共识的崩塌
简而言之，薛定谔从两个方面改变了人们对世界的经典描述：
●一个粒子的状态是由波函数来描述的，而不是位置和速度。
● 这个状态随时间的改变是由薛定谔方程来描述的，而不是牛顿定律或爱因斯坦的定律。
人们把薛定谔的发现看作20世纪最伟大、最重要的成就，因为它深刻地变革了物理学和化学。但同时，它也让人们抓耳挠腮，困惑不已：如果一个物体竟然能同时出现在几个不同的地方，为什么我们从来没有观察到这个现象呢（喝醉时除外）？这个谜被称为“测量问题”（measurement problem，在物理学中，测量[measurement]和观察[observation]是同义词）。
在经过各方争议和讨论后，玻尔和海森堡想出了一个补救措施，被称为“哥本哈根解释”（Copenhagen interpretation），直到今天它依然出现在众多量子力学教科书上，受到大多数人的支持。这个解释最关键的一点是在上述第二条中加入了一个“后门”，假定薛定谔方程只在某些时候起作用，而是否起作用取决于是否存在观察者。具体而言就是说，如果某个物体没有被观测，那么其波函数的变化是符合薛定谔方程的。但是，如果它正在被观察，那它的波函数就会坍缩，这样，你就会观察到它只位于同一个地方，而不是同时位于许多地方。这个坍缩的过程是突然发生的，而且本质上具有随机性。与此同时，你观察到粒子位于某个特定位置的概率是由它波函数的平方决定的。这样，波函数坍缩就巧妙地逃脱了神经兮兮的叠加态，并能解释我们所熟知的、物体在同一时间只出现在同一个地方的经典世界（见图6-8）。表6-3总结了迄今为止我们所探讨过的量子概念以及它们之间的相互关系（希尔伯特空间和最后三个概念将在下一章里讲解）。
图6-8 波函数Ψ摇摇欲坠。
表6-3 主要的量子力学概念总结
哥本哈根解释还包含许多其他方面，但是上面所说的这部分是最广为接受的。我渐渐发现，我的一些同行们尽管欢呼雀跃地视哥本哈根解释为量子力学的最佳诠释，但却无法在其他方面达成共识，这让谈论哥本哈根解释变成了一件时髦的事。正如相对论先驱罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）嘲笑的那样：“对量子力学有许多不同的态度。这些态度数量之多，恐怕比量子物理学家的数量还多。这并不矛盾，因为许多量子物理学家同时持有多种不同的观点。”确实，关于哥本哈根解释究竟对现实世界的本质有何隐喻，哪怕是玻尔和海森堡的意见都有些轻微相左。不过，不管怎样，那时所有物理学家都一致同意，哥本哈根解释与实验室的观测结果十分相符。
然而，并非所有人都为之兴奋。如果波函数坍缩真的会发生，这将意味着，自然规律中隐藏着随机性的本质。爱因斯坦内心深处对这个解释十分不悦。他认为宇宙不应该是随机的，而应该是确定的。为了表达他的偏好，他说出了那句著名的话，后来被广泛引用：“我不相信上帝会掷骰子。”毕竟，物理学的本质就是由现在预测未来。现在倒好了，物理学的预测功能不仅在实践中无法做到，甚至在理论上都行不通了。即使你聪明绝顶，并且将宇宙中的每一个波函数都谙熟于心，你也无法计算出这些波函数在未来会变成什么样，因为只要宇宙中存在观察者，波函数就会发生随机改变。
波函数坍缩还引发了其他方面的恐慌，比如，由于坍缩是由观测引起的，于是，观测这一动作被提升到了一个重要的位置。当玻尔大声疾呼“没有观测，就没有真实”时，似乎把人类又推回了中心地位。许多年以来，哥白尼、达尔文等科学家的研究逐渐抹去了人类的傲慢与自大，并对那些认为宇宙万物都围着我们旋转的人类中心论提出了警告。然而，哥本哈根解释却把我们引回了老路。在哥本哈根解释中，现实世界似乎是由人类创造出来的，而我们创造它的方法很简单，只需要看它一眼。
还有一些物理学家也十分烦恼，因为哥本哈根解释缺乏数学上的严谨性。传统的物理学理论都是由数学公式来描述的，而哥本哈根解释中却没有数学公式来定义究竟什么是观测，即波函数究竟会在何时坍缩。必须要有一个人类观察者才会引发波函数坍缩吗，还是更广义的意识也可以？正如爱因斯坦所问：“月亮会因为一只老鼠看了一下天而存在吗？”那么，机器人会引发波函数坍缩吗？网络摄像头呢？
关不住的怪兽
不严格地讲，量子力学的哥本哈根解释告诉我们，微小的事物行为怪异，但较大的事物却很正常。具体地说是指，原子那么小的物体通常会同时出现在几个不同的地方，但是像人这样宏观的物体却无法做到这一点。抛开上面所谈的那些问题不说，这种说法确实站得住脚，只要量子的怪诞性像瓶中之妖一样被限制在微观世界，不偷偷溜进宏观世界大搞破坏就行。但是，它真的被囚禁起来了吗？
