世界真的存在吗？ 最前沿物理学——宇宙只是幻象！ | 生死书
全息宇宙-物质背后的秘密
最前沿物理学——宇宙只是幻象！
本文发表于《新发现》杂志2005年12月号，标题是《世界真的存在吗？》
全是我自己打字输入电脑里的，真累阿。
输入者：dendavid
一个世纪以来，物理学家们一直在思考这个问题：支配着无限小的规律似乎难以理解。然而，如果我们承认量子现实只是一种错觉的话，那么一切就清楚了！这一认识将掀起一场全面的革命。
“我们应该修改物理学教材了！”2005年8月，在德国康斯坦茨湖畔一所大学的最高建筑的顶楼，美国物理学家克里斯托弗·福熙（Christopher Fuch）用这样一个大胆的提议作为其组织的系列研讨会的开场白。康斯坦茨大学出资邀请了50多位美国、加拿大、英国以及意大利、法国和澳大利亚的理论学家和哲学家来参加这一为期一周的会议。他们都是微观物质运动规律研究领域的顶尖专家。其中的一些学者极具威望，但他们也毫不犹豫的推翻了自己曾经持有的观点。作为门外汉，我们无法深入理解研讨会期间专家们彻夜争论的深奥的数学问题。不过，他们讨论都是围绕着这样一个观点展开的：物理学为我们描绘的世界也许并不是真实的物质世界，而很可能只是一个巨大的幻象！
这让我们一下子坠入了云雾之中。在我们一贯的观念中，物理学的目的，正如字典里所清晰定义的那样，不就是“研究物质的属性”吗？物理学家们的确是通过对如同康斯坦茨湖畔的石头一般真实存在的物体的考察和研究，才得以提出了现有的物理学理论。那么凭什么说物理学描绘的只是一个幻象呢？很简单，这是因为物理学家们在抽丝剥茧般梳理“客观现实”这块织物的“纤维”时，令其支离破碎了。而物理学的本义，也因此突然变得支离破碎了。
这种观点最早是在20世纪初提出的，当时物理学家们刚刚能够深入探寻我们这个物质世界的奥妙。他们为自己的发现感到惊奇。在此之前，人们已经习惯性的认为，物体要么是波动，就像海面上荡漾的波浪；要么是在时空中运动着的粒子，就像绿色球台上滚动着的台球。然而，物理学家们进行了更加深入的考察，他们发现光、原子或电子的运动似乎并非如此。比如，在某些条件下，通常被看作波动的光却会像粒子一样的运动；同样，通常被当作粒子的电子有时则会像波一样运动！
还物理学一个真相
短短几年间，理论学家们在创造概念方面作出了史无前例的努力，他们以纯经验论的方式渐渐构造起了一个数学大厦，用以描绘那种种“令人难以置信”的物质运动。就这样，量子力学在1925年正式诞生了，从此不可动摇。但是，要承认量子力学，就意味着必须抛弃海浪和台球，而承认物体——包括电子、原子、分子以至石头——都是由一个极其复杂的代数概念（即“希尔伯特Hilbert空间的态矢量”）组成的。这也意味着还必须接受一套支配物体演化的新规则，使物体之间能以超越空间和时间的方式发生联系，并同时具有几种不同的态，而当人们对它们进行观察时又会根据某些非常精确的概率法则任意缩减为一个单一态。物理学家们不得不接受这些如此“离奇”的概念。因为，据说，这个奇异的量子世界正是我们所处的世界这一理论从来没有受到怀疑；而且这一理论确实也曾成功的预言了各种化学元素的属性、激光和电子芯片的特性、DNA的稳定性甚至核反应的“爆炸性”。尽管康斯坦茨湖中的鹅卵石看起来似乎并未表现出这些奇异的特性（这些特性只在微观系统能够观察到），但量子力学的使命的确就是描述围绕在我们身边以及构成我们的物质的内部运动。
而在这里，我们显然看到了一个大问题！量子力学作为物理学领域中描述物质最深刻的理论，为什么它距离我们的传统观念如此遥远？为什么这一学说最基本的理论都如此难以理解？现实真的是如此超出我们的想象吗？30年来，每年都要举行一些大型的国际学术研讨会，目的是通过对目前掌握的十几条线索进行分析，再现能与当代物理学研究数据相一致的真实世界的面貌。然而问题的关键在于，每一种对于世界的“现实的”诠释看上去都那么超现实！最著名的一种诠释是1957年美国物理学家休·艾福雷特（Hugh Everett）提出的：针对“为什么量子物体能同时具备多态，但在人们对其加以测量时又缩减为单一态”这一问题，艾福雷特解释说，其他所有的态确实存在，只不过它们存在于平行世界中。 而在克里斯托弗·福熙看来，这些研究工作都误入了歧途：“我们的任务并不是要为了证明量子理论的意义，而是去额外的制造更多的结构、更多的定义和更多像科幻一般的假设。我们的任务恰恰是要将这一切统统抛弃、重新从零开始。然而，要做到这一点，我认为就必须把目光投向量子信息学理论的著作、技术和含义。”
