量子力學多世界解釋說的是什麼？

2020-09-05 天涯逐客

多世界解釋顛覆了人們的常識觀念，首先從科學的角度對世界或宇宙的唯一性提出質疑，這個驚人的思想資源迅速在整個科學領域蔓延開來，在宇宙學、弦論等領域也發展出了很多種版本的多宇宙理論（平行宇宙理論）。

如今平行宇宙在宇宙學中已經是一個普遍熟知的假設，很多宇宙學家也將其作為嚴肅的科學的課題開始研究和討論。多世界假設的提出是人類認知視野又一次的極大提升，就像哥倫布發現新大陸、哈勃發現河外星系一樣，而這場「運動」的發起者最終一定會追溯到埃弗雷特和德維特。

理論的提出

埃弗雷特從量子力學的核心問題——「測量難題」入手，試圖獲得對量子力學的完備描述。1955年的夏天，埃弗雷特寫成了一本長達137頁的手稿《宇宙波函數理論》（The Theory of the Universal Wave Function）。

在量子世界裡，粒子以疊加態的形式存在，例如一個電子，在非測量過程中以疊加態的形式存在，同時擁有不同的位置、動量和自旋。但是，在測量過程中，一旦測量，就只能得到一個確定的結果，即測量之後僅僅能得到疊加態的其中一個態，而不是全部。這與宏觀世界截然不同，在宏觀世界中人們從來沒有觀測到有疊加態的存在。

埃弗雷特對測量問題重新進行了思考，他把被測量系統、測量工具和觀測者整體一起看做一個量子系統，並且用一個宇宙波函數來描述，就這樣宏觀物體也納入了量子體系中，在這個宇宙波函數的孤立系統中，波函數是決定性演化的，不需要坍縮，從而避免了測量難題。

在這個假設下，觀測者的波函數，會在每次測量後發生分叉，宇宙波函數會包含疊加態的所有分支，也就是疊加態的每種可能都會實際的發生。觀測者在每測量一次之後世界就發生了一次分叉，每一個分叉在埃弗雷特看來都是一個平行世界。每個平行的世界僅能感覺到發生在自己世界中的一個結果。根據薛丁格方程的數學形式，每個分支都獨立存在，每個分支的演化也完全不受其他分支的影響。

埃弗雷特的理論一開始並沒有引起重視，他自己也轉行在美國國防部就職。他的理論後來在70年代，被著名的量子力學史專家馬克斯•雅默（Max Jammer）稱為「20世紀保守最好的秘密之一。

直到1970年，德維特在《今日物理》（Physics Today）上發表了關於多世界理論的文章，埃弗雷特的理論終於重見天日。1973年，在學生內爾•格雷漢姆(R.Neill Graham）的幫助下，德·維特整理出版了一套論文集《量子力學多世界解釋》,其中收錄了埃弗雷特早期的完整論文，該書一經出版很快便銷售一空。不久之後，多世界作為一個科幻題材很快得以流行。不過多世界的發現，科幻小說家似乎遠早於科學家，1938年傑克•威廉士（Jack Williamson）在《多重的時間》（The Legion of Time）中這樣描述：「在亞原子非決定論的幻覺中，地平線產生出無限可能的分支」。不過科幻小說關於多世界的描述和埃弗雷特的解釋是根本上不同的，埃弗雷特強調觀測者僅僅能觀測到世界的一個分支，但科幻小說通常處理成多重世界反直覺的交叉。

支持與反駁——無盡的平行世界

德義奇是多世界解釋的主要支持者之一，他指出：如果我們想要合理地解釋所觀察到的事物及其行為，首先需要承認還存在大量我們未觀察到的物體，且他們有可能具有與我們已知物體類似的性質。同樣，相信多世界解釋及承認平行宇宙的存在對於全面理解真實世界至關重要。他認為，我們現在所認識的世界只在真實世界中佔很小的比例，甚至只是冰山一角，但是由於認識、時間、空間、技術等因素的限制，我們無法從經驗的角度直觀而全面地認識真實的世界，所以，應該用一個開放的視野去接受新的思想和理論。

但是，多世界解釋本身帶來了很多形而上問題，它預設多重世界物質本體論上的存在，雖然很快吸引了人們的注意，但也引來了巨大爭議。

首先，每一次測量都必然導致一次分裂，每一次測量意味著一次相互作用，但是如果僅僅一次在亞原子水平的相互作用就會導致一次分裂，憑空出現一個分支世界，最終出現的分支世界將不計其數。德維特估計從大爆炸至今有大於個分支，對應地也存在個世界。這在常識上非常令人費解，從經濟的角度，微小的相互作用導致的如此大數量級的世界分裂，造成了本體論上的巨大浪費，是否有必要採用如此不經濟的解釋？

其次，怎樣的相互作用才能算作一次測量？同一個全域態函數，選擇不同的基底展開會得到完全不同的局域態。宇宙間的事物都是處在不斷的相互作用之中，如果任何作用都導致宇宙的分裂，世界便完全無法認識。在測量相互作用的過程中，究竟怎樣的相互作用才能算作一次測量，多世界解釋未給出明確的說明。按照經典的概率描述規則，每個局域態函數的結果都用振幅的平方代表相應的概率。但是，按照多世界的解釋，每個世界都平等的實現了，而且是決定性的。那麼經典量子的概率描述似乎是不必要的。

最後，根據多世界解釋，疊加態的不同分支最後都實現為不同的世界，形成了完整的全部世界，所有的「潛在」在多世界理論中都成為「實在」。但是，是否亞里斯多德哲學中的古老概念潛能該理解為只要有傾向便必然能實現？只不過實現在了別的世界，無限的本體也就消解了本體實在的明確含義。

你覺得多世界存在嗎？更多內容請參考《無盡的平行宇宙——多世界解釋的起源》

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