugh

Everett III,他的祖父和父亲也都叫Hugh Everett,因此他其实是“埃弗莱特三世”)讲

起。1930年11月9日,爱因斯坦在《纽约时报杂志》上发表了他著名的文章《论科学与宗

教》,他的那句名言至今仍然在我们耳边回响:“没有宗教的科学是跛足的,没有科学的

宗教是盲目的。”两天后,小埃弗莱特就在华盛顿出生了。

埃弗莱特对爱因斯坦怀有深深的崇敬,在他只有12岁的时候,他就写信问在普林斯顿

的爱因斯坦一些关于宇宙的问题,而爱因斯坦还真的复信回答了他。当他拿到化学工程的

本科学位之后,他也进入了普林斯顿攻读。一开始他进的是数学系,但他很快想方设法转

投物理。50年代正是量子论方兴未艾,而哥本哈根解释如日中天,一统天下的时候。埃弗

莱特认识了许多在这方面的物理学生,其中包括玻尔的助手Aage Peterson,后者和他讨

论了量子论中的观测难题,这激起了埃弗莱特极大的兴趣。他很快接触了约翰?惠勒,惠

勒鼓励了他在这方面的思考,到了1954年,埃弗莱特向惠勒提交了两篇论文,多世界理论

(有时也被称作“埃弗莱特主义-Everettism”)第一次亮相了。

按照埃弗莱特的看法,波函数从未坍缩,而只是世界和观测者本身进入了叠加状态。

当电子穿过双缝后,整个世界,包括我们本身成为了两个独立的叠加,在每一个世界里,

电子以一种可能出现。但不幸的是,埃弗莱特用了一个容易误导和引起歧义的词“分裂”