一片肥沃的土壤
信息：是的！信息在这里意味着什么？这个概念难以准确定义，但大家从直觉上都知道它到底是怎么一回事：在信息学上，信息就是对能够被按照0和1二进制数进行编码的事件的认知要素。乍一看来，它与量子力学好像没什么关系。不过，在20世纪80年代中期，物理学家们发现，量子法则使人们可以用一种全新的方式处理信息。量子法则实现了两个物体之间的长程关联，这实际上可以被看成一种新的联系渠道，使得人们能够实现信息在两地之间的遥距传输、保障机密信息的安全或同时进行大规模的并行计算。在这些美好前景的吸引下，理论学家和实验学家们便创立了一套新的语言，开拓了物理学的一片充满了活力的新领域——“量子信息学”。
然而惊喜并不止这些。从20世纪80年代末开始，出现了这样一种思考：既然我们可以用量子力学来处理信息，那么可不可以反过来，用信息去理解量子力学呢？可不可以不把量子信息学当作量子力学理论的一种运用，而将其视为这一理论的基础呢？这正是科学家们在康斯坦茨大学会议上争论的核心问题：量子力学所揭示的到底是物体本身还是我们所知的关于物体的信息？也许“希尔伯特空间态矢量”所表现的并非光子、分子或石头这些物体本身，而是我们所拥有的关于这些物体的信息。如果确实如此，那不蒂于对物理学理论的一个彻底颠覆！
粗看之下，这一观点似乎没什么特别，甚至还有些落后：显然，我们只能通过我们贫乏可怜的感知能力获得的信息去了解这个世界：从德莫可立特到康德，哲学家们早就告诉过我们，有一块看不到扯不破的纱幕将我们和现实世界隔开。但如果进一步参考尼尔斯·玻尔、埃尔温·薛定谔以及沃尔夫冈·泡利等现代物理学奠基者的思想，我们就会发现这一观点极其适合诠释量子力学。这是因为，信息具有与物质完全不同的属性：与鹅卵石相反，信息没有空间和时间的位置，因而我们可以任意的复制它、分享它、总结它、删除它。那些离奇的量子现象，我们一直以为它们是物质的属性；但如果我们从信息的角度对这些现象逐一加以重新考察，就会发现它们再正常不过了。
比如，为什么一个系统能同时存在于好几种状态之中？很简单，这是因为我们已知的信息尚不足以准确的告诉我们它到底处于何种状态。为什么对该系统进行测量，就能使其一下子缩减为单一态？这是因为这种测量使我们获得了新的信息，加深了对该系统的认识。为什么两个系统之间可以发生超时空的关联？这是因为这两个系统之间存在着共同点，我们从一个系统获得的信息可以立刻让我们了解另一个系统。量子世界里为什么会有偶然的存在？这是因为我们缺乏必要的信息，无法对一些问题作出回答，所以不得不将其划归偶然的范畴。为什么能量不是连续的而是量子化的？这是因为它和信息本身的量子化是对称的，量子化的信息缩减为一些二进制的答案：是或否、0或1。简而言之，正如奥地利物理学家安东·柴林格在几年前曾解释过的那样：“如果我们遵循这样一个原则：即量子力学的基础概念就是信息，那么我们就能够很自然的理解量子现象。”这样一来，量子现象就变得合乎我们的常识了。
两年来，这一思想不断的得到充分的发展。在那些聚集在康斯坦茨大学的物理学家们看来，现在已经到了从定律层面上用对量子力学的这种新解释来“改写物理学教材”的时候了。现在的目的，不再是对量子理论加以诠释，而是要重新创立量子理论；不再是被动的接受20世纪初物理学界以经验论方式拼凑出来的那些法则，而是要证明这些法则都是与信息获取、信息表达及信息传播相关并受到这些条件限制而得出的结果。这个领域是一片极其肥沃的土壤！杰弗里·巴伯、阿列克谢·格兰邦、吕希安·哈代和克里斯托弗·福熙认为，在我们这个世界中，信息是受到某些限制的。他们努力尝试搞清楚什么样的理论是不描述现实的本来面貌而是描述我们对现实信息的获取的。结果，他们的答案都指向量子理论！他们四人的研究似乎十分令人困惑，其实非常深刻非常理性，值得我们加以特别关注。他们的出发点各不相同：有的认为，信息是主观的，取决于提问的人；也有的认为，信息是客观的，就像是一种新的实体，不受观察者的主观因素影响。但他们都同意这样一点：从信息的概念出发，很容易导出量子理论。这恰恰说明，量子力学并不是一种描述波、粒子或场的运动属性的现实理论，而是一种描述信息属性的理论。
幕后的世界
