Lv.25变形虫

靓号：201486

林奈

宇宙在每次测量中都分裂成多重实相的观点，已经日益成为量子力学领域流行的解决方案，但是“多世界解释”并不连贯。在量子力学的所有解释方式中，多世界解释最不寻常，最有吸引力，最引人深思。多世界解释(MWI)以其最常见的形式表明，我们生活在一个近乎无限的宇宙中，所有宇宙都叠加在同一个物理空间中，但又相互独立演化。在许多宇宙中，存在着你和我的复制品，彼此几乎没有什么区别，但“我”却引领着其他生命。关于量子力学解释的争论以其激情著名，因为无法用客观证据解决分歧已经成为常态。但当多世界解释出现时，这些激情可能会变得非常极端，以至于我们必须怀疑，在这个问题上的投入是否会远远超过解决一个科学难题的投入。

博科园-科学科普：多世界解释在性质上不同于量子力学的其他解释，虽然它很少被承认或认同。这种解释不仅涉及到量子力学本身，而且还涉及到我们认为知识和理解在科学中的意义。它也向我们的认知发出挑战——最终我们会承认或接受什么样的理论作为认识世界的一种主张。在1930和40年代，丹麦物理学家尼尔斯·玻尔（ Niels Bohr）阐明并完善了哥本哈根解释（被广泛认为是量子力学的正统观点）之后，量子力学的中心问题似乎是观测或测量造成的神秘破裂，也就是平常所说的“波函数崩塌”。波函数是一个数学表达式，它定义了量子系统的所有可观测状态，例如粒子的各种可能位置。直到测量完成，波函数崩塌没有理由将任何程度的真实性归因于任何的可能状态。

图片：Olena Shmahalo/Quanta Magazine

并不是说量子系统实际上处于这些状态中的一种，但我们确实不知道是哪种；我们可以自信地说，它不是这些状态中的任何一种，而是被波函数本身恰当地描述，在某种意义上，波函数允许它们全部都是观测结果。那么当波函数崩溃时，它们都去了哪里？乍一看，多世界解释看起来像是对神秘消失行为的一个令人愉快的简单回答。多世界解释道：除了我们的感知，所有的状态都不会消失；本质上是我们把波函数完全消除了。但是玻尔和同事没有把波函数分解成图片，只是为了让事情变得困难，这样做是因为这似乎就是事实。当我们进行测量时，确实从量子力学提供的许多结果中得到一个结果。

这一解决方案由年轻物理学家休·埃弗雷特三世(Hugh Everett III)在1957年的普林斯顿大学(Princeton)博士论文中提出，旨在解决“测量问题”，只使用我们已经知道的东西：量子力学。

为了将量子理论与现实联系起来，似乎波函数需要崩塌。所以埃弗雷特所说的是现实概念是错误的,只是认为测量结果单一，但事实上它们都会发生,只看到这些现实中的个体，其他的“我”也独立存在。实际上这意味着整个宇宙是由巨大的波函数描述的，它包含了所有可能的实相。“宇宙波函数”，正如埃弗里特在他的论文中所称，是以构成粒子的所有可能状态的组合或叠加为出发点。随着它的发展，其中一些叠加分解，使某些实相彼此分离开来。从这个意义上说，世界并不是通过测量而被“创造”。严格地说，我们不应该谈论世界的“分裂”(尽管埃弗里特是这样做的)，我们应该谈论揭示两个现实，而这两个现实以前只是单一现实可能发展成的未来。多世界解释与多元宇宙假说不同，多元宇宙假说设想的是其他宇宙，它们在不同的大爆炸中诞生，在物理上一直与我们自己的宇宙无关。