还记得本章开头，我在斯德哥尔摩那间宿舍里复习量子力学吗？那时候，有一件事一直困扰着我，那就是，宏观的物体也是由原子组成的，既然原子可以同时出现在几个不同的地方，那宏观的物体应该也可以才对。但是，有能力做某件事并不意味着这件事一定会发生。你可能会认为，宏观物体之所以没有同时出现在不同的地方，是因为不存在某种可将微观怪诞性放大和传递到宏观世界的物理过程。为了打破这种观点，薛定谔设计出了一个恶魔般的思想实验——薛定谔的猫。
薛定谔的猫被关在一个盒子里，盒子里有一罐氰化物，罐子的开关与一个放射性原子相连，如果这个放射性原子发生衰变，罐子就会打开，释放出氰化物，杀死猫。实验开始后不久，这个原子将处于衰变和未衰变的叠加态，使得猫处于死去和活着的叠加态。换句话说，单个原子的微观叠加态似乎并没有造成什么影响，但在这个思想实验中，它却能被放大成宏观的叠加态，影响一只由1027个粒子组成的猫，让它同时处在两个状态。另外，即使没有薛定谔的毒气装置，这种叠加态放大的过程也每时每刻都在发生。
你也许听说过混沌理论（chaos theory）——在经典物理定律的作用下，轻微的差异也可以被指数级地放大，比如北京的一只蝴蝶扇动了一下翅膀，结果引起了斯德哥尔摩的风暴。再举一个更简单的例子，一支铅笔直立在桌上，保持着平衡，但初始状态中的微小扰动却决定了它最终倾倒的方向。混沌动力学能发挥作用，正是因为某个原子的初始状态影响了整个系统，从而走向完全不同的道路。所以，如果原子同时位于两个位置，那么宏观物体也应该同时位于两个地方才对。
这种怪诞性的放大在量子观测过程中肯定会发生。如果你观测到一颗原子同时处于两个位置[29]，并把这两个位置记录在一张纸上，那么，原子的位置就能决定你手部的运动，进而让你手中的铅笔也同时位于两个地方。
还有一个不可忽略的事实是，这种怪诞性的放大通常也会发生在你的大脑中。在某一特定时刻，一个特定的神经元是否会被激活，取决于输入它的信号总和能否超过某一个阈值。所以，神经网络也像前面所说的蝴蝶效应和平衡铅笔一样不稳定。
本书前面也讲过类似的事——我骑着自行车上学，来到那个路口，正要决定是否向右看。假设在那千钧一发的瞬间，在我的前额叶皮层中，一个钙原子进入了一个特定的突触间隙，激发一个特定的神经元发射出电信号，从而触发了一连串的神经元活动，最终在我脑海中形成一个念头：“向右看看吧！”那我的小命就保住了。但是，假设那一瞬间，那颗钙原子同时出现在两个略有差异的位置，半秒钟后，我的小伙伴们就会看见我同时向两个相反的方向骑去。不久之后，我就会同时出现在两个不同的地方，其中一个我会躺在太平间里。这简直就是一个薛定谔猫的人类版本，只不过把那只猫换成了我……
量子力学的困惑
再次回到我女朋友位于斯德哥尔摩的宿舍里。在量子力学面前，我陷入了深深的困惑和沮丧。现在你知道原因了吧。我的第一门量子力学课就要考试了。教科书告诉我，哥本哈根解释就是绝对的事实真相，可是我越想越迷惑。量子怪诞性肯定不会被局限在微观世界，薛定谔的猫已经向我们泄露了这个秘密。我并不在意怪诞性本身，当时萦绕我心头的问题是：假设你真的能把薛定谔的猫付诸实验，会发生什么事呢？如果教科书是正确的，你只需要打开盒子往里面看一眼，就在你瞥见的一瞬间，猫的波函数就会坍缩，此时它只有一种确定无疑的状态：要么死了，要么活着。
不过，假如此时我正站在你的实验室外，让我们来考量一下那个能描述实验室里所有粒子的波函数吧，这个波函数不仅描述了猫身上的所有粒子，还涵盖了组成你和实验室里所有设备的粒子。这些粒子当然都会遵循薛定谔方程，不管它们是不是位于鲜活的生命身上。在这种情况下，按照教科书的说法，只有当我亲自进入到实验室观察那只猫时，猫的波函数才会坍缩，而不是在之前你进行观察时。此时，在我进入实验室看到你之前，你处于一个叠加态，其中一个你正为杀死了猫而懊恼，另一个你则因为猫还活着而松了一口气。也就是说，即使在最好的情况下，哥本哈根解释也是不完备的，无法回答波函数究竟在何时坍缩。而在最坏的情况下，它是自相矛盾的，因为在一个遥不可及的平行宇宙居民眼里，我们整个宇宙的波函数永远不会坍缩，因为这个居民永远无法观察到我们。
那么，让我们一起进入下一章的探险吧！我们将一起探索量子力学究竟诉说着真实世界的哪些本质。也许，我们瑞典人从骨子里就喜欢批评西南方的邻国，但是，每当我想到哥本哈根解释时，脑子里就回响起《哈姆雷特》中的那句名言：“丹麦正在发生不可告人的坏事。”