这完全推翻了我们对真实世界的观点。因为，这说明，我们原来所认为的真实世界，可能仅仅是我们的看法而已。这种情况，就好像是一个仅仅通过电脑屏幕来了解外部世界的人一样：他决不能因此断定，外部世界就是他电脑屏幕上的象素！克里斯托弗·福熙认为，我们必须把信息和世界区分开来。我们必须将资料中属于电脑屏幕的因素去掉，这样才能保证剩下的资料反映的是世界的本来面貌。“通过蒸馏净化而保留下来的部分——相对于整套理论来说，它也许非常微小——才是量子力学试图向我们揭示的自然的本来面貌。”他补充到。同时他强调，现在要知道这种“蒸馏净化了的真实”到底是什么样的，为时尚早。
杰弗里·巴伯的看法则恰恰相反：“关键问题并不在于思考信息指涉的内容是什么。比如，你想把一条消息从你的电脑发到我的电脑中来，那么这条消息包含什么内容并不重要：也许是一幅图片，也许是一篇法语文章，抑或是一篇中文的小说。重要的是，对该消息进行压缩、传送和解码，而不必在乎它反映的是什么。描述信息的交换，在我看来，这才是基础物理学全新而唯一的任务。”
阿列克谢·格兰邦的立场看起来更为极端。他认为物理学根本不应该继续关注现实——那隐藏在屏幕背后的现实。因为既然我们必须通过屏幕去了解现实世界，那么奢谈幕后的现实又有何意义？“有关真实的存在的问题是物理学家们的一种信仰。然而科学并不取决于信仰，”他语气坚定的说，“物理学的任务就在于对事务进行描述，而不在于求证其描述的事务的真实性，也不必去管这种真实性是否存在。”
尽管有人指责他们不承认自我以外的任何真实，是陷入了一种唯心论唯我论的泥沼；也有人指责他们把理论仅仅当成行动的工具，是坠入了工具主义的迷途，但这100余位宣布要推翻传统物理学的物理学家们还是引起了科学界的反响。巴黎科学技术历史和哲学研究所的基多·巴恰加卢皮说：“虽然这些研究工作清楚的表明，信息的某些特性可以将我们直接导向量子结构，但目前看来，这些特性都还不具有决定意义。因为他们所使用的某些数学假设仍然缺乏确定性。”巴黎综合技术学院认识论研究中心的米歇尔·让波尔则为“这曾经在20世纪70年代主宰物理学的现实主义浪潮的再次涨潮”而感到欣喜，他说：“这些研究工作证明和实践了埃玛纽尔·康德首倡的超验论推论：即只有从认知局限的形式出发，才能实现认知。”
无论如何，这一观点目前尚不成熟。因为，即使我们原本以为的真实完全是或部分是一种幻象，那还必须要解释，为什么真实会具有这样一种表象而不是别的表象。因此在信息的基本概念上重新建构时间、空间乃至物质的概念，将是这一全新的物理学艰巨的任务。
通向量子引力学？
这些物理学家们用爱因斯坦在1905年至1915年间完成的事业为例激励自己。起初，爱因斯坦这位年轻的天才为了建立自己的狭义新相对论而对那些高深玄妙的经验方程（洛伦兹方程）进行了重新诠释。两年后，他在此基础上又创立了广义相对论，成了物理学的一根支柱。广义相对论描述的是空间和时间的对称以及万有引力。然而，就像克里斯托弗·福熙所强调的那样：“很难想象一个人——即便他是爱因斯坦——能够实现从洛伦兹变换这样一个抽象结构到广义相对论的直接飞跃。”
爱因斯坦创立相对论是一个充满吸引力的记录：对于量子力学的重新诠释会不会在将来的某一天超越这一记录？信息的概念能否协调量子力学与相对论的矛盾，并最终实现朝向“量子引力理论”的飞跃？这可是物理学家们的最高梦想。吕希安·哈代已经走上这条道路。他在康斯坦茨大学首次介绍了他的“通往量子引力学的新途径”。如果他能够坚持到底，那将是对这一观点的真正的确认。尽管这必将会让物理学家们头痛不已，但物理学教材将因此而彻底改变。
我们曾经以为的客观现实已经被打破，在这片废墟上渐渐诞生了一门“新物理学”：这是一种以信息概念为出发点研究万物的学科。它雄心勃勃的想要重新定义时间、空间和物质。它的最终目标，就是探索一个新的世界——我们的世界。
“欢迎来到世界的源头。”物理学家们孜孜不倦的研究着在微观层次上主宰着我们世界的法则，他们为我们带来了这样一条令人晕眩的消息。他们承认，量子力学远远不能描述物质的属性，它告诉我们的只是“信息”。结论就是：虽然我们一直以为只要伸手出去就能触及到世界的真实基础，但就在我们伸出手去的那一瞬，这些真实的基础便突然消失了，留在我们眼前的只是一种集体的幻觉、一种由我们自己的研究模式所造成的伪迹。