1957年美国物理学家休·埃弗雷特三世在普林斯顿大学的博士论文中提出了量子力学的多世界解释。图片：Wikipedia

当埃弗雷特发表他的论文，同时在一份受人尊敬的物理杂志上发表这一观点时，在很大程度上这一观点被忽视了。直到1970年美国物理学家布莱斯·德维特(Bryce DeWitt)在《今日物理学》(Physics Today)上发表了一篇关于这一想法的阐述后，人们才开始注意到这一观点。德维特的仔细分析使得埃弗雷特的论点显得有点滑稽，如果量子测量的所有可能结果都真实存在，那么它们在哪里，为什么我们只能看到(或认为我们看到)一个呢？德威特认为，测量的其他结果必须存在于一个平行的现实中：另一个世界。你测量一个电子的路径，在这个世界它似乎是这样走的，但在另一个世界它是那样走的。这就需要一个平行的，完全相同的装置让电子穿过。更重要的是观测者也必须平行，因为只有通过测量，叠加状态才能走向“崩塌”。一旦开始，复制过程似乎没有尽头。

你必须围绕着那个电子建立出一个完整的平行宇宙，除了电子去的地方以外，所有方面都完全一样。虽然避免了波函数崩塌的复杂性，但代价却是创造出另一个宇宙。这个理论并不像科学理论通常预测的那样准确地预测出另一个宇宙，这只是从另一个电子路径也是从真实的假设中推导出来。当你意识到测量是什么时，这一幻想就会变得非常夸张。在一种观点中，一个量子实体和另一个量子实体之间的任何相互作用——一个从原子反射过来的光子，都可能产生不同的结果，因此需要平行宇宙。正如德维特所言：每一颗恒星、每一个星系、每一个宇宙遥远角落发生的量子跃迁，都在把地球上的世界分割成无数个复制品。物理学家、多世界支持者马克斯·泰格马克（Max Tegmark）说：在这个多元宇宙中，所有可能状态每时每刻都存在；这意味着，至少在流行观点中，物理上的一切可能（或正在发生）都在一个平行宇宙中实现。

在进行测量之后，有两个(或更多)版本的观察者。泰格马克表示：做决定的行为”被视为一种度量，从各种可能性中产生一个特定结果，导致一个人分裂成多个副本。从某种意义上说，这两份副本都是最初观察者的复制品，都经历了一个独特、平稳变化的现实，都相信这是“真实世界”。起初，这些观察者在所有方面都相同，除了一个观察到电子路径(或正在被测量的任何东西)和另一个观察到的路径，宇宙以各自的方式运行，以一个持续不断的发展轨迹展开。也许可以看到为什么多世界解释是量子力学的解释，并且赢得了所有的关注和宣传。它告诉我们有多个自我生活在其他宇宙中，很可能实现了我们永远不会实现（或从不敢尝试）的梦想。对于每一部悲剧，就像格温妮丝·帕特洛在1998年拍摄的《推门》中饰演的角色被一辆货车撞倒一样，都有救赎和胜利。

谁能抗拒这种想法呢？

当然还有一些问题要问，首先关于多个世界的事情，分裂是如何发生的？现在看来，这取决于微观量子事件如何通过一种被称为“退相干（decoherence）”的过程产生宏观的经典行为，在这种过程中，量子系统的波状状态会因与环境的相互作用而变得不协调和混乱。平行量子世界一旦被解码就会分裂。根据定义，解码的波函数彼此之间没有直接的因果关系。由于这个原因，20世纪70年代和80年代发展起来的退相干理论为以前相当模糊的偶然性提供了清晰的理论基础，从而帮助恢复了多世界解释的活力。这一观点认为分裂不是突发事件，在博尔赫斯(Jorge Luis Borges)的小说《小径分岔的花园》(the Garden of Forking Paths)中，人们普遍认为不同世界的出现类似于摇晃沙拉酱将油和醋分离的过程。

那么询问有多少个世界就变得毫无意义。正如物理学哲学家戴维•华莱士(David Wallace)所表达的那样，这个问题更像是在问：你经历过几次昨天？你可以辨认出其中的一部分，但你不能完全列举出来。我们可以更精确地提问，是什么现象导致了分裂。简而言之它就在我们的身体内部，每一秒钟至少有许多分裂事件影响着我们每一个人，就像我们的分子在同一时间内相遇一样，这些数字简直难以计算。多世界解释的主要吸引力在于它不需要改变或增加量子力学的标准数学表示。没有神秘、特别、突然的波函数崩溃。根据定义，它预测的实验结果与我们观察到的完全一致。但如果认真对待它，我们很快就会明白，量子力学的概念性和形而上学问题并不会因为假设的简单性和预测的一致性而被消除。

