多世界理論挑戰哥本哈根詮釋，命運多舛的平行宇宙學說

多世界理論：每一次，每一種觀測，都分裂出一個平行宇宙。

休.埃弗雷特大學畢業後，決定投身理論物理，在成功進入普林斯頓大學後，先是師從魏格納，研究博弈論。後來在玻爾的一次學校訪問中，作為聽眾的他受到啟發，於是離開了博弈論，改投著名物理學家惠勒門下，開始了對量子力學基礎問題的研究。

這是一個極其艱辛的研究方向，因為首先它本身難度重重，諸多大神諸如愛因斯坦都一籌莫展；其次，彼時玻爾領導的哥本哈根大軍已經看似一統天下，牢不可破了。埃弗雷特當時不知道的是，他的這個選擇讓他走上了一條輝煌而又極其痛苦的道路。

哥本哈根詮釋

波爾領導的哥本哈根學派對量子力學的詮釋，以及這個詮釋中最令人不滿的地方，就是其中的量子-經典的衝突。

哥本哈根詮釋把物理世界劃分為經典的和量子的兩種不同領域，按照其的「互補原理」，經典理論與量子理論互補才能完成對整個物理事件的描述：觀察者是經典事物，他必須遵守經典規律，其中一切都是確定的。而被觀察系統則是量子事物，它遵守量子規律，所有狀態都是疊加的、不確定的。而觀察行為中不可避免的就是觀察結果跨越量子-經典邊界：不確定的、疊加的狀態變成確定的唯一狀態，這就是坍縮。

這樣一來，物理世界被劃分成了兩個區域：量子區域和經典區域。同時事件的演化就遵守兩個不同的規則：不涉及觀察的、按照薛丁格方程的么正演化，以及觀察時按照玻恩規則的概率性突變。

於是，觀察就成為量子力學中一個極特殊的事件，因為在這個過程中跨越了量子力學規律的邊界：作為經典一側的事件，觀察者不但不受量子理論的影響，而且獨立於量子規律。因而，觀察就必定是獨立於量子規律的假設，而不能被量子力學描述。

量子是什麼，是希爾伯特空間中的矢量波函數。對波函數的詮釋包括兩派，一派就是認為波函數並不代表真實的物理實在，而是一種幫助我們獲得認知的計算工具，這種觀點一般被稱為認識論波函數；而另一派則認為波函數描述的是一種真實的物理實在，這種觀點一般被稱為本體論波函數。

哥本哈根學派所認同的，就是認識論的波函數。在它看來，不觀察時量子態才會按照薛丁格方程的規則演化，而不觀察的現實不是現實，它只能是我們對現實的預期之一。只有在觀察時，波函數才會按照玻恩詮釋的規則隨機變化，由某一概率變為現實。也就是說波函數只能是認識論的，其就是一種雲山霧罩的概率。

因而，在哥本哈根學派看來，現實是觀察造就的，而這是一個真正的隨機過程，它先天如此，我們除了玻恩規則以外沒有任何辦法對其做出更詳盡的描述。

當我們不觀察的時候，所有的這些可能性都同時並存。在這個時候，波函數，不過是一堆概率的組合而已，我們必須認為此時量子態僅僅是所有可能性的疊加。而當我們出觀察的時候，這些概率就必須變成某種現實。這時候，系統的所有可能性必須要按照概率選擇其一，而剩下的所有可能性，不論它的概率是多少，就同時消失不見了。 「實在」只能在它被觀察的時候才能成為「實在」。

質疑

埃弗雷特首先不滿足於這種把觀察行為排除在量子力學之外的做法，一個觀察行為應該是受到觀察者狀態影響、由觀察者與被觀察系統之間相互作用所決定的。同時觀察者本身也應該受到量子規則約束。這個問題，在宇宙學中協調廣義相對與量子力學的過程中尤為重要，也是惠勒一直頭疼不已的一個問題，它就成為了埃弗雷特的最初動機。

