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是馅饼还是蛋糕？如果你难于选择，也许你需要一个“宇宙分裂器”。这是最近国外流行的一款手机app。只要将你面临的选择输入这个app，它就会自动连接到瑞士日内瓦的一个实验室，该实验室将进行一个实验，告诉你应该做哪项选择。 这个app可以向你保证：不管最好的选择是哪一个，你肯定都能得到它——不是这个世界的你得到，就是所谓“平行世界”里的另一个你得到。现在，请坐回椅子上，倒杯白酒（或者红酒？），准备好把你的思想也分裂一下。我们即将进入量子王国，去许多世界旅行，在那里你可以吃蛋糕，或馅饼，甚至可以同时得到两者。你愿意吗？ 神秘且让人困惑的波函数 这个令人愉快的建议来自一个以甜点闻名的城市：奥地利的维也纳。在1920年代早期，奥地利物理学家埃尔温·薛定谔正在寻找一个方程来解释当时让人困惑的量子（比如光子和构成你、我、椅子和蛋糕等物质的原子）的行为。 1925年，薛定谔终于找到了他的方程。这个方程表明，关于量子的一切都是由一个叫做“波函数”的神秘数学函数来描述的。所有关于某个量子的信息，都包含在它的波函数里。 但这个波函数意味着什么呢？它如何跟实验对应起来，成为可测量、可验证的东西？一年后，德国物理学家马克斯·波恩对波函数提出一种解释。他说，波函数不只是一项数学工具，而是跟能量、电荷等等一样实实在在的客观存在。如果你设计实验来测量波函数，在未进行测量之前，波函数将告诉你在空间某个点发现该量子的可能性。而一旦你对它进行测量，它就随机地选择一个单一的结果表现出来——这叫“波函数的坍缩”，即退相干原理。在波函数坍缩的过程中，原先包含的其他可能性都消失了，剩下一种可能性。 这个波函数坍缩就好比掷硬币，当硬币还在空中时，它落地正反面朝上的概率均为50%，而一旦落地，那要么正面朝上，要么反面朝上，两者必居其一。 这个解释是相当奇怪的。就波函数会坍缩这一点，显然说明它是一种实实在在的东西。但是，它又只是一种概率。我们在经典物理学中遇到的那些可测量的量，比如电子的电荷、椅子的位置、馅饼的质量等等，都代表了物质本身的一种明确属性，而不是概率。波恩的解释似乎暗示，只有当我们测量了一个量子，让其波函数“坍缩”到一个特定结果之后，我们才能真正地谈论它。再说，为什么我们一测量，波函数就会坍缩？坍缩的机制是什么？这一切波恩自己也说不清。 波恩的解释引起了各种棘手的问题。首先，在量子实验中，看来测量的作用是非常大的，因为它能使波函数坍缩，从各种可能性变为一种确定性。但什么算是测量呢？量子实验已经表明，测量似乎不仅涉及仪器，还涉及观察者的有意识的注意（比如说，一台仪器已经对某个量子进行了测量，而且得到了结果，但在你还没去查看结果之前，波函数还是没有坍缩）。那么在我们“看”之前什么是“真实的”？当我们强迫波函数坍缩成一个结果时，原先包含在波函数中的其他可能性究竟发生了什么，以至于消失了呢？ “宇宙分裂器”的由来 “宇宙分裂器”作为解决这些难题的一种尝试诞生了。1950年代，美国普林斯顿大学一位名叫休·埃弗雷特的博士生发表了有史以来最令人匪夷所思的博士论文。他提出，薛定谔的波函数根本不会坍缩，并且当我们进行测量时，编码在波函数中的其他可能性实际上也没有消失。取而代之的是，每当有人进行测量时，宇宙就会分裂成若干个与可能结果数量相当的宇宙——连同进行测量的仪器、人以及其他一切，在每个宇宙中都有其副本。这个解释被称为“多世界解释”。 宇宙和我们自己以这种方式增殖，这在科学上既不能证实，也不能证伪，所以在某种程度上是一个哲学或玄学问题。但对于 “多世界解释”的拥趸来说，这是一门严肃的科学。牛津大学的大卫·多伊奇是最忠实的拥护者之一，他曾经在一次纪念埃弗雷特的会议上，以这样的发言开头“我要从一个简单的事实开始：在这间房子里，在附近的一些宇宙中，休·埃弗雷特和我们在一起，也在庆祝。”事实上，埃弗雷特在1982年就去世了，年仅51岁，他死于暴饮暴食、酗酒和无节制的吸烟——至少在多重宇宙我们现在所在的这个分支宇宙中，他已经死了。 这个“多世界解释”意味着，在宏观的经典世界中，如果我们把我们的命运或面临的选择——比如此刻，要蛋糕还是馅饼？