◆一切事物都是由粒子组成的，包括光和人。
◆这些粒子都是纯粹的数学对象，因为它们所具有的所有内禀性质都是数学性质——数字。只不过这些数字拥有各自不同的名字，比如电荷数、自旋和轻子数。
◆这些粒子并不遵循经典物理学的定律。
◆从数学上来说，这些粒子（或许应该叫“波粒子”更准确）的状态无法用6个代表位置和速度的数字来描述，而应该用波函数来描述它们如何位于空间中的不同位置。
◆这既赋予了它们传统粒子的性质（不在此处，就在别处），又赋予了它们波的性质（以所谓的“叠加态”的形式同时位于多个不同的地方）。
◆粒子不能被局限在一个地方（海森堡不确定性原理），这阻止了原子的坍缩。
◆粒子未来的行为不是由牛顿定律描述的，而是由薛定谔方程描述的。
◆薛定谔方程表明，看似影响甚微的微观叠加态也可以被放大成疯狂的宏观叠加态，比如薛定谔的猫。你自身也同样如此，因为你有可能同时位于两个不同的地方。
◆教科书上假定波函数有时会发生坍缩，从而违背薛定谔方程，并把随机性深深植入自然的本质中。那这一切究竟意味着什么？物理学家对此争论不休。
◆教科书对量子力学的解释要么不完备，要么前后矛盾。
如果你走到了三岔路口，择一前行吧。
尤吉·贝拉（Yogi Berra）
“哇！下面真是太美了！”在夕阳的照耀下，旧金山湾区闪烁着明媚的光芒。看到这样的美景，我欣喜若狂，甚至比收到父母送我的第一套魔术道具时还兴奋。我简直像黏在了飞机窗户上，想要一眼辨认出所有著名的地标。17岁时，我曾靠卖奶酪赚到了一笔旅费，坐着火车去西班牙玩了一趟。从那时起，我就深深地爱上了旅游。由于在大学里读了费曼的大作，我又深深爱上了物理学。在冰雪中生活了23年后，如今我终于有机会花整整4年时间来践行我最爱的这两件事！而且还是在我心目中全世界最酷的地方，这里是探索疯狂念头的绝佳场所。
在幸运女神的眷顾下，我被加州大学伯克利分校的物理学专业录取，来读研究生。不管从哪方面讲，这4年的经历都完全没有辜负我那看似难以企及的过高期望。我发现，伯克利是一个鼓舞人心、不拘一格、自由自在的地方，与我的期待十分契合。我刚到学校的第二天，就找了一个来自澳大利亚的女朋友。我还发现，出生在一个很多人在地图上都找不到的国家有一个好处：我的国籍让我可以肆无忌惮地释放自己的疯狂，很快，我便获得了一个昵称“疯狂的迈克斯”，但很快我又甩掉了这个昵称——人们可能觉得，瑞典人平常或许都这么疯疯癫癫的吧！我的国籍让我根本无须为自己的行为找借口，来看看我身边的同学吧：一个住在街对面的同学上课时总是全裸，学校只好把他开除，结果弄得满城风雨；一个常和我一起做物理作业的同班同学出演了色情片，因为他要赚钱交学费；一个在国际公寓里住我对门的家伙被拘留了，因为他身上带着一把枪，外加一张“杀人名单”[30]。在这样的环境中，如果你的怪异之处只是表现得像个瑞典人，或者总是提出奇怪的物理学观点，那你很快就能融入其中了。
高中时，我曾受到好友马格努斯·博丁（Magnus Bodin）的启发。他是一个特立独行的人，拥有与众不同的人生哲学。比如，所有人都把信封叠成长方形，他却偏要叠成三角形。从那时起，每当我看到众人步调一致地做事时，就本能地想寻找不同的方法。比如研一的时候，我班上所有的同学都在电磁学作业上花了大量时间，所以我就和教授谈了谈，请他让我免做作业，改在课程结束时接受口头答辩。与此同时，为了满足我的好奇心，我在图书馆里废寝忘食地学习各种各样奇妙的物理学知识，而这些知识在教科书上都找不到踪影。这样的学习方式让我获益良多（直到今天也是如此），也让我更自由地去研究课外的话题。
人生中第一次，我遇到了一群与我一样沉迷于疯狂物理学问题的朋友。与这些相似的灵魂在一起，我们常通宵达旦地揣测真实世界的终极本质。贾斯汀·本迪斯（Justin Bendich），他那不修边幅的外表总让我想起动画片《史酷比》（Scooby-Doo！）里的夏奇（Shaggy）。他就是一个信息的金矿，对我最古怪的问题也能给出发人深省的答案。比尔·波里尔（Bill Poirier）则沉醉于信息论，我和他一起用炫酷的信息论方法对海森堡不确定性原理进行了改进，这让我们兴奋至极，直到我在图书馆里找到了一篇有关的论文，才发现原来早已经有人做过。和这些有趣的灵魂在一起，我觉得自己我是地球上最幸运的人——我找到了自己真正想做的事情，并且正将全身心地投入其中。
隐身于希尔伯特空间
