翻譯丨一二三

“另一個世界”的想法擁有無法抗拒的誘惑力。不管是狄更斯的《圣誕頌歌》，弗蘭克·卡普拉（Frank Capra）的《生活多美好》（譯者注：1946年上映的經(jīng)典勵志電影），或者最近阿萊克斯·加蘭德（Alex Garland）導(dǎo)演的迷你劇《開發(fā)者》（Devs）中量子計(jì)算出的平行宇宙，那些我們能夠想象出可能真實(shí)存在，卻沒有變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的世界，為我們提供了一個釋放內(nèi)心恐懼與幻想的舞臺。就像美國詩人羅伯特·弗羅斯特（Robert Frost）筆下的旅行者在森林中遇到的分叉小路，我們常常想知道那條沒走的路會把我們帶往何處。

那么就不難理解量子力學(xué)的多世界詮釋（Many Worlds interpretation, MWI）為何有如此強(qiáng)大的吸引力。盡管大多數(shù)物理學(xué)家對這一想法不屑一顧甚至報(bào)以揶揄，但它卻總是被物理科普人和他們的受眾熱切地接受。然而，要搞清楚某些支持者到底是不是真的接受這一想法是很困難的。我相信一些物理學(xué)家發(fā)自內(nèi)心地認(rèn)為它是一個優(yōu)美方案，能夠解決以“燒腦”著稱的量子力學(xué)的基本問題，我也對其中一些理由感同身受。但當(dāng)他們開始大談“量子兄弟”（想必也有姐妹吧，雖然多世界詮釋只有少數(shù)女性支持者）；或者利用“量子應(yīng)用”去做艱難的選擇，就是通過觸發(fā)某種量子測量，并確信這個過程中整個世界也一分為二了，而他們在另一個世界中做了另一個選擇；這時候我不禁想問，拋去復(fù)雜的哲學(xué)討論，他們是否只是在這份幻想中自嗨。

為什么會有人認(rèn)為量子理論揭示了這樣一幅圖景：數(shù)量龐大到難以想象，甚至可能是無窮多的其他世界不斷地從我們自己的現(xiàn)實(shí)世界中分離出去？最近圣母大學(xué)哲學(xué)教授Daniel Nolan在一篇文章里解釋說，上述圖景來源于量子理論概率性的本質(zhì)。正如德國物理學(xué)家馬克思·玻恩（他太多的實(shí)質(zhì)貢獻(xiàn)都沒得到應(yīng)有的贊譽(yù)）在上世紀(jì)20年代提出的，量子力學(xué)似乎有一個不同于任何其它科學(xué)理論的怪異屬性。一般來說，它似乎不能預(yù)測一個量子事件的觀測結(jié)果，而只能得到所有可能結(jié)果的概率。對于一個經(jīng)典物體，比如一個網(wǎng)球或者一艘宇宙飛船，在給定一些具體條件的情況下，牛頓運(yùn)動方程能準(zhǔn)確告訴我們該物體會沿什么樣的路徑運(yùn)行。但是向著一個開有兩條狹縫的屏幕上發(fā)射光子，量子力學(xué)只能提供光子走某條路徑的概率。

只有當(dāng)我們測量一個量子事件的結(jié)果之后，才能得到一個確切的答案。比如說某事件結(jié)果為A或B的概率是50:50，一旦我們觀測它，它就會以某種方式變成其中一個結(jié)果（100%的概率）。這有點(diǎn)像扔硬幣，扔之前有50:50的機(jī)會得到正面或背面朝上，但只要我們?nèi)恿饲铱戳?，結(jié)果要么是100%正面朝上，要么是100%背面朝上。我們可以確認(rèn)一開始50:50的概率是對的，方法就是通過重復(fù)試驗(yàn)——扔很多次，我們會發(fā)現(xiàn)，平均來說得到正面或反面朝上的次數(shù)是一樣的。

在大多數(shù)科學(xué)理論中，概率性的預(yù)測表明我們?nèi)鄙訇P(guān)于某些細(xì)節(jié)的信息。如果我們一開始就知道硬幣中每一個原子的位置與速度，扔硬幣手的運(yùn)動，空氣流動等等，我們應(yīng)該能完全確定地預(yù)測結(jié)果（實(shí)際中不可能，但理論上可以）。然而量子力學(xué)中概率是基本的：該理論似乎堅(jiān)持認(rèn)為，不管測量什么，我們所能做到最好的也只是預(yù)測得到不同結(jié)果的概率。