具體說，我們如何描述我們整個宇宙？宇宙基於它自身的定義，是不存在一個外部觀察者的。那麼這個包括了觀察者和所有觀察行為的宇宙，是不是就不能被量子力學描述了呢？

埃弗雷特進一步想，「觀察導致波函數坍縮。那麼到底什麼才定義了一個觀察？在薛丁格貓實驗中，貓的觀察到底有沒有同樣的功能呢？我們沒有辦法向貓求證這件事，因為貓沒有辦法告訴我們它的感受，但是如果是一個人呢？」於是，為了回答這個問題，他把薛丁格貓實驗給改動了一下。那就是「魏格納的朋友」這一思想實驗，這個實驗把哥本哈根學派的矛盾暴露出來。

因而，埃弗雷特就有了自己的斷言：別去瞎扯什麼量子力學之外的觀察者了，夠了！我們必須假設整個宇宙的狀態可以被一個超大的波函數描述，它按照薛丁格方程演化，並且這個宇宙的存在不依賴於任何外部觀察者。觀察者不但可以被量子力學描述，而且是量子力學中最關鍵的部分。觀察就是一個物理過程，而不是某種獨立於物理之外的神秘過程。

因而埃弗雷特拒絕量子經典對立，拒絕獨立的觀察者。其認為波函數所描述的，就絕不僅僅是一堆說不清道不明的概率或外部觀察者的預期，它只能代表宇宙的真實狀態。按照薛丁格方程演化的，並不僅僅是概率雲，而是宇宙的真實狀態。

根本就不必扯什麼互補原理，這個世界只有一套普適規則，就是量子力學，不存在所謂的量子-經典邊界。整個宇宙就是一個巨大的波函數，它只按照薛丁格方程演化。哥本哈根學派的其餘一切關於觀察的假設，都是畫蛇添足之舉。

那麼，既然波函數只能看做是對真實狀態的描述，那麼，它的每個疊加態必須是一個真實的宇宙狀態。進而，由波函數演化描述的宇宙狀態的演化，就是所有這些疊加態的平行演化。多世界理論，顯然認同的是本體論波函數觀點。

這就是埃弗雷特對這個問題的簡單到不可思議的方案，它把測量的特殊性簡單粗暴地去除了。沒錯，不存在坍縮，作為希爾伯特空間中的一個矢量的波函數，永遠按照薛丁格么正演化的規則旋轉著。下面兩個觀點，可以說是多世界理論的基石：

1. 世界是真實的，它可以完整地被波函數描述，包括觀察者本身亦是如此；
2. 世界只有一種運動規則，就是量子力學，不存在量子和經典兩套規則。

這兩個簡單的假設，卻衍生出極其複雜的結果。如果說波函數描述的就是真實的世界，而不是人們對世界的認知，那麼我們被迫要承認，真實的世界也是由各種真實的狀態疊加而成的。拋棄了讓這些真實狀態消失的「坍縮」過程，那麼它們就必須永遠存在，共同構成了波函數的立體現實。

也即是說，如果波函數代表真實狀態，那麼，多個真實狀態疊加就意味著，我們的世界是多重的。我們這個世界和無數個平行的拷貝共同存在，互不相干卻同等真實。

埃弗雷特把自己的想法稱作「普適波函數理論」，意即世間一切都可以被一個巨大的普適波函數描述。

作為希爾伯特空間中的矢量，波函數的疊加從數學上講毫無奇怪之處，甚至說，作為一個矢量，它不得不如此。希爾伯特空間並非我們看到的幾何空間，而是一種狀態空間，在這裡面的疊加，意味著同一個事件的各種不同版本的疊加。

在數學上這種疊加可以形成和諧的類比，但是從物理解釋上，多重現實疊加起來得到一個完整量子態，絕對違反直覺。對貓而言，要麼只有「死態」，要麼只有「活態」。在我們的日常經驗中，「死」和「活」是互斥的，絕不會和諧並存。但是既然多世界理論認為，波函數描述了真實狀態，那麼它的每一個疊加態都是真實的，是平行共存的。