多世界解释无疑是最极端的解释，一些物理学家认为这几乎是不证自明的荒谬;与此同时，埃弗雷特（everettian）经常坚信这是思考量子力学最符合逻辑、一致的方式。他们中的一些人坚持认为，这是唯一可信的解释。对于古希腊哲学家戴维•多伊奇(David Deutsch)来说，这实际上根本不是量子理论“解释”。这就是量子力学，唯一令人惊讶的是，这仍然有争议。我认为多世界解释问题是压倒性的，不是因为它一定错误，而是因为它们使它变得不连贯。根本无法有意义地表达出来。我试图总结这些问题，但首先，让我们放弃一个错误的反对意见。有人批评多世界解释的美学基础。人们反对其他无数宇宙的存在，其他国家的历史吗——我从未存在过的世界。

老实说，这种反对被正确地驳回了，理由是：冒犯一个人的正义感并不能作为拒绝一种理论的理由，我们有什么资格明确指出世界应该怎样行事？罗兰•欧尼斯表示：每一个量子“测量”都衍生出一个世界，这一观点对量子事件产生的微小差异给予了过分的重视，仿佛它们每一个对宇宙都至关重要，这与我们通常从物理学中学到的相反：在更大尺度下发生的事情中，大多数细微细节都没有任何区别。但是多世界解释最严重的问题之一是它对自我概念的影响，分裂产生我的复制品意味着什么？布莱恩·格林是一位著名的物理学普及专家，他有艾弗特式的倾向，他简单地坚持说：每一版本都是你。你只需要拓宽视野，超越你对“你”的狭隘理解。每个人都有自己的意识，所以每个人都相信自己是‘你’，真正的‘你’是他们的总和。

这个想法有一种诱人的刺激。但事实上，几百年前的多佩尔邦格比喻使我们有准备地接受它，结果，关于我们对所谓的复制品的认知水平往往非常浅薄。我们对《星际迷航》的某一集并不感到惊讶，而且被其中的图像吸引。那些“我”听起来很过激，同时很容易被认作小说和电影的情节线。泰格马克谈及他的复制品时说道：尽管我从来没有遇到过平行世界的马克斯；但他们分享我的价值观，我的感受，我的回忆，他们比兄弟们更接近我。但事实上，这幅浪漫的画面与多世界解释的现实关系不大。“量子兄弟”是一个无限小的样本，精心挑选出来以与我们流行的幻想一致。那么，那些从琐碎到彻底变革的“复制品”又如何呢？”

物理学家列弗·瓦伊德曼(Lev Vaidman)对量子年轻性问题进行了相当认真的思考。目前在不同的世界里有很多不同的‘Levs’，但现在说有另一个‘我’毫无意义有些不妥。在这些不同世界里，有与我(分裂时)完全相同的存在，我们所有人都来自同一个源头——现在的‘我’。每时每刻的“我”都是通过对他身体和大脑状态的完整经典描述来定义的，但是这样一个“我”永远不会意识到它的存在。意识依赖于经验，而经验并不是瞬时属性；它需要时间，尤其是因为大脑的神经元本身需要几毫秒的时间来启动。你不能在一个每纳秒疯狂分裂无数次的宇宙中“定位”意识，就像你不能把一个夏天放在一天里一样。有人可能会回答说，这无关紧要，只要有一种贯穿所有分裂的连续性的感觉就可。但如果不是在一个有意识的实体中，这种知觉能存在于什么地方呢？