于是問題便成了到底是什么將事件發(fā)生前的概率性變?yōu)榘l(fā)生后的確定性。似乎這里面有一些突變，量子力學(xué)自己都無法給出解釋。1924年薛定諤給出描述量子粒子行為的方程中不包含這一轉(zhuǎn)變。這一方程使用了一個被稱為波函數(shù)的數(shù)學(xué)構(gòu)造來描述粒子及其行為（因?yàn)樗兔枋鼋?jīng)典波的方程類似）。正如玻恩展示的，波函數(shù)可以被用來計(jì)算概率，即我們測量粒子屬性——比如它在空間中的位置，解方程得到某特定結(jié)果的概率。但薛定諤方程表現(xiàn)出這些性質(zhì)總是連續(xù)變化的，而測量似乎總是導(dǎo)致突然跳變到一個確定值：這就是Nolan所說的波函數(shù)的“坍縮過程”。

量子力學(xué)本身沒有對波函數(shù)坍縮給出解釋——它需要以某種特定的方式人為加入，就像1930年代匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼首先做的那樣。這很尷尬，也不能令人滿意——當(dāng)然，數(shù)學(xué)上沒問題?？墒?，光滑連續(xù)的概率波在現(xiàn)實(shí)世界中如何轉(zhuǎn)變成獨(dú)特的觀測值，我們?nèi)院翢o頭緒。為了避免這一問題，休·埃弗里特（Hugh Everett）于1957年在普林斯頓大學(xué)的博士論文中提出了“多世界”詮釋。埃弗里特說道，如果根本就沒有從所有可能中選出某一結(jié)果的波函數(shù)坍縮呢？相反，它們可能全部都發(fā)生了，只是處于不同的平行世界？在此圖像中，當(dāng)光子到達(dá)雙狹縫時，在一個宇宙中它穿過某一個狹縫，而在另一個宇宙中穿過另一個狹縫。

休·埃弗里特（Hugh Everett，1930-1982）

可這樣的話，每個宇宙中都必須有一個觀察者，可以各自看到一個結(jié)果。換句話說，一切都分裂了：儀器、研究人員、實(shí)驗(yàn)室、宇宙。埃弗里特不愿在論文中過多提及現(xiàn)實(shí)人的“加倍”（而不僅僅是粒子數(shù)加倍），但是這個概念就根植在理論中。它在1970年代得到了擴(kuò)展，現(xiàn)在“量子自我”的增殖擴(kuò)散已經(jīng)成為了多世界詮釋科普演講中典型的吸睛元素。

與此同時，埃弗里特留下的一些懸而未決的問題，特別是“分裂”是如何發(fā)生的，已經(jīng)得到澄清?，F(xiàn)在物理學(xué)家已經(jīng)知道，在某些宏觀的測量設(shè)備中，將量子事件（例如發(fā)生在粒子上）記錄為可觀察結(jié)果的過程涉及到一種稱為退相干的現(xiàn)象，粒子的量子態(tài)與它所處環(huán)境中粒子的量子態(tài)混合在一起（ “糾纏”）。多世界詮釋的支持者們認(rèn)為，埃弗里特提出的分裂是一種“拆解”，它是由退相干引起的，退相干導(dǎo)致事件發(fā)生前宇宙中固有的兩個（或更多）可能結(jié)果分裂，并且不再相互影響。然后，它們在一切意義上都分別處在不同的宇宙中，共存于“在同一空間中”，卻彼此“遺忘”。

由此，多世界理論的支持者們認(rèn)為波函數(shù)坍縮問題就不存在了。不過作為代價，我們必須接受宇宙正在不斷瓦解為平行現(xiàn)實(shí)。

對于許多人來說，這個代價過于奢華了。首先，從定義上講，這些平行世界永遠(yuǎn)無法觀察到，因?yàn)橹挥幸蚬?dú)立于當(dāng)前世界才能真正稱為其他世界。相反，如果兩個結(jié)果沒有退相干，仍能夠相互作用，它們就能“干涉”——這是一種量子行為的典型表現(xiàn)。況且，有人問，我們?nèi)绾谓邮芤粋€永遠(yuǎn)無法被證明為真的命題作為真正的科學(xué)？多世界理論支持者回答說，他們理論的正確性就蘊(yùn)含在薛定諤方程本身之中，應(yīng)該受到質(zhì)疑的是量子理論的其他詮釋，這些詮釋被迫在方程中添加一些內(nèi)容，以解釋該方程是如何“破裂”的從而給出某一觀測結(jié)果。