既然多重現實並存，我們為何總是不能同時看到它們？我們觀察到的，只有一個經典世界。為何我們不會同時看到貓的死和活？多世界如何使理論預言和我們的經驗相一致起來？埃弗雷特的答案就是：因為我們在觀察貓的同時，自己就已經和貓的死態和活態糾纏在一起了。

多世界理論非常明確地賦予觀察一個物理意義：觀察只不過是觀察者和被觀察系統之間的某種相互作用，它可以、也必須由量子理論本身來描述。並且同時，觀察者本人也不過是某種物理實體，從物理上，觀察者和一臺觀測儀器的觀察行為並沒有任何區別，他們的觀察行為和信息的接收也是由量子理論來描述的。此時我們可以聯想到量子系統的一個非常獨特而且普遍的現象就是，觀察導致糾纏，糾纏導致獨立性的喪失。

從數學上講，每一個分支，就是宇宙波函數在極高維度的希爾伯特空間中的一個側面。所有的這些側面在一起，就構成了量子態的整體的立體結構。這個「立體的」波函數渾然一體，不分你我。但是從身處其中的經典的「我們」眼中看來，它的經典分支在看似分裂了。

新理論開始面對世界

1955年，埃弗雷特把他的博士論文提交給惠勒，惠勒當時正在頭痛於廣義相對論與量子力學之間的難以融合，埃弗雷特的理論卻令他眼前一亮，他立即意識到這是一個解決這種衝突的方向。惠勒斷定這將是一個非同一般的理論，但是他還是對其中的一些表述方式做了調整，刪除了一些類比的表述手法，使之變得更加嚴謹 – 當然也就不那麼多彩了。然後，這篇論文的題目被改做「無概率量子力學」。而在期間這個理論又多次被冠以「相對態理論」的稱謂。

當時愛因斯坦已經去世，物理學的泰鬥就是玻爾，而惠勒本人就是玻爾的崇拜者，他雖然對埃弗雷特t的想法極其欣賞，但是，這個想法如此新穎和叛逆，讓惠勒感到一些拿不準，於是他想聽一下玻爾的看法，希望得到他的支持，或者退一步說，得到他的建議。

於是埃弗雷特的論文此時面臨著和當初德布羅意的畢業論文同樣的境遇。想當初，愛神寥寥數語的讚譽，肯定了德布羅意初生的新理論，並開啟了量子物理的新時代。郎之萬當初諮詢了愛因斯坦，現在惠勒要去諮詢玻爾，而玻爾會對埃弗雷特說些什麼呢？

四處碰壁

埃弗雷特沒有德布羅意那樣幸運，他的這個同樣叛逆、同樣影響深遠的理論並沒有遇到愛因斯坦這樣的伯樂。惠勒可能還是高估了哥本哈根圈子的開放性，低估了玻爾對自己既有看法的堅定性，也低估了玻爾的個人魅力對整個圈子的影響。

這個新想法直接衝擊了玻爾理論的最核心的基礎，怎麼可能會獲得認可呢？彼時的哥本哈根學派，已經是拳打愛因斯坦，腳踢薛丁格的江湖第一大門派，與自己誕生時的那種叛逆一切、顛覆一切的心境完全不同。

哥本哈根的學者們可能壓根兒就不想打破自己的既定思維模式而考慮一下這個新理論成立的些微可能性。總而言之，惠勒利用訪問哥本哈根的機會，在這裡把埃弗雷特的論文展示給玻爾和他的同事，結果令人沮喪：新理論完全被拒絕了。但是惠勒本人對這個理論相對持正面意見，根據討論內容，他安排埃弗雷特對自己的論文進行大調整，刪減很多針對哥本哈根詮釋的直接批評，重新組織語言進行描述，把一些看上去比較反常識的描述刪去，而更多地只保留理論的數學表述。惠勒建議埃弗雷特本人親自前往哥本哈根與玻爾進行面對面溝通，他和玻爾兩人願意承擔所有費用。