这一切不由得让人联想到几年前由沃卓夫斯基兄弟编导的三部曲电影《黑客帝国》（Matrix）。在这部影片中，无处不在的电脑程序控制了人类，让他们以为自己生活在一个安详的世界之中，然而那个世界却是虚拟的。英国剑桥大学的数学家约翰·巴劳在去年发表的一篇文章，就描绘了一个“仅仅比我们的文明先进一点点”的文明世界。在那个文明世界中，人们“能够模拟星辰的升落和星系的形成；通过整合生物化学法则，还能观察生命和意识的进化、见证不同文明的成长并与他们沟通；人们努力的进行研究和探索，想要知道天空中是否存在着一个创造了他们的宇宙的凌驾于一切之上的超级程序员。”简单的说，他提出了一种观点，即我们可能只是一个巨大的电子游戏里的虚拟存在而已，这种观点并不荒谬。只不过，在目前看来，这种观点还谈不上是科学的，而更多的是一种科学幻想，因为我们无法通过实验来证明或驳斥它。和《黑客帝国》中的主人翁们相反，我们可没有什么红色药丸可以让我们穿透电脑屏幕！既然如此，那么构建这样一个可能永远只是假设的“超宇宙”又有什么意义呢？
不过，几年来信息学的汹涌澎湃对物理学造成了巨大的冲击，这使一些人对该影片剧本的立意产生了浓厚的兴趣。这是因为，如果我们能够恰当把握其表达的思想，就有可能获益良多：我们完全没有必要像这些科幻作品中所描写的那样，为了寻求那超越表象的真实或为了揭开某个虚无飘渺的“超级程序员”的真面目而无畏的耗费我们的精力；相反，我们可以循着这一思路，重新定义我们与世界的物理关系，以便寻找一条与世界和谐相处的途径。
我们应该记住这样一个道理，尽管这个道理好像是一句罗嗦的废话：我们只能通过我们所掌握的关于现实世界的信息去了解这个现实世界。“信息是物质与抽象、真实与理想之间的中介，”美国物理学家汉斯·克里斯蒂安·拜耶强调，“真实的物体，不管是一个原子、一个DNA分子，还是一本书或一架钢琴，都是从信息这种奇特的可压缩的实体中迸发出来的，而信息，在进行了一系列复杂的转换后产生了意义，扎根在我们的大脑、我们的理智之中。”
19世纪的一场公开辩论
要想理解世界，物理学家们的客观性就首先是与信息密切相关的。物理学不只是一种研究本质的本体论，它首先应该是一种方法论——它首先应该研究的是，我们是以什么方式去了解我们所了解的东西，并且应该研究与我们的认知相关的局限。汉斯认为：“如果我们能够理解信息的本质，并将其涵容于我们的物理世界模型之中，那将是我们朝着真正理解客观现实这一目标迈出的第一步。”“一切皆源自信息？”（It from Bit?）这是美国物理学家在1989年提出的一个口号，巧妙的归纳了物理学家们的雄心壮志。也许我们周遭的一切真的只是一个由0和1构成的巨大漩涡的表现？也许我们真的应该用纯信息学的术语去重新定义物理学的法则、重新定义空间、时间以及物质的概念？这一思想看上去如此离奇，但其实，早在19世纪下半叶热力学奠基之时，就已经激起了一场纷纷嚷嚷的公开辩论。热力学研究的是蒸气机内部的热流，当时建立这一学科的坚实基础就是一些可测量的物理概念（比如能量、热、温度和熵），以及一些简单明确的定律（比如能量守恒定律或熵增加原理），还有就是经过证明的能够提高机械效率的一种有效系数。
热力学的例子
当时在物理学界一石激起千层浪的问题就是，这些主宰着宏观物质的法则与分子的微观属性到底有何联系。奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼是第一个通过提倡方法论的态度为解答这个问题扫清了障碍的人：他借助统计学研究，在1875年证明熵的概念——热力学的中心概念——能够被解释为对混乱程度的测量、对一个系统中每个分子位置和速度等未知信息的量的测量。然而，正如苏格兰人詹姆士·麦克斯韦所强调的那样，“混乱，和与其对应的秩序一样，并非物质本身的属性，而是取决于观察它们的人的精神因素”。也许那些具有天赋的感知力、记忆力和计算能力的超人才有可能了解分子的所有奥秘并为熵赋予一个虚空的值。这些物理学家可谓是信息时代先驱，他们不顾当时那些现实主义定义的捍卫者的尖叫和惊呼，大胆的断言热力学概念是“与我们所认知的外延相关的”，这些概念只存在于“仅具有中等认知水平的人的头脑中，这些人能够发现某些形式的能量，同时却忽略了其他形式的能量”。