如果意识在量子多重宇宙中以某种方式蜿蜒前行，那么我们就不得不把它看作是某种非物理实体，不受(量子)物理定律的影响。因为没有其他办法，它怎么能这样做呢？大卫·华莱士是最具独创性的作家之一，他认为纯粹从语言角度来看，“我”的概念只有在身份/意识/心灵局限于量子多元宇宙的一个分支时才有意义。由于尚不清楚这种情况如何发生，华莱士可能无意中证明了多世界解释并不是在鼓吹“多重自我”。相反，它正在瓦解自我的整个概念，否定了“你”的任何含义。我不希望任何人认为我被这事冒犯了。但是，如果多世界解释牺牲了对自我进行有意义思考的可能性，我们至少应该承认这一点，而不是用“量子兄弟姐妹”的图像来掩盖它。尽管如此，科幻小说中关于“复制量子自我”的设想还是带来了一些新奇、不可否认的娱乐画面。

是否可以保证分割实验量子测量过程的结果，可以想象做一个“量子分配器”，通过这种转换确保了旋转状态的初始叠加被完全解码为经典结果。只要按下设备上的按钮，就可以随时进行测量。每次你采取这样的办法后，两个截然不同的“你”就会出现。那我们能够利用这种力量来创造世界和自我吗？可以通过玩量子俄罗斯轮盘赌成为亿万富翁。量子分裂器在你睡觉的时候被激活，如果拨号盘向上显示，那么你醒来的时候就会得到十亿美元。如果它表现出来，你就会在睡梦中毫无痛苦地走向死亡。我想，虽然有很少人会接受抛掷硬币的观点，但一个意志坚定的人应该会毫不犹豫地使用量子分离器。因为在情况下，你醒来后会得到现金是肯定的。

当然只会有一个“你”醒来，其他人已经完全死去，然而你并不会知道。当然也有一部分人会因担心自己走向死亡，而选择放弃玩这把游戏。但使生活并变得富有也是绝对肯定的。你不理解那是什么意思吗？你当然理解。这个说法，用物理学家肖恩卡罗尔(Sean Carroll)在另一种情况下恰如其分的话说，就是“认知不稳定”。尽管如此，有些人还是试图阐明一个观点。他们认为尽管所有结果都很确定，但任何观察者都有理由认为某一特定结果的主观概率与世界波动函数的振幅成正比，或者瓦德曼所说的世界的“存在度量”。这是一个误导人的术语，因为没有任何意义的许多世界存在概率极低。对于最终出现在任何给定世界的“自我”来说，这一切无关好坏。尽管如此，我们应该理性地‘关心’分裂后的世界，以这种方式来衡量存在。

在此基础上，他认为量子玩俄罗斯轮盘赌一次又一次(甚至一次，如果有一个非常低的测量存在“好”结果)应被视为一个坏主意，因为列弗死的世界尺度将远远大于活着的列弗世界尺度。这可以归结为多世界解释中概率解释，如果所有结果都是100%发生，那量子力学概率特性又会如何呢，为什么两个(或者1000个)相互排斥的结果都有100%的可能性？关于这个问题，有大量未解决的文献，一些研究人员认为这是该观点的立场问题。但我想错了，很多讨论都有假设，这个问题与自我概念无关。试图解释多世界解释中概率的出现可以归结为量子概率就是量子力学在意识限于一个世界时的样子。正如我们所看到的，实际上没有任何有意义的方式来解释或证明这种限制。

想象一下，观察者爱丽丝正在玩一个简单抛硬币赌博游戏的量子版本，没有什么比量子俄罗斯轮盘赌更激烈或更情绪化的了，它取决于一个原子自旋状态的测量，而原子的自旋状态是上下50:50叠加。如果数字上升，她的钱就会翻倍。如果失败了，她会失去一切。如果多世界解释正确，这个游戏似乎毫无意义，因为爱丽丝肯定会赢也会输。她说:“是的，但我最终会在哪个世界迎来结束？”在某种意义上，一旦进行了测量，就会出现在抛硬币前的“她”中。现在我们来研究睡眠技巧，在测量之前，爱丽丝会先进入睡眠状态。两个房间都有一个箱子。其中一个是她的两倍，而另一个为空。当她醒来时，如果不打开箱子，她就无法判断箱子里是否有中奖的钱。但她可以意味深长地说，50%的可能性有奖金。更重要的是，这难道不是一个有意义的概率吗？