哥本哈根大神們

埃弗雷特又能如何呢？為了得到博士學位，他只能對最初的論文進行一番修改，原來的長論文幾乎被砍掉3/4，變成了一篇較短的版本。令人惋惜的是，論文的一整個章節，關於量子信息的討論，被完全砍掉了 – 這可能是歷史上最早的對量子信息進行研究的先驅性工作。這個短論文就成為他的博士論文，使他得以在1956年獲得博士學位。這篇論文後來投稿到《現代物理評論》中，惠勒在投稿信中對之盛讚，論文順利發表。

然而發表的版本中，他的原本思想被大量刪減了。我們並不確切知道這會讓埃弗雷特產生何種感受。但在其去世之後，人們從他的遺物中發現了很多並未發表的筆記，反映出他對哥本哈根學派的憤怒之情。

這其中包括了很多來哥本哈根寫給他和惠勒的信件中對新理論的批評。從這些批評中，埃弗雷特發現他和哥本哈根學者們簡直就是兩個星球的物種，根本無法對話。

埃弗雷特的研究動機是針對哥本哈根詮釋中的問題，他拋棄外部觀察者，拋棄量子經典邊界，不論是這種思路正確與否，總歸是一種解決方法。然而，來自哥本哈根學派的很大一部分批評竟然是：哥本哈根詮釋不存在所謂的問題；坍縮與薛丁格方程並不矛盾，它們被共同包含在互補原理之中了；Everett根本就不理解互補原理；以及新理論不應該試圖把觀察者包含在理論之中。總而言之，這些批評把哥本哈根詮釋放到了一個不可觸碰的位置上，並以此批評埃弗雷特。然而他的理論本來就是在質疑哥本哈根啊！這樣一來，他們就毫無共同語言。很多批評看上去就好像是在說：「哥本哈根詮釋沒有問題，所以你錯了。」

一個能把想像力和思維用到極限的學科

例如說，哥本哈根學派批判他說，討論測量儀器的波函數根本就是無稽之談，測量儀器根本就是經典儀器，怎麼能用量子理論描述呢？在這樣的評論旁邊，我們看到埃弗雷特的筆記中用鉛筆寫道「胡說八道！」

還有評論說，埃弗雷特對量子力學的基本原理根本就沒有理解，談論一個包括在觀察行為當中的觀察者毫無意義。埃弗雷特在筆記中寫道「放屁！」

還有的批評說，埃弗雷特沒有意識到概率性是量子力學的基本特徵，他的理論拋棄了概率性詮釋，但是又不能給出能夠描述觀察結果的理論。埃弗雷特寫道「很顯然你都沒有看過我的論文！！！」

如此等等。我們可以想見當時他的憤懣。我們不知道埃弗雷特後來所患的抑鬱症是否源於此，以及後來他的家庭悲劇是否與之相關，但是這種外因肯定會有推波助瀾的作用。這也就成了埃弗雷特悲劇的起始。

雖然，埃弗雷特答應惠勒要在接下來幾個月內親自面見玻爾來解釋他的理論，但是顯然他早已經對此徹底失望了。直到兩年之後，當他看到前蘇聯科學家Fock寫的自己在哥本哈根大學的訪問經歷，他才重新燃起了希望 – Fock在文中盛讚哥本哈根開放的學術思想。他覺得，可能哥本哈根畢竟還是能夠容得下他這種異端的。於是他終於決定去試一試。他舉家安排了一次歐洲旅行，其中有兩周時間呆在哥本哈根。然而會面並不成功，用他自己的話說，

「這個決定從一開始就是個災難。」

他充滿期望的會面只用了一天時間就草草結束。在哥本哈根的剩餘時間內，它呆在旅館的酒吧內不停喝酒。但是也就是在這個期間，另一個靈感擊中了他，他發現了一種全新的優化理論 – 廣義拉格朗日乘子算法。

一個人，無法對抗整個學術界，埃弗雷特徹底放棄前沿理論物理的發展

回美國後，他徹底投身美國五角大樓的工作，用他在博弈論、優化理論、計算機算法等方面的造詣，成為武器系統專家。後來，在整個冷戰時期，評估美國的核武器系統，古巴飛彈危機、核恐怖平衡等等，背後都有他的影子。他成為美國國防部中有著最高機密權限的有限人物之一。