这场辩论一直没有定论。几十年后，同样的“本体论”和“方法论”之争又随着量子力学的诞生而展开了。在物质最深处发现的奇异性将物理学家们逼进了死胡同，他们中的许多人早早的就预感到有必要换一个角度进行思考。不过，这要一直等到20世纪50年代初洛德·香农提出信息数学理论以及20世纪80年代中期该理论与量子理论发生碰撞之时，这种“信息学的态度”才渐渐成为了科学研究的一个计划。这个计划之所以如此吸引人，是因为香农的理论和物理学都有一个共同的目的：最大限度的对信息进行压缩。事实上，在香农看来，这种压缩是估算一条消息中所包含的信息量的唯一方法；而在物理学家们眼中，这种压缩就要求我们要找到能够归纳尽可能多的现象的、具有足够普遍性的法则和概念。尽管信息的概念依然很难定义，但今天新一代的物理学家们已经准备好了要重新继承麦克斯韦和玻尔兹曼的渎圣的勇气。
“时间，就是无知”
只不过，如今，他们要用信息术语重新诠释的是物理学用来描述世界的所有概念：空间、时间、物质、定律。要实现这个计划，就不可避免的要对爱因斯坦用来描述物质、时间和空间之间关系的广义相对论进行重新诠释。进行这样的重新诠释，人们还没有什么把握。最困难的并不是空间概念。传统上认为，空间一词指的是物体在其中运动的几何环境。但在卡尔洛·罗维利看来，“空间就是关系”。这位任职于马赛地中海大学的意大利理论学家证明了从基础的互动网络——即信息交换网络——出发，就能建构一个拥有一切空间属性的实体。这就有点像是古代军人穿的锁子甲，凑近一些观察，就会发现它并不是一个平面，而是交织在一起的许多小球。为了得出这一结论，罗维利运用了源自“球体量子引力学”（这门正在兴起的学科的目的是将量子理论和相对论统一起来）的一些方法。因此，一直被当作运动的范畴的空间，可以从信息学的角度，被重新定义为无数数据本地传送的结果。
“至于时间。人们已经有了一些奇思妙想，不过仍然很模糊”，罗维利进一步解释道。尽管如此，他还是和法国数学家阿兰·科纳一起，揭示出时间流并不存在于微观层次，而是产生于宏观层次上我们的那种对信息进行压缩的必然需要。更确切的说，只有忽略各种基本态之间的信息差别，我们才有可能观察到参数t，这个参数不隶属于任何态，并且具有时间的所有特性。就像熵一样，如果戴上信息学的眼镜去考察时间这个概念，就会发现它也取决于观察者的信息处理能力，它也是只存在于像我们这样“仅具有中等认知水平的人的头脑中”。可能时间并不是一个用来标记事件进度的独立的流，而是我们没有深入了解事件细节的能力的标志！年轻的俄罗斯哲学家阿列克谢·格兰邦在其论文中也花了一部分篇幅来探讨这个问题，他就此提出了一句令人惊骇的格言：“时间，就是无知。”
那么，对于物质和能量的概念又该如何重新诠释？目前，人们暂未找到任何明确的途径。但是，就像阿列克谢·格兰邦锁强调的那样：“电子或原子，它们首先是一些词语，是普通语言中的一些词汇；有了这些词，我们就可以不去考虑这些物体到底是由什么构成的。”而在方法论的浩大计划中，就必须使用信息术语对这些词加以重新定义。也许有一天，会有一种新的理论能够通过信息概念将量子力学和广义相对论统一起来，到那时我们就能找到答案了。而这正是英国物理学家吕希安·哈代所接受的挑战，为此他提出了一个全新的概念：“原因曲线”，也就是理解我们所具有的为涌入大脑的信息提供逻辑解释的意愿。尽管目前我们还无法判断这种“通向量子引力学的新途径”是否正确，但这种“原因曲线”可以被看作是那些方法论新概念的范型，它们的使命就是全面主导物理学。在人类进入到“信息时代”的今天，物理学的目的不再只是描述世界的本来面貌，而更多的应该是描述我们那被困在颅骨之中的大脑为了理解世界所进行的顽强努力。物理学要作的，不再是通过方程式去对在时间和空间中运动的物质进行计算，而是要以我们为了掌握数据浪潮而做的有限然而勇敢的努力为出发点，使这些概念显现出来。说到底，物理学正在重新定义的，不仅是外部世界，而更多的是我们人类的境遇。是的，从某种意义上说，我们的确是被关在一个类似《黑客帝国》所展示的虚拟世界之中！但和影片所表现的不一样，这个世界并不是一个普普通通的电脑程序：在与这个世界共处时，我们所得到的，就是我们自己对信息进行计算的结果。这个结果不仅不能奴役我们，相反还能使得我们得到解放，防止我们被那汹涌澎湃于我们周围的信息巨浪所淹没。而且，今天，新一代的物理学家们已经下定决心要解开这个结果的密码。埃弗莱特的量子多世界理论『物理世界泛学科博客文章』
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　　埃弗莱特的量子多世界理论