我的新老师也同样善于启发人的灵感。从尤金·康明斯（Engune Commins）那里，我学了更多关于量子力学的知识。他的冷幽默为黑板上满满当当的枯燥公式注入了生命力。有一次，我举起手问道：“这是不是就像把苹果和梨加起来？”这是一个很常见的瑞典比喻。“不，”他回答道，“这就像把苹果和橘子加起来。”
在尤金为期一年的课程中，他教会了我许多有用的技术工具，但这些工具却无法回答那个焦灼着我内心的量子力学问题。实际上，它甚至无从发问，只留我一个人独自面对。量子力学是自相矛盾的吗？波函数真的会坍缩吗？如果真的会，那是什么时候？如果不会，那为何我们眼里的万物不会同时位于两个地方呢？量子力学里的随机性和概率又从何而来呢？
我听说，早在1957年，普林斯顿大学的研究生休·埃弗雷特三世曾为此提出过一个激进的答案：平行宇宙。我对个中细节非常好奇，但这个理论却被众人忽略，在课堂上也绝少被提及。尽管我遇到过一些听说过这个理论的人，但却没有人真正读过埃弗雷特那篇与平行宇宙有关的博士论文，这篇论文从此被埋没在一本早已绝版的书里。关于这本书，我们的图书馆里只有一个非常简略的版本，其中对平行宇宙理论只是一笔带过，根本没有讲清楚。终于，1990年11月，我的搜寻迎来了曙光，我总算找到了那本失落已久的书。恰如其分的是，我是在伯克利的一家专门卖激进出版物的书店里找到它的。那家书店里，你还能找到诸如《无政府主义者的食谱》（The Anarchist’s Cookbook）这样的书。
埃弗雷特的博士论文让我始料不及。犹如醍醐灌顶，我突然间什么都明白了！埃弗雷特也曾为那些困扰着我的问题而心神愁闷。但是，他并没有偃旗息鼓，而是努力推进，探索所有可能的解释，由此发现了非凡的秘密。当你脑子里冒出一个离经叛道的想法时，你很可能会对自己说“这当然是行不通的”，并把它抛到九霄云外。但是，如果你肯再花一点时间，想得更深入一些，问问自己“为什么行不通”，并苦苦追寻一个逻辑严密的答案，那你很可能正在接近某些举足轻重的大事件。
那么，埃弗雷特的激进想法到底是什么？出人意料的是，它可以用一句非常简单的话来概括：波函数永远不会坍缩，从来都不会。
也就是说，不管在什么时候，不管有没有观察的动作发生，那个描述我们宇宙的波函数都在发生着明确的变化，永远遵循着薛定谔方程。所以，薛定谔方程毋庸置疑占领了至高无上的地位。这意味着，你可以把埃弗雷特的理论看成“量子力学简化版”，对教科书上讲的知识，你只需要抛弃那些与概率和波函数坍缩有关的假设就好了。
这让我大为吃惊，因为我之前听说的流言称，埃弗雷特假想出了某些听起来十分疯狂的念头，比如平行宇宙，每当你进行一次观察，我们的宇宙就会分裂成若干个平行宇宙。实际上，一直到今天，我的许多同行们都还以为这就是埃弗雷特的理论。读埃弗雷特的书教会了我两件事，一件是物理学，另一件是社会学。我认识到，亲自去读一读原始资料是多么重要，仅仅依靠二手信息则会让人误入歧途。人们被误解、误传和错误引用的事情不仅发生在政治领域，还发生在其他领域，埃弗雷特的博士论文就是一个绝佳的例子。当时，物理学领域的几乎所有人对它都有自己的看法，但却几乎没有人真正把原文找来读一读[31]。
我废寝忘食地读着埃弗雷特的书。他的逻辑十分美妙，他根本没有假设出那些听起来疯狂的东西，它们只是随假设而来的结果而已！一开始，它听起来过于简单，仿佛根本行不通。毕竟，尼尔斯·玻尔和他的合作者们都是聪明人，他们并非凭空捏造出波函数坍缩的想法，而是为了用它来解释为何实验看起来有确定的结果。但是埃弗雷特意识到了某些令人惊讶的事情：即使实验并没有确定的结果，它也会看起来好像真的有！
图7-1展示了我对这个问题的看法。我称这个实验为“量子扑克牌”（Quantum Cards）：你拿起一张下边缘极其锐利的扑克牌，把它完美地竖立在桌子上，并赌100美元它倒下时会正面朝上。接着你闭上眼睛，等你听见扑克牌倒下的声音时，才能睁开眼睛查看结果。根据经典物理学，它会永远保持完美的平衡状态[32]。但是根据薛定谔方程，不管你做得多么完美，扑克牌都会在很短的时间内倒下，因为海森堡不确定性原理说，物体不可能保持在同一个地方一动不动（此处指保持竖直状态）。由于初始状态是左右对称的，最终状态也应该如此。这意味着，扑克牌将同时向左右两个方向倒下，处于这两个状态的叠加态。