後來，他與人合夥，成立了多家公司，為五角大樓服務，還同時涉足金融行業，成為百萬富翁。在此期間他經歷了冷戰時間所有的緊張局勢，對一觸即發的核大戰的恐懼比一般人體驗更加深刻。冷戰結束後，他又因為軍費削減而面臨破產邊緣。期間他嗜煙、酗酒，生活毫無節制，然後在毫無徵兆的時候突然逝去。他在家裡如冰山一般沉默寡言，對自己最親近的人毫無溫暖，導致了自己的家庭悲劇。

在哥本哈根之行後，埃弗雷特徹底離開了理論物理這個傷心地。對此惠勒深感惋惜，在今後的幾十年中他多次努力，試圖將自己的學生拉回來，最後甚至建議以他的名字建立一個獨立的實驗室，然而這個建議最終未能成行。

在這件事上惠勒本人也犯了一個嚴重誤判的錯誤。他並沒有預料到哥本哈根圈子對埃弗雷特的理論如此不屑一顧。在那段時間裡，他周旋於哥本哈根之間，力圖使自己學生的理論能夠被後者接受，但是卻毫無進展。對於新理論，惠勒所預期的由此引發的理論物理學界的爭論並沒有發生，相反地，在長達十年的時間裡，埃弗雷特的論文僅僅被引用了兩次。這個叛逆的新理論就此蟄伏下來，成為後來人們口中的「被保持最嚴密的世紀秘密。

逐漸為世人所矚目

後來，在1959年澤維爾的「量子力學基礎」大會上，Rosen（就是EPR佯謬中的那個「R」）看到埃弗雷特的論文有感而發：

「有時候，我對一些量子力學學者們的態度感到厭煩，他們總是在討論問題的時候恪守某種教條。有句名言，叫做昨天的革命派就是今天的保守派。某些人甚至拒絕考慮在正統詮釋之外還有其它的可能性」

但是這些聲音並沒有引起人們的注意。直到十多年後，當時已經功成名就的物理學家德維特重新審視埃弗雷特的理論。他首先在會議上推介這個理論，並且用自己的語言重新加以表述。他放棄了相對艱澀的「普適波函數」和「相對態」，而採用了更加有戲劇化的語言-「世界」。這個理論於是首次獲得了聞名於世的「多世界理論」的稱謂。在德維特的描述中，我們每做一次觀察，都會導致我們所處的世界的一次「分裂」，每個觀察結果都存在於所分裂產生的每一個世界當中。

惠勒指導下埃弗雷特所小心翼翼避免的過於驚世駭俗的描述，就這樣德維特直接粗暴地提出了。在1970年，德維特發表了對這個理論普及的關鍵性文章，《量子力學與實在》，他在文中提到了過世的愛因斯坦，他說，

（愛因斯坦）會對多世界理論感到驚奇但是同時很高興，……因為這是唯一的一個可能與廣義相對論相容的量子力學理論，……它是在現有已經建立的理論框架中唯一一個可以使量子力學在宇宙學中得到應用的概念。

也許是因為德維特本人的聲望，也許是由於他的言辭尖銳，這篇文章引起了巨大關注。有很多憤怒的讀者對這種「打擾愛因斯坦英靈」的做法深感不滿，紛紛對文章進行批評。然而，公開的批判總比完全沉寂要好得多。德維特對這些批評一一回復，拉開了他作為多世界鬥士的序幕。他列舉了500多篇關於量子力學基礎的文獻，並由此指出，其中多數是在對哥本哈根詮釋進行批判的 – 這個詮釋並沒有什麼優勢，他不客氣地說，我們不應該再在這個已經「入土半截的『解決方案』」浪費時間了。

得益於德維特，埃弗雷特終於可以在一個小圈子裡小有名氣了。在1973年，德維特組織了一系列論文做成合集，稱作《量子力學的多世界理論》發表。其中他輾轉通過惠勒聯繫到埃弗雷特，獲得了他最初的長版的論文，發表在這個合集中。這是20年後，埃弗雷特的初始工作的首次得以面世。