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埃弗莱特的量子多世界理论
∷∷　中国大学　作者：悟物穷理 　∷∷
埃弗莱特的量子多世界理论
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。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。&&& & 针对人们对MWI普遍存在的误解，近来一些科学家也试图为其正名，澄清这种稀奇古怪的&宇宙分裂&并非MWI和埃弗莱特的本意(如Tegmark1998)，我们在这里也不妨稍微讲一讲。当然要准确地描述它需要用到非常复杂的数学工具和数学表达，在理论上尽量浅显一点。这里只是和诸位进行一点最肤浅的探讨，用到的数学保证不超过中学水平，希望各位看官也不要望而却步。&&& &首先我们要谈谈所谓&相空间&的概念。每个读过中学数学的人应该都建立过二维的笛卡儿平面：画一条x轴和一条与其垂直的y轴，并加上箭头和刻度。在这样一个平面系统里，每一个点都可以用一个包含两个变量的坐标(x, y)来表示，例如(1, 2)，或者(4.3, 5.4)，这两个数字分别表示该点在x轴和y轴上的投影。当然，并不一定要使用直角坐标系统，也可以用极坐标或者其他坐标系统来描述一个点，但不管怎样，对于2维平面来说，用两个数字就可以唯一地指明一个点了。如果要描述三维空间中的一个点，那么我们的坐标里就要有3个数字，比如(1, 2, 3)，这3个数字分别代表该点在3个互相垂直的维度方向的投影。&&　　让我们扩展一下思维：假如有一个四维空间中的点，我们又应该如何去描述它呢？显然我们要使用含有4个变量的坐标，比如(1, 2, 3, 4)，如果我们用的是直角坐标系统，那么这4个数字便代表该点在4个互相垂直的维度方向的投影，推广到n维，情况也是一样。诸位大可不必费神在脑海中努力构想4维或者11维空间是如何在4个乃至11个方向上都互相垂直的，事实上这只是我们在数学上构造的一个假想系统而已。我们所关心的是：n维空间中的一个点可以用n个变量来唯一描述，而反过来，n个变量也可以用一个n维空间中的点来涵盖。&&　　现在让我们回到物理世界，我们如何去描述一个普通的粒子呢？在每一个时刻t，它应该具有一个确定的位置坐标(q1, q2, q3)，还具有一个确定的动量p。动量也就是速度乘以质量，是一个矢量，在每个维度方向都有分量，所以要描述动量p还得用3个数字：p1，p2和p3，分别表示它在3个方向上的速度。总而言之，要完全描述一个物理质点在t时刻的状态，我们一共要用到6个变量。而我们在前面已经看到了，这6个变量可以用6维空间中的一个点来概括，所以用6维空间中的一个点，我们可以描述1个普通物理粒子的经典行为。我们这个存心构造出来的高维空间就是系统的相空间。&&　　假如一个系统由两个粒子组成，那么在每个时刻t这个系统则必须由12个变量来描述了。但同样，我们可以用12维空间中的一个点来代替它。对于一些宏观物体，比如一只猫，它所包含的粒子可就太多了，假设有n个吧，不过这不是一个本质问题，我们仍然可以用一个6n维相空间中的质点来描述它。这样一来，一只猫在任意一段时期内的活动其实都可以等价为6n空间中一个点的运动(假定组成猫的粒子数目不变)。我们这样做并不是吃饱了饭太闲的缘故，而是因为在数学上，描述一个点的运动，哪怕是6n维空间中的一个点，也要比描述普通空间中的一只猫来得方便。在经典物理中，对于这样一个代表了整个系统的相空间中的点，我们可以用所谓的哈密顿方程去描述，并得出许多有益的结论。&&　　在我们史话的前面已经提到过，无论是海森堡的矩阵力学还是薛定谔的波动力学，都是从哈密顿的方程改造而来，所以它们后来被证明互相等价也是不足为奇。现在，在量子理论中，我们也可以使用与相空间类似的手法来描述一个系统的状态，只不过把经典的相空间改造成复的希尔伯特矢量空间罢了。具体的细节读者们可以不用理会，只要把握其中的精髓：一个复杂系统的状态可以看成某种高维空间中的一个点或者一个矢量。比如一只活猫，它就对应于某个希尔伯特空间中的一个态矢量，如果采用狄拉克引入的符号，我们可以把它用一个带尖角的括号来表示，写成：|活猫&。死猫可以类似地写成：|死猫&。