图7-1 “量子扑克牌”思想实验：在上午10：00，你将一张扑克牌竖立在桌子上，赌100美元它倒下时会正面朝上，然后闭上眼睛。10秒后，扑克牌处在同时向左和向右倒下的叠加态，所以，波函数描述了扑克牌同时处于两个地方。10秒后，你睁开眼睛，查看扑克牌，此时，波函数描述了你同时处在高兴和沮丧两个状态。尽管依然只存在一个波函数和一个量子实在（在其中，组成你和扑克牌的粒子同时处在两个不同的地方），埃弗雷特意识到，这实际上好像我们的宇宙分裂成了两个平行宇宙（下图），每个平行宇宙中都有着确定的结果。
当你睁开眼，查看扑克牌时，你就进行了一次观测。那么，根据哥本哈根解释，波函数将在此刻坍缩，你会看见扑克牌要么正面朝上、要么正面朝下，每种结果的概率为50%。于是，你有可能喜笑颜开地拿走100美元，也可能会懊悔自己竟然为这个可恶的物理实验浪费了整整100块钱。根据哥本哈根解释，物理定律无法预测究竟会发生哪种结局，因为它具有内在的随机性。
然而，埃弗雷特怎么说呢？在埃弗雷特看来，观察并不具备神奇的能力：它只是一个普通的物理过程，和其他过程没什么两样，但它拥有一个特点，即信息传递。在这个例子中，信息从扑克牌传递到了你的大脑。如果波函数让扑克牌正面朝上倒下，你就会很开心，反之亦然。将这些事实与薛定谔方程结合起来，他很容易就计算出了波函数究竟发生了什么事——它会发生改变，变成描述一个叠加态，这个叠加态由两个状态叠加而成，每个状态对应扑克牌和你身上所有粒子的一种配置方式：一个是扑克牌正面朝上然后你很开心，一个是正面朝下所以你很失望。以下是三个关键点：
●这个实验让你的思维同时处在两种状态。本质上说，这类似薛定谔的猫，只不过把猫换成了你，但是该实验并不会让你像薛定谔的猫一样丧命。
●这两个思维状态完全意识不到彼此的存在。
●你的思维状态与扑克牌的状态相连，这样，万事万物都是一致的。（即波函数并不会描述一个“扑克牌正面朝下而你却看见正面朝上”的粒子配置。）
薛定谔方程将让事物的发展保持连贯一致，这一点很容易证明。比如，你正在做量子扑克牌实验时，你的损友恰好走进房间问你在干什么。此时，所有粒子（包括扑克牌、你和你朋友身上的所有粒子）的状态都被演变成了一个叠加态，分别是“扑克牌正面朝下/你很沮丧/你朋友安慰你”和“扑克牌正面朝上/你很开心/你朋友向你借钱”。
将这些综合在一起，正如图7-1所展现的那样，埃弗雷特意识到，尽管只存在一个波函数和一个量子实在（在其中，我们宇宙中的许多粒子都同时处在两个位置），但这一切看起来就好像我们的宇宙分裂成了两个平行宇宙一样！实验结束的时候，将出现有两个不同版本的你，每一个你主观上都觉得很真实，但对另一个你的存在毫不知情。
想到这里，我的脑袋开始天旋地转，因为量子扑克牌实验只是微观量子怪诞性被放大到宏观世界的一个小小的例子。我们在上一章曾讨论过，这种微小差异被放大到宏观世界的过程每时每刻都在发生。比如，一次宇宙射线粒子的撞击可能引发或未引发某人的癌变，今天的大气条件可能演变或不会演变成明年的一场4级飓风，还有当你通过神经元进行决策的过程中发生的种种。
也就是说，平行宇宙的分裂持续不断地在进行着，使得量子平行宇宙的数量多得令人眼花缭乱。由于这种分裂从大爆炸的时刻就开始了，很有可能，你所能想象到的所有宇宙历史都已经在量子平行宇宙中变成了现实，只要它们不违反物理定律就行。这样一来，平行宇宙的数量，远远大于我们的宇宙中所有砂砾的数目。简而言之，埃弗雷特告诉我们，如果波函数永不坍缩，那么我们所感知到的熟悉的现实世界只是冰山一角——这座存在论的冰山极其庞大，由数不胜数、真实存在的量子实在构成。
可能你还记得，我们在第5章里讲到过另一种平行宇宙。为了防止混淆，先让我们来复习一下第5章讲过的概念。当我提到“我们的宇宙”时，我指的是一个球形空间区域，球面上发出的光线在大爆炸140亿年后能够到达我们，我们观测到了它的一些经典性质（有哪些星系、分布在什么地方、有怎样的历史，诸如此类）。在第5章里，我们讲到，在我们的球形空间区域之外，在广袤无垠的空间中，在遥不可及的地方，还存在着其他球形空间区域，根据它们与我们的有效物理定律相同或不同，把它们称为第一层平行宇宙或第二层平行宇宙。
现在，让我们把埃弗雷特发现的量子平行宇宙称为“第三层平行宇宙”，所有的第三层平行宇宙组成了“第三层多重宇宙”。这些平行宇宙在何处呢？第一层和第二层平行宇宙虽然与我们相去甚远，但终究都位于我们所熟悉的三维空间中，但是，对于第三层平行宇宙来说，如果考虑到三维空间的话，它就位于此处，而并非远在他乡。它与我们的分离发生在所谓的“希尔伯特空间”（Hilbert space）中，这是一种抽象的空间，拥有无限多的维数，波函数就栖身于其中[33]。埃弗雷特关于量子力学的观点几乎被完全忽视了，直到10年后，著名量子引力理论家布莱斯·德维特（Bryce DeWitt）发掘了这个理论，并将它变得流行起来。他把这个理论称为“多世界诠释”（Many Worlds interpretation），这是个有点儿拗口的名字。