然而此時惠勒開始與多世界理論保持距離了。惠勒作為玻爾的狂熱粉絲，他自己對多世界理論的態度也多次搖擺，在理論的沉寂時期先是儘量宣傳，然而當理論重新回到人們的視線並大獲關注時，卻與之劃清界限，並有些傾向於馮諾依曼-魏格納的詮釋，這讓魏格納很高興並宣稱惠勒本人放棄了多世界理論。但是，在隨後的時間裡，各種場合下，惠勒又把這個理論放到極高的歷史地位。甚至一次大會上，他把埃弗雷特與薛丁格、狄拉克這樣的大神級人物並稱。

天才終將星光閃耀

在2001年，量子力學的100周年紀念時，惠勒已經是一個物理學中活著的神，他與特格馬克共同署名發表了《百年量子力學》，其中對埃弗雷特，自己這個優秀但是悲劇的天才學生蓋棺定論：

埃弗雷特關於物理學是純么正的（也就是說不存在波函數坍縮）的說法，現在已經……正在取代坍縮詮釋成為物理學壓倒性的範式。

多世界理論在一開始被人忽略，也有很大程度上是因為在當時它自己的一些理論困難。受限於歷史局限，它對一些關鍵問題描述並不甚清楚。例如偏好基問題。然而多世界理論提出的，不附加坍縮假設的、純么正的量子力學為物理學開啟了一扇大門。正是由於受到多世界理論的啟發，才開始有了退相干理論的發展。

退相干理論秉承了「沒有量子-經典邊界」的理念，從更加詳盡的角度上論證了從量子是如何過渡到經典的，但是說到底，它是依賴於多世界理論作為底層支撐的 – 當然，就像前面所說，它本身是一個純物理理論，因而並不必然需要依賴於多世界，事實上它可以應用於各種詮釋之中，成為它們的補充。但是無疑它是與多世界理論最為珠聯璧合的。

退相干理論興起於1970年代，也是經過了早期十幾年的蓄力之後，在1990年代開始快速發展。退相干理論的興起，極大的解決了多世界理論的諸多障礙，兩者相互推進，現在在量子力學基礎領域大有成為下一個「正統」的趨勢。

目前的量子力學，成為了多世界理論，哥本哈根詮釋，和隱變量理論三分天下的局面，各自粉絲無數。

很可惜，埃弗雷特本人已經看不到了。

在多世界理論提出、遭到壓制、然後重新抬頭並艱難前行的這段時間裡，始作俑者本人埃弗雷特，卻幾乎終身在量子力學領域再也沒有露面，只除了兩次會議報告，一次是包括狄拉克等大佬的會議中，大家突然臨時感到需要他來，而打電話請他做一個報告，另一次則是他的老師惠勒為他安排的一次公開學術報告。

在1981年去世之後，他的家人甚至是在雜誌的介紹中才知道，自己的父親曾經提出過這樣石破天驚的物理理論，甚至有可能建立了一座人類物理學上可以和波爾，狄拉克齊名的豐碑。

有多少恨，就有多少愛

在多世界理論重現江湖後，物理學家萊布朗曾感到有一些問題在他論文中無法澄清，於是在1976年寫信問他，他憤而回覆：

「我從1955年完成我的論文起就不再這個領域幹任何事了（這篇論文的全貌直到1973年才得以面世，被冠以「多世界詮釋」云云）。這當然不是我的本來題目，因為我當時願意讓任何人以任何方式隨便對我的論文做任何事情，使之得以發表！我自己，已經從1956年起就金盆洗手了。」

所謂的「金盆洗手」，應該是他的一時激憤之語。在他去世之後，人們在他的遺物中，發現他在美國物理學會的註冊單，其中要他填的5項個人專長中，他填到：「控制理論」、「運籌學」、「相對論」、「博弈論」，而排在第一位的，是：

「量子力學」