(splitting),他打了一个比方,说宇宙像一个阿米巴变形虫,当电子通过双缝后,这个

虫子自我裂变,繁殖成为两个几乎一模一样的变形虫。唯一的不同是,一个虫子记得电子

从左而过,另一个虫子记得电子从右而过。

惠勒也许意识到了这个用词的不妥,他在论文的空白里写道:“分裂?最好换个词。

”但大多数物理学家并不知道他的意见。也许,惠勒应该搞得戏剧化一点,比如写上“我

想到了一个绝妙的用词,可惜空白太小,写不下。”在很长的一段时间里,埃弗莱特的理

论被人们理解成:当电子通过双缝的时候,宇宙神奇地“分裂”成了两个独立的宇宙,在

一个里面电子通过左缝,另一个相反。这样一来,宇宙的历史就像一条岔路,每进行一次

观测,它就分岔成若干小路,每条路对应于一个可能的结果。而每一条岔路又随着继续观

察而进一步分裂,直至无穷。但每一条路都是实在的,只不过它们之间无法相互沟通而已

假设我们观测双缝实验,发现电子通过了左缝。其实当我们观测的一瞬间,宇宙已经

不知不觉地“分裂”了,变成了几乎相同的两个。我们现在处于的这个叫做“左宇宙”,

另外还有一个“右宇宙”,在那里我们将发现电子通过了右缝,但除此之外一切都和我们

这个宇宙完全一样。你也许要问:“为什么我在左宇宙里,而不是在右宇宙里?”这种问

题显然没什么意义,因为在另一个宇宙中,另一个你或许也在问:“为什么我在右宇宙,

而不是左宇宙里?”观测者的地位不再重要,因为无论如何宇宙都会分裂,实际上“所有

的结果”都会出现,量子过程所产生的一切可能都对应于相应的一个宇宙,只不过在大多

数“蛮荒宇宙”中,没有智能生物来提出问题罢了。

这样一来,薛定谔的猫也不必再为死活问题困扰。只不过是宇宙分裂成了两个,一个

有活猫,一个有死猫罢了。对于那个活猫的宇宙,猫是一直活着的,不存在死活叠加的问

题。对于死猫的宇宙,猫在分裂的那一刻就实实在在地死了,不要等人们打开箱子才“坍

缩”,从而盖棺定论。

从宇宙诞生以来,已经进行过无数次这样的分裂,它的数量以几何级数增长,很快趋

于无穷。我们现在处于的这个宇宙只不过是其中的一个,在它之外,还有非常多的其他的

宇宙。有些和我们很接近,那是在家谱树上最近刚刚分离出来的,而那些从遥远的古代就

同我们分道扬镳的宇宙则可能非常不同。也许在某个宇宙中,小行星并未撞击地球,恐龙

仍是世界主宰。在某个宇宙中,埃及艳后克娄帕特拉的鼻子稍短了一点,没有教恺撒和安

东尼怦然心动。那些反对历史决定论的“鼻子派历史学家”一定会对后来的发展大感兴趣

,看看是不是真的存在历史蝴蝶效应。在某个宇宙中,格鲁希没有在滑铁卢迟到,而希特

勒没有在敦刻尔克前下达停止进攻的命令。而在更多的宇宙里,因为物理常数的不适合,

根本就没有生命和行星的存在。

严格地说,历史和将来一切可能发生的事情,都已经实际上发生了,或者将要发生。

只不过它们在另外一些宇宙里,和我们所在的这个没有任何物理接触。这些宇宙和我们的

世界互相平行,没有联系,根据奥卡姆剃刀原理,这些奇妙的宇宙对我们都是没有意义的

。多世界理论有时也称为“平行宇宙”(Parallel Universes)理论,就是因为这个道理。

宇宙的“分裂”其实应该算是一种误解,不过直到现在,大多数人,包括许多物理学

家仍然是这样理解埃弗莱特的!这样一来,这个理论就显得太大惊小怪了,为了一个小小

的电子从左边还是右边通过的问题,我们竟然要兴师动众地牵涉整个宇宙的分裂!许多人

对此的评论是“杀鸡用牛刀”。爱因斯坦曾经有一次说:“我不能相信,仅仅是因为看了

它一眼,一只老鼠就使得宇宙发生剧烈的改变。”这话他本来是对着哥本哈根派说的,不

过的确代表了许多人的想法:用牺牲宇宙的代价来迎合电子的随机选择,未免太不经济廉

价,还产生了那么多不可观察的“平行宇宙”的废料。MWI后来最为积极的鼓吹者之一,

德克萨斯大学的布莱斯?德威特(Bryce S. DeWitt)在描述他第一次听说MWI的时候说:“

我仍然清晰地记得,当我第一次遇到多世界概念时所受到的震动。100个略有缺陷的自我

拷贝贝,都在不停地分裂成进一步的拷贝,而最后面目全非。这个想法是很难符合常识的

。这是一种彻头彻尾的精神分裂症……”对于我们来说,也许接受“意识”,还要比相信

“宇宙分裂”来得容易一些!

不难想象,埃弗莱特的MWI在1957年作为博士论文发表后,虽然有惠勒的推荐和修改

,在物理界仍然反应冷淡。埃弗莱特曾经在1959年特地飞去哥本哈根见到玻尔,但玻尔根

本就不想讨论任何对于量子论新的解释,也不想对此作什么评论,这使他心灰意冷。作为

玻尔来说,他当然一生都坚定地维护着哥本哈根理论,对于50年代兴起的一些别的解释,

比如玻姆的隐函数理论(我们后面要谈到),他的评论是“这就好比我们希望以后能证明2

×2=5一样。”在玻尔临死前的最后的访谈中,他还在批评一些哲学家,声称:“他们不

知道它(互补原理)是一种客观描述,而且是唯一可能的客观描述。”

受到冷落的埃弗莱特逐渐退出物理界,他先供职于国防部,后来又成为著名的Lambda

公司的创建人之一和主席,这使他很快成为百万富翁。但他的见解——后来被人称为“20

世纪隐藏得最深的秘密之一”的——却长期不为人们所重视。直到70年代,德威特重新发

掘了他的多世界解释并在物理学家中大力宣传,MWI才开始为人所知,并迅速成为热门的

话题之一。如今,这种解释已经拥有大量支持者,坐稳哥本哈根解释之后的第二把交椅,

并大有后来居上之势。为此,埃弗莱特本人曾计划复出,重返物理界去做一些量子力学方

面的研究工作,但他不幸在1982年因为心脏病去世了。

在惠勒和德威特所在的德州大学,埃弗莱特是最受尊崇的人之一。当他应邀去做量子

论的演讲时,因为他的烟瘾很重,被特别允许吸烟。这是那个礼堂有史以来唯一的一次例

外。

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