后来，我见过布莱斯，他告诉我，他一开始向休·埃弗雷特抱怨说，尽管他喜欢埃弗雷特的数学方法，但直觉上很难接受，因为他没法感觉到自己不断分裂成许多个自己。他告诉我，埃弗雷特用一个问句来回答他：“那你能感觉到自己以每秒30公里的速度绕着太阳旋转吗？”“讲得好！”布莱斯大喊一声，并乖乖认输。
经典物理学同时预测了两个事实：我们正在围着太阳转；我们丝毫感觉不到这件事。与之类似，埃弗雷特告诉我们，永不坍缩的量子物理学也同时预测了两个事实：我们正在分裂；我们丝毫感觉不到这件事。
有时候，我的信念与感觉很难统一。时间快进到1999年5月，我正在等待第一个儿子的降生。我感到很紧张，希望妻子分娩一切顺利。但是，在同一时刻，我所相信的物理学却说服我，幸运和不幸的结果将同时存在于不同的平行宇宙。在这种情况下，我所谓的“希望”又意味着什么呢？或许，我是在希望我自己出现在一切顺利的那个平行宇宙中？不，这是废话，因为我将同时出现在所有的平行宇宙中，在一些平行宇宙中，我会欣喜若狂，而在另一些平行宇宙中，我会伤心欲绝。或许，我希望的是在所有平行宇宙中，分娩都会一切顺利？不，这也是废话。因为顺利的可能性本质上是可以用薛定谔方程计算出来的，对一件事先已经决定好的事情抱以希望并不符合逻辑。但是很明显，或许也很幸运，我的情感并不完全符合逻辑。
随机性的幻觉
我还有更多问题。大家都知道，如果你重复做一个量子实验，那么一般来说，你会得到看似随机的不同结果。比如，有一些以相同的方式预先准备好的原子，你要测定它们的自旋方向，结果你会得到一系列看似随机的结果，比如，“顺时针”“逆时针”“顺时针”“顺时针”“逆时针”等。量子力学不能预测你的实验结果，只能预测不同结果出现的概率。但是，这种与概率有关的说法，来源于哥本哈根解释的波函数坍缩假设。那么，在埃弗雷特眼里，量子力学为什么会出现随机性呢？其实，根据薛定谔方程，根本不存在随机性这种东西——如果你知道我们宇宙此时此刻的波函数，本质上来说，你就能预测出未来任何时刻的波函数。
1991年秋天，我报名参加了一门不寻常的课程，由我的研究生同学安迪·埃尔比（Andy Elby）讲授量子力学的各种诠释。他的宿舍曾经就在我女朋友宿舍的隔壁，宿舍门上经常装饰着一些有用的建议，比如“7个步骤让你变拖延”。和我一样，埃尔比也对量子力学的真正含义十分着迷。在课程中，他请我讲了两堂课，主题就是埃弗雷特的研究。这是我人生中一个激动人心的时刻，因为这是我第一次演讲物理方面的内容。
演讲中，我花了很长时间来讲埃弗雷特对随机性的解释。首先，如果你做了量子扑克牌实验（见图7-1），两个版本的你（在各自的平行宇宙中都是有效的）都会看见一个确定的结果。两个你都会感到结果是随机的，因为没办法进行预测——不管你预测到什么结果，在另一个同样真实的平行宇宙中，都有可能产生相反的结果。
那又如何解释概率问题呢？它们从何而来？如果你重复做这个实验4次，你将会得到24=16种结果（见图7-2）。在绝大多数情况下，你会觉得正面朝上还是朝下似乎是随机发生的，概率大约都为50%。只有在两种情况中，你会得到4次相同的结果。如果你一次又一次地重复这个实验，结果会变得很有趣。根据法国数学家埃米尔·波莱尔（mile Borel）在1909年提出的定理，如果你将这个实验重复无数次，那么在绝大多数情况下，你都会观察到扑克牌正面朝上的概率为50%（除了数学家称为“零测度集”之外的所有情况）。在最终的叠加态中，几乎所有版本的你都会因此总结说：尽管内在的物理定律（薛定谔方程）一点儿也不随机，但实验却符合概率的规律。
也就是说，在一个典型的平行宇宙中，某一个版本的你主观上会认为输赢序列似乎是随机的，就像从两种结果的概率均为50%的一个随机过程中抽取出来的一样。这个实验可以被设计得更严格一些。你将赢记作“1”，将输记作“0”，并在这个数列前加一个小数点。比如，如果你的实验结果分别是输、输、赢、输、赢、赢、赢、输、输、赢，那你就在纸上写下“.010 101 010 1……”。这正是0到1之间的实数用二进制的方式写出来的样子，也是计算机写入硬盘的方式。如果你想象一下，将这个量子扑克牌的实验重复无数次，你的纸上将记录下无数多个小数位，所以你可以用一个0到1之间的数字与相应的平行宇宙配对。