&&&&说了那么多，这和量子论或者MWI有什么关系呢？&&让我们回头来看一个量子过程，比如那个经典的双缝困境吧。正如我们已经反复提到的那样，如果我们不去观测电子究竟通过了哪条缝，它就应该同时通过两条缝而产生干涉。此时它的波函数是一个线性叠加，且严格按照薛定谔方程演化。也就是说，|&&可以表示为：&&　　a|通过左缝& + b|通过右缝&&&　　我们还记得波函数强度的平方就是概率，为了简化起见我们假定粒子通过左右缝的概率是相等的，而且没有别的可能。如此一来则a^2+b^2=1，得出a和b均为根号2分之1。不过这些只是表明概率的系数而已，我们也不去理会，关键是系统在未经观察时，必须是一个&|左&+|右&&的叠加！&&　　如果我们不去干扰这个系统，则其按薛定谔波动方程严格地发展。为了表述方便，我们按照彭罗斯的话，把这称为&U过程&，它是一个确定的、严格的、经典的、可逆(时间对称)的过程。但值得一提的是，薛定谔方程是&线性&的，也就是说，只要|左&和|右&都是可能的解，则a|左&+b|右&也必定满足方程！不管U过程如何发展，系统始终会保持在线性叠加的状态。&&　　只有当我们去观测电子的实际行为时，电子才被迫表现为一个粒子，选择某一条狭缝穿过。拿哥本哈根派的话来说，电子的波函数&坍缩&了，最终我们只剩下|左&或者|右&中的一个态独领风骚。这个过程像是一个奇迹，它完全按照概率随机地发生，也不再可逆，正如你不能让实际已经发生的事情回到许多概率的不确定叠加中去。还是按照彭罗斯的称呼，我们把这叫做&R过程&，其实就是所谓的坍缩。如何解释R过程的发生，这就是困扰我们的难题。哥本哈根派认为&观测者&引发了这一过程，个别极端的则扯上&意识&，那么，MWI又有何高见呢？&&　　它的说法可能让你大吃一惊：根本就没有所谓的&坍缩&，R过程实际上从未发生过！从开天辟地以来，在任何时刻，任何孤立系统的波函数都严格地按照薛定谔方程以U过程演化！如果系统处在叠加态，它必定永远按照叠加态演化！&&　　可是，等等，这样说固然意气风发，畅快淋漓，但它没有解答我们的基本困惑啊！如果叠加态是不可避免的，为什么我们在现实中从未观察到同时穿过双缝的电子，或者又死又活的猫呢？只有当我们不去观测，它们才似乎处于叠加，MWI如何解释我们的观测难题呢？&&　　让我们来小心地看看埃弗莱特的假定：&任何孤立系统都必须严格地按照薛定谔方程演化&。所谓孤立系统指的是与外界完全隔绝的系统，既没有能量也没有物质交流，这是个理想状态，在现实中很难做到，所以几乎是不可能的。只有一样东西例外&&我们的宇宙本身！因为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，代表了薛定谔方程一个可能的解，但这些&子世界&却都是互相垂直正交，彼此不能干涉的！&&　　为了各位容易理解，我们假想一种没有维度的&质点人&，它本身是一个小点，而且只能在一个维度上做直线运动。这样一来，它所生活的整个&世界&，便是一条特定的直线，对于这个质点人来说，它只能&感觉&到这条直线上的东西，而对别的一无所知。现在我们回到最简单的二维平面。假设有一个矢量(1, 2)，我们容易看出它在x轴上投影为1，y轴上投影为2。如果有两个&质点人&A和B，A生活在x轴上，B生活在y轴上，那么对于A君来说，他对我们的矢量的所有&感觉&就是其在x轴上的那段长度为1的投影，而B君则感觉到其在y轴上的长度为2的投影。因为A和B生活在不同的两个&世界&里，所以他们的感觉是不一样的！但事实上，&真实的&矢量只有一个，它是A和B所感觉到的&叠加&！&&我们的宇宙也是如此。&真实的，完全的&宇宙态矢量存在于一个非常高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&看来，宇宙都是不同的。但实际上，宇宙波函数是按照薛定谔方程演化的叠加态。&&　　但还剩下一个问题：如果说每一种量子态代表一个&世界&，为什么我们感觉不到别的&世界&呢？而相当稀奇的是，未经观测的电子却似乎有特异功能，可以感觉来自&别的世界&的信息。比如不受观察的电子必定同时感受到了&左缝世界&和&右缝世界&的信息，不然如何产生干涉呢？这其实还是老问题：为什么我们一&观察&，量子层次上的叠加态就土崩瓦解，绝不会带到宏观世界中来？