換句話說，盡管有人反對“多世界解釋”，認(rèn)為它是一門糟糕的科學(xué)，因?yàn)樗鼘τ钪孢^于隨意揮霍了；多世界理論支持者卻說，就理論的前提假設(shè)而言，它實(shí)際上是最簡明的解釋。但事實(shí)是，兩種立場都不具有有力的論據(jù)。

一個對多世界詮釋更嚴(yán)肅的反對是，它沒有解釋概率是如何進(jìn)入量子力學(xué)的——這些概率滿足從波函數(shù)中提取預(yù)期結(jié)果的玻恩定則。如果事實(shí)是所有結(jié)果總以100％的概率發(fā)生（在這個世界或其他世界中），我們又怎么能說結(jié)果A的概率為50％（但我們可以通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）？多世界支持者宣稱，這些概率應(yīng)該理解為量子分裂中各分支的“權(quán)重”，Nolan稱其為“強(qiáng)度”。但這本身并沒有多大意義。比方說，如果結(jié)果A和B的概率分別為75％和25％，那么這并不意味著A宇宙比B宇宙更真實(shí)，更絕對或是更robust。

多世界支持者爭辯說，我們應(yīng)該將這些表面上的概率理解為分配給每個可能世界中最終結(jié)果的預(yù)期。換句話說，它們是描述個人經(jīng)歷的主觀概率，即使“我的一個版本”將以100％的概率出現(xiàn)在每個宇宙中。這種想法有多種變體：有人斷言，玻恩定則本身可以從理性觀察者如何押注各個量子結(jié)果的主觀觀念中得出；雖然觀察者知道（如果“多世界”觀點(diǎn)正確）她的不同版本肯定會出現(xiàn)在所有可能的世界中，但每個版本只會意識到其中一個，并且她可以在量子分裂之前對“她”稍后將觀察到的結(jié)果下注。

但這正是多世界詮釋破滅的地方！因?yàn)樵谠噲D消除波函數(shù)坍縮的困境時，這個理論被迫強(qiáng)加了個體——做出有意識決定的人！——作為可以“解釋”粒子如何表現(xiàn)的要素。這樣它看起來就不再那么簡潔了，不是嗎？實(shí)際上，情況還要比這糟得多。因?yàn)?，MWI甚至剝奪了我們談?wù)搨€人的能力——有意義地談?wù)摗澳恪被颉拔摇睂⒂^察到什么，很少有多世界支持者愿屈尊考慮這個問題。簡而言之，沒有任何有意義且明確的方法能將量子“分裂”之前的“你”與“分裂”之后的“你”聯(lián)系起來。我們可以想象這意味著什么，一些物理學(xué)家甚至試圖通過大談《星際迷航》里的傳送器或克隆人等來捍衛(wèi)這一觀念。但是，以哲學(xué)的清晰性和忠實(shí)性來看，分裂的自我給未來下注這樣一幅圖景是不自洽的。確切地說，MWI自己完全消除了那些讓它看起來有意義的東西。

MWI宣傳自己是波函數(shù)坍縮謬誤的“解毒劑”，這也是一條“紅鯡魚”（譯者注：即轉(zhuǎn)移話題謬誤，就是把一個不相干的話題，按一定技巧穿插進(jìn)來，把對方注意力和討論方向轉(zhuǎn)移到另一個論題上，從而贏得論戰(zhàn)）。因?yàn)楝F(xiàn)在整個多世界概念都是多余的：仔細(xì)考慮一下對量子系統(tǒng)進(jìn)行測量時會發(fā)生什么，我們將會發(fā)現(xiàn)“坍縮”不再是一個有用的概念。相比之下，現(xiàn)在有更好的圖像，描述理解量子系統(tǒng)的各種內(nèi)稟可能性是如何通過與環(huán)境相互作用而緩慢地朝向某一個結(jié)果傾斜，最終會導(dǎo)致退相干并給出確定結(jié)果。多世界支持者似乎熱衷于堅(jiān)持這個過時的坍縮“稻草人”，但量子物理學(xué)的研究繼續(xù)向前邁進(jìn)。這并不是說我們可以解釋所有問題，但現(xiàn)在看來，這個關(guān)于不斷擴(kuò)散的宇宙的有趣、富有創(chuàng)造力且大膽的建議似乎不太可能有大幫助。是時候走另一條路了。

本文譯自Philip Bal. The many worlds fantasy

原文地址：https:///articles/the-many-worlds-fantasy-auid-1793?_auid=2020