波莱尔的定理证明，几乎所有这些数字都有50%的小数位等于0、50%的小数位等于1。这意味着，在几乎所有平行宇宙中，你都会赢50%、输50%。[34]然而，并非只要比例刚好就能被称为随机。来看一个数字“.010 101 010 1……”，它有50%的小数位等于0，但明显不是随机的，因为它的模式很简单。于是，波莱尔的定理可以推而广之为——几乎所有数字的数位都是看似随机的，并且不存在任何一种模式。这意味着，在几乎所有第三层平行宇宙中，你的输赢序列也是完全随机的，没有任何模式，所以，唯一能预测的事情就是：你赢的次数占50%。
图7-2 量子概率的来源。根据量子力学，一张完美直立的扑克牌会同时倒向两个不同的方向，称为叠加态。如果你赌它倒下时正面朝上，那么世界的状态将会变成两种结果的叠加态：一种是正面朝上并且你很开心，另一种是正面朝下并且你很沮丧。每一种状态中的你对另一种状态的存在都毫不知情，并觉得扑克牌是随机倒下的。如果你重复4遍实验，将会有2×2×2×2=16种结果。在这些结果中，大多数情况里，你都会认为正面朝上或面朝下是随机发生的，概率都为50%。在这16种结果中，只有在两种情况中，你会获得4次相同的实验结果。如果你重复做400次实验，就会有2400种结果，大多数结果中，正面朝上的概率都接近50%。根据一个有名的理论，如果你将这个实验重复做无数次，那么你观察到正面朝上的概率极限为50%。在最终的叠加态中，绝大多数版本的你都会因此总结说，尽管内在的物理定律一点也不随机，但实验符合概率的规律。正如爱因斯坦所说：“上帝不掷骰子。”
我渐渐被震撼了，这种随机性的幻觉并不只是量子力学的专属。假设某种未来科技可以在你睡觉时对你进行克隆，之后，两个你被分别放置在标着“0”和“1”的房间里（见图7-3）。醒来时，他们都会觉得房间号完全是随机的，根本没法预测。如果某种科技可以把你的意识上传到计算机中，那么我在此说的话在你看来将是显而易见和符合直觉的，因为克隆你和拷贝你的意识都一样容易。如果你将图7-3中的克隆实验重复许多次，并且每次都写下你的房间号，在绝大多数情况下，你都会觉得你写下的0和1序列看起来是随机的，其中0占50%，1也占50%。
图7-3 每次你克隆自己时，都会经历一次随机性的幻觉，所以，这里其实并没有量子力学什么事。如果某种未来科技可以在我儿子菲利普睡觉时克隆他，然后把他的两个版本分别放入标着“0”和“1”的房间里，他们醒来后都会觉得房间数是完全随机和不可预测的。
也就是说，每当你被克隆一次，因果的物理过程都会在你的主观意识中产生随机性的幻觉。既然波函数的演变是事先决定好的，那为什么量子力学还是看起来很随机呢？根本原因就在于，薛定谔方程让波函数发生了演变，将一个单个的你，演变成了众多平行宇宙“克隆人”中的其中一个。
那么，被克隆时有何感觉呢？有随机的感觉！每当你身上发生了一件似乎本质上是随机的、不可预测的事情，这就是一个征兆，说明你可能已经被克隆了。
休·埃弗雷特的研究依然饱受争议，但我认为他是正确的，波函数永不坍缩。我还认为，总有一天，他会被公认为一位与牛顿和爱因斯坦平起平坐的天才，至少在大多数平行宇宙里会这样。不幸的是，在当前我们所在的这个平行宇宙里，他的研究几乎被遗忘和忽视了十多年。他在物理学领域内找不到工作，变得潦倒、孤僻、嗜烟酗酒，在1982年死于早期心脏病。
最近，我对埃弗雷特的了解越来越多，因为我在电视纪录片《平行宇宙，平行生命》（Parallel Worlds, Parallel Lives）的拍摄期间认识了他的儿子马克·埃弗雷特（Mark Everett）。制片人希望我向他解释他父亲的研究，我感到由衷的幸运和荣耀。当我站在伯克利那间激进书店里寻找那本书时，我无论如何也想不到，有一天我能和我的这位物理学英雄之间产生个人联系。马克是一名摇滚明星，如果你看过《怪物史莱克》，你一定听过他的歌（见图7-4）。他父亲的命运让家庭饱受折磨，你能在他的许多歌曲中听到这一点。尽管他和姐姐同父亲住在一起，但他们和父亲之间几乎没有任何交流。马克的姐姐后来自杀身亡，留下一份遗书，说她将去往平行宇宙与父亲团聚。