&&　　非常妙的解释是：这牵涉到我们所描述&世界&的维数，或者说自由度的数量。在上面的例子中，我们举了A和B分别生活在x轴和y轴上的例子。因为x轴和y轴互相垂直，所以A世界在B世界上根本没有投影，也就是说，B完全无法感觉到A所生活的那个世界究竟是怎样的。但是，这是一个非常极端的例子，事实上如果我们在二维平面上随便取两条直线作为&两个世界&，则它们很有可能并不互相垂直。态矢量在这两个世界上的投影在很大程度上仍然是彼此&相干&(coherent)的，B仍然能够在很大程度上感受到A世界的观测结果，反之亦然(参见附图)。&&　　但是，假如不是2维，而是在很多维的空间中，我们随便画两条直线，其互相垂直的程度就很可能要比2维中的来得大。因为它比2维有着多得多的维数，亦即自由度，直线可以寻求在多个方向上的发展而互不干扰。如果有一个非常高维的空间，比如说1000亿维空间，那么我们随便画两条直线或者平面，它们就几乎必定是基本垂直了。如果各位不相信，不妨自己动手证明一下。&&　　在双缝实验中，假如我们不考虑测量仪器或者我们自己的态矢量，不考虑任何环境的影响，单单考虑电子本身的态矢量的话，那么所涉及的变量是相对较少的，也就是说，单纯描述电子行为的&世界&是一个较低维的空间。我们在前面已经讨论过了，在双缝实验中，必定存在着两个&世界&：左世界和右世界。宇宙态矢量分别在这两个世界上投影为|通过左缝& 和|通过右缝&两个量子态。但因为这两个世界维数较低，所以它们互相并不是完全垂直的，每个世界都还能清晰地&感觉&到另外一个世界的投影。这两个世界仍然彼此&相干&着！因此电子能够同时感觉到双缝而自我干涉。&&　　请各位密切注意，&左世界&和&右世界&只是单纯地描述了电子的行为，并不包括任何别的东西在内！当我们通过仪器而观测到电子究竟是通过了左还是右之后，对于这一事件的描述就不再是&左世界&等可以胜任的了。事实上，为了描述&我们发现了电子在左&这个态，我们必须动用一个更大的&世界&，叫做&我们感知到电子在左&世界，或者简称&知左&世界。这个世界包括了电子、仪器和我们本身在内，对它的描述就要用到比单个电子多得多的变量(光我们本身就有n个粒子组成)。&知左&世界的维度，要比&左&世界高出不知凡几，现在&知左&和&知右&世界，就很难不互相垂直了，这个戏剧性的变化在于拥有巨大变量数目的环境的引入：当电子层次上的量子态叠加被仪器或者任何宏观事物放大，我们所用于描述该态的&世界&的维数也就迅速增加，这直接导致了原本相干的两个投影变成基本垂直而互不干涉。这个过程叫做&离析&或者&退相干&(decoherence)，量子叠加态在宏观层面上的瓦解，正是退相干的直接后果。&&　　用前面所引的符号来表示可能会直观一些，在我们尚未进行观测时，唯一的不确定是电子本身，只有它是两个态的叠加。此时宇宙的态可以表示为：&&　　(a|通过左缝& + b|通过右缝&)&|未进行观测的我们&&|宇宙的其他部分&&&　　&号表示&并且&(AND)，这里无非是说，宇宙的态由电子态，我们的态和其他部分的态共同构成。在我们尚未进行观测时，只有电子态处在叠加中，而正如我们讨论过的，仅涉及电子时，这两个态仍然可能在另一个世界里造成投影而互相感觉。可是，一旦我们进行了观测，宇宙态就变成：&&　　(a|通过左缝&|观测到左的我们& + b|通过右缝&|观测到右的我们&)&|宇宙的其他部分&&&　　现在叠加的是两个更大的系统态：&|通过左缝&|观测到左的我们&&和&|通过右缝&|观测到右的我们&&，它们可以简并成|我们发现电子在左&和|我们发现电子在右&，分别存在于&知左&和&知右&世界。观测者的&分裂&，也就在这一刻因为退相干而发生了。因为维数庞大，&知左&和&知右&世界几乎不互相干涉，因此在这个层次上，我们感觉不到量子态的叠加。&&　　但是，作为宇宙态矢量本身来说，它始终按照薛定谔方程演化。只有一个&宇宙&，但它包含了多个&世界&。所谓的&坍缩&，只不过是投影在的某个世界里的&我们&因为身在此山中而产生的幼稚想法罢了。最后要提醒大家的是，我们这里所说的空间、维度，都是指构造的希尔伯特空间，而非真实时空。事实上，所有的&世界&都发生在同一个时空中(而不是在另一些维度中)，只不过因为互相正交而无法彼此交流。
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