菲利普·鲍尔《超越怪异:为什么你认为你所知道的量子物理的一切都是不同的》（Why Everything You Thought You Knew About Quantum Physics Is Different）一书的作者。图片：Richard Haughton

这里的概念是，在多世界解释中确定发生的量子事件仍然可以在观察者中引出概率信念，仅仅是因为他们不知道自己在哪个分支上。假设爱丽丝小心翼翼地说:我将会有这样一种体验，我醒来时，发现房间里有一个箱子，里面有50%的几率装满奖金或空着。埃弗里特主义者会说爱丽丝的话正确无误，因为这是一种理性信念。但如果爱丽丝说：我的经验告诉我，我醒来时发现房间里有一个箱子，而这个箱子有百分之百的可能为空，埃弗雷特的支持者也必须接受这一说法，认为这是一种真实而理性的信念，因为最初的“我”在未来必须适应这两种信仰。以前的爱丽丝不能用量子力学来预测会发生什么，因为在任何时候，除了意识存在(在疯狂分裂的宇宙中，意识不存在)之外，没有任何逻辑方式来谈论“她”。

从逻辑上讲，我们不可能把爱丽丝之前的知觉和之后的知觉联系起来，“爱丽丝”就消失了。当你否认代词有任何连续性时，你不能援引“观察者”来进一步论证你的论点。多世界解释真正否认的是事实存在，它用一种伪事实经验取代了它们(我们认为这已经发生了，尽管它也发生了)。这样做就消除了我们可以体验、已经体验或正在体验的任何连贯概念。我们可能会合理地怀疑，剩下的东西是否有任何价值、任何意义以及这种牺牲是否值得。每一个科学理论(至少，我想不出一个例外)都是一种公式，用来解释为什么世界上的事物是我们所认为的那样。这种理论必须恢复我们所感知的现实的假设，通常是如此明显，以致于它可以不言而喻。进化论或板块构造学理论不需要我们身临其境去检测，我们认为事实就是如此。

但是多世界解释拒绝批准，当然它解释了为什么看起来“你”像在这里观察电子自旋是向上的，而不是向下的。但实际上它并没有让我们回到基本真理。正确地理解，既没有事实，也没有你去观察它们。它说我们作为个体的独特体验不仅仅是一点点不完美，一点点不可靠和模糊，而是完全的幻觉。如果我们真的追求这个想法，而不是假装它给了我们量子兄弟，会发现自己无法说出任何可以被认为有意义的真理。我们不仅仅停留在语言上，甚至否认语言有任何代理。多世界解释如果被认真对待的话，结果不可想象。它的影响破坏了对世界的科学描述，其严重程度远远超过任何竞争对手。多世界解释告诉你根本不要相信经验主义：它摧毁了任何关于观察者可能是什么的可信描述，而不是将观察者强加于场景之上。有些人坚持认为这不是问题，你不应该被它困扰。

然而我极力反对多世界解释，与其说是为了摧毁它，不如说是为了展示它的缺陷，一旦缺陷暴露出来，就会具有启发性。就像哥本哈根解释一样，它应该被重视，因为它迫使我们面对一些棘手的哲学问题。量子理论坚持：在基本层面上，世界无法为所有表面上似乎应该有一个问题的问题提供明确的“是/否”实证答案。对一些人来说，哥本哈根解释平静地接受这一事实似乎太不令人满意。多世界解释是一种通过同时承认两者来拯救“是/否”的热情尝试。

但最后如果你说一切都是真的，那相当于你什么都没说。我们不必害怕一种科学观点会改变我们对宏观现实的看法。但是当我们认真去追求它时，这种观点就会显得幼稚和难以言喻，而这种观点并不能实现科学的功能。那么多世界的价值在于，关闭一条简单的出路；为了发现自身处于死胡同，承认他们是值得的。但是坐在那里坚持说我们已经找到了出路没有意义，仍需要回去继续寻找。