由于我相信休·埃弗雷特的平行宇宙真的存在，我忍不住想知道它们是什么样的。在我们这个宇宙，埃弗雷特被普林斯顿大学物理系拒绝，转而去了数学系读研究生，一年后才转学到物理系。由于他的时间很紧张，只做了一些量子方面的研究。我想，在其他平行宇宙里，也许他一开始就被普林斯顿大学物理系录取了，这样他就有足够的时间先在主流研究中留下自己的烙印，随后的量子力学研究也就不会这么容易被忽视了。这将为他开启一段与爱因斯坦类似的职业生涯——爱因斯坦的狭义相对论一开始也同样受到铺天盖地的质疑（尤其是因为他并非职业物理学家，而是学术圈的局外人，一名普通的专利局职员），但却并未被忽视，因为爱因斯坦此前的发现已经为自己赢得了名誉。爱因斯坦从此跻身于学术界，继续发现了广义相对论。与爱因斯坦一样，埃弗雷特也有能力成为教授级别的中流砥柱，作出更多和他第一个发现一样的突破和进展。啊，我多想知道，在那些平行宇宙里，他后来又发现了什么奇妙的东西……
图7-4 休·埃弗雷特的儿子马克是一个摇滚明星，这张照片拍摄于2007年，当时我和他一起在探索他父亲的研究工作。
有一件事，我觉得埃弗雷特一定会喜欢参与。那是2001年8月，在马丁·里斯位于剑桥大学的家中，他召集了一帮顶尖物理学家，召开了一场非正式的会议，主题正是平行宇宙以及相关话题。对我来说，这是平行宇宙第一次得到了科学界的尊重（尽管依然饱受争议）。我想，许多人看见其他参会者都有谁之后，一定放下了心理包袱，不再因自己拥有这样怪异的兴趣而感到内疚和尴尬，并开始相互打趣，比如，“你来这个可疑的会议干什么”。在一场关于平行宇宙的讨论会中，长时间的精神高度集中让大家都很紧张，我突然意识到，许多分歧其实只是由粗糙的语言引起的误解：许多人所说的平行宇宙其实属于不同的类型，但他们都用了同样的“平行宇宙”四个字！我想，他们一共说了三四种！想通了这一点，我举起手，提出了4个多重宇宙层级的划分规则，正是我在本书中所使用的这套分类方法。
尽管埃弗雷特非常聪明，但他有一个重要的问题没有回答：如果一个宏观物体真的可以同时位于两个地方，为何我们从来没有观测到这一现象呢？诚然，如果你测量它的位置，那么，位于两个平行宇宙里的两个你都会发现它位于一个确定的地方。但是，这个回答还不够好，因为精细的实验表明，宏观物体从来不会同时出现在两个地方，即使你根本不观察它们。具体地说，宏观物体从来不会表现出波动的性质，而正是波动造就了所谓的量子干涉模式。不仅埃弗雷特没有解开这个谜，在我的教科书里，也没有任何答案。
被审查的量子怪诞性
天哪！竟然起作用了！那是1991年11月，在伯克利的一个夜晚，外面漆黑一片，我正坐在书桌前，在一张纸上捣鼓各种各样的数学符号。我感到胸中涌动着一阵从未有过的兴奋。这是真的吗，我真的发现了如此重要的事情？我需要确认一下。
我经常想，在科学领域，最难的部分不是找到正确的答案，而是提出正确的问题。如果你遇到了一个相当有趣、成熟的物理学问题，它就会自动告诉你需要什么计算过程才能回答这个问题，剩下的部分就几乎是自动进行的了。即使数学推算需要花上几小时甚至几天的工夫，但感觉起来就像是在钓鱼，鱼儿已经上钩，只消拉一下线就能看到钓到了什么。我很幸运，一不小心就撞上了一个这样有趣的问题。
当时，我已经学到，与波函数坍缩有关的事可用一种数表来概括，在物理学的行话里，这种数表叫作“密度矩阵”（density matrix）。密度矩阵不仅表示了某个物体的状态（也就是它的波函数），还包含了我对该波函数的不完备知识[35]。比如，如果有个物体能同时出现在两个不同的地方，关于此，我的知识可以被描述为一个2×2的数表，以下是两个例子：
在这两个例子中，我在其中一个地方找到它的概率都为0.5，这个信息被编码成两个数字，分别写在每个矩阵的对角线上（左上角的0.5和右下角的0.5）。除此之外，每个数表里还有两个数字，用极客的行话说就是“密度矩阵非对角元”，表示量子和经典不确定性之间的区别。当它们都等于0.5时，它们就处于一个量子叠加态（比如薛定谔的猫同时处于死了和活着的两个状态）；如果它们都等于0，那我们面对的就是古老而熟悉的经典不确定性，就像我唱歌时找不着调的感觉一样。所以，当你把这些非对角元都换成0的时候，你就让波函数发生了坍缩！
我们在上一章已经看到，量子力学的哥本哈根解释告诉我们，如果你朋友观察一个物体，但是不告诉你结果，那他就坍缩了波函数，这个物体就会要么在这里，要么在那里，总之肯定处在一个确定无疑的地方，只不过你并不知道是哪个地方。换句话说，哥本哈根解释认为，“观察”这个动作用某种神秘的方式让非对角元都变成了0。