——“捆绑”到量子世界正在让宇宙分裂的测量上去，我们就可以确保所有结果都能在多重宇宙的某个宇宙中发生。这意味着，无论我们做什么选择，所有可能性中最好的也罢，最坏的也罢，都会成为一种现实，只是在不同分支的宇宙中实现而已。这些宇宙在分裂的那一刻，唯一不同点在于选择了不同的可能性，其他方面则完全一样（比如，一个宇宙中的“你”选择了蛋糕，另一个宇宙中的“你”选择了馅饼，至于你本人、你家人、北京、上海……在两个宇宙中那是完全一样的）。就是这就是“宇宙分裂器”app声称要做的。 根据这款app开发商的宣传，在“宇宙分裂器”app中输入你要做出选择的两个可能结果，然后按下按钮之后，它将连接到瑞士日内瓦一家实验室的一个量子器件上。该器件向部分镀银的镜子发射单个光子。光子遇到镜子有两种可能：50%的概率反弹回来；50%的概率透过去。按“多世界解释”，当光子遇到镜子，宇宙就分裂成了两个：如果在我们这个世界，该光子反弹回来，被你用探测器探测到了，那么在另一个世界，该光子则透过去了，等待着探测反弹光子的探测器，将一无所获。 如果该实验装置测量到了反弹光子，而光子“反弹”对应“蛋糕”的选择，那么app就告诉你应该选择蛋糕。 “多世界解释”面临的困境 上面介绍的“宇宙分裂器”app多少像个噱头，我们暂且撇开不管。现在谈谈困扰着“多世界解释”的一个问题。 前面提到，在“多世界解释”中，量子测量的每一个可能结果都将以100%的确定性发生。但我们最早不是说，薛定谔波函数中包含有各种可能结果的概率信息吗？那么，那些概率究竟意味着什么呢？ 这是埃弗雷特“多世界解释”思想的最大绊脚石：因为既然所有可能性都能100%确定地发生，那你得解释为什么量子力学看起来是由概率统治的。 为了让你明了，这里不妨举个例子。比如说一个光子遇到半镀银的镜子，一种情况是“反弹回来的概率是20%，透射过去的概率是80%”；另一种情况是“反弹回来的概率是70%，透射过去的概率是30%”。这在我们看来，显然是两种不同的情况。但是，按埃弗雷特的“多世界解释”，不管光子反弹或透射的概率是多少，反弹和透射都将以100%的概率完全确定地发生。那这样一来，上述两种有着不同反弹（或透射）概率的情况，就没有任何区别了。 以色列特拉维夫大学的物理学家列夫·瓦德曼提出一种办法来克服涉及“多世界解释”的概率问题。他的解释被称为“自我定位的不确定性”。他用一个思维实验来说明这一点。 想象一下，你吞服下一片安眠药，睡在一间放有一只保险箱的房间里。睡前你就知道，当你睡着之后，其他人会做一个量子实验——比如说，对着半镀银的镜子发射一个光子——并根据结果决定，要么在保险箱里放100万美元，要么什么都不放。根据“多世界解释”，实验结束后，宇宙分裂成两个：在一个宇宙里，保险箱里放了100万美元；在另一个宇宙，保险箱里空空如也。当然，睡着的你也分裂成了两个。如果你是全知全能的上帝，置身在这两个分裂的宇宙之外，哪个宇宙中的保险箱里藏有100万美元，当然是一目了然的。但问题是，你不是上帝，你只能出现在两个分支宇宙中的一个。所以，当你醒来时，你并不知道自己处于分裂后的哪个宇宙。所以，你为了知道保险箱里的情况，不得不去猜测。比如说，有50%的概率，保险箱里放了100万美元；有50%的概率，保险箱里一分钱都没有。于是在“多世界解释”的剧情中，概率就出现了。这里之所以出现概率，是因为在宇宙分裂之后，我们无法确定自己出现在多重宇宙的哪一个分支。 不知上述解释让你信服没有？如果你没想明白也不要紧，因为很多理论家也跟你一样想不明白。你越想，你会感觉这个问题越深奥、越头疼。比如，你还可以继续追问：当宇宙分裂时，“我”意味着什么？在上面那个思维实验中，进入睡眠的“我”和醒来的“我”是一样吗？还有，在量子力学的传统观点中，测量是塑造现实（迫使波函数坍缩，让其结束各种可能性的混合状态，选择一种确定的结果呈现）的一种手段，而在“多世界解释”中，测量似乎是我们用来分裂宇宙的手段。两种解释同样都那么玄乎，我们该选择信哪一个呢？在这个问题上，难道我们也要按一下“宇宙分裂器”来做决定吗？ |
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