夜航船

多世界解释:波函数从未坍缩

多世界解释不为一次测量挑选唯一结果。它保留波函数的连续演化,把测量理解为被测系统、仪器和观察者一起进入叠加状态。每个分支中的观察者只看到其中一个结果,另一个结果并没有消失,只是出现在另一个分支里。

上帝掷骰子吗》用双缝实验说明这种解释:电子通过左缝和右缝的两种可能都发生了,连同观察者所在的世界一起分开。波函数坍缩 在这里不再是一项额外过程。薛定谔的猫也不必等到开箱后才决定死活,活猫与死猫分别属于不同分支。

这是一种量子力学诠释。它与哥本哈根解释对实验结果作出相同预言,目前不能单靠这些实验把其中一种选出来。所谓“宇宙分裂”也是书中的叙述方式,不能直接当成已经观测到许多个平行宇宙。

是的!电子即使在观测后仍然处在左/右的叠加中,只不过,我们的世界本身也是这叠加的一部分!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,而在另一个世界里,电子则通过了右边的狭缝! 波函数无须坍缩”,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) 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。 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,也无须等人们打开箱子才坍缩”,从而盖棺定论。

原页接着把分支一路推回宇宙诞生:

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。

事实上,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。

书中对这种叙述的反感也写得很直接:

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”。

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。

“世界分裂”是便于理解的说法。原页随后给出了更接近形式体系的描述:

宇宙本身包含了一切,所以也就无所谓外界”,把宇宙定义为一个孤立系统似乎是没有什么大问题的。宇宙包含了n个粒子,n即便不是无穷,也是非常非常大的,但这不是本质问题,我们仍然可以把整个宇宙的状态用一个态矢量来表示,描述宇宙波函数的演化。

MWI的关键在于:虽然宇宙只有一个波函数,但这个极为复杂的波函数却包含了许许多多互不干涉的子世界”。宇宙的整体态矢量实际上是许许多多子矢量的叠加和,每一个子矢量都是在某个子世界”中的投影,分别代表了薛定谔方程一个可能的解!

真实的,完全的”宇宙态矢量存在于一个非常高维(可能是无限维)的希尔伯特空间中,但这个高维的空间却由许许多多低维的世界”所构成(正如我们的三维空间可以看成由许多二维平面构成一样),每个世界”都只能感受到那个真实”的矢量在其中的投影。因此在每个世界”感觉到的宇宙都是不同的。

——收入 书架 · 思维模型