从老虎吃人谈谈量子理论和宏观世界
老虎咬人
事件无论如何讨论，都是令人悲伤的，但当我们引入量子理论的多世界（many-worlds theory）来进行诠释时，能获得某种程度的悲剧消解，有评论说所有关注不过是阿Q式围观，又有谁真正在意生命消逝？不过是无所事事的闲聊话题而已。但从量子理论出发，围观并非没有意义，按照埃弗雷特1957创立的多世界理论，围观带来的不是坍缩的波函数，而是一个分裂（Splitting）宇宙，宇宙就像一个变形虫，当虫子通过双缝时，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，一只虫子记得电子从左而过，另一只虫子记得电子从右而过。这样一来，老虎咬人事件再也不必为死活问题困扰，世界分裂成了两个，一个是人已经死掉，一个是人仍然活着。
异端中的异端，艾弗雷特眼中的平行世界
01
量子理论从诞生的第一天起就是大众眼中难以理解的异端，而艾弗雷特提出的多世界理论（many-worlds theory）又是量子理论里的邪说，如果不是经历过《星际穿越》的疯狂教徒，或者是从黑洞里弹射过来的上帝使者，真的很难理解艾弗雷特的言论，如果真的存在平行世界，那人活着或者不活着似乎都没有意义。所以1957年艾弗雷特提出新理论后物理学界反应普遍冷淡，认为这不过是某个毛头小伙吸引眼球的荒谬之举，甚至连一向欣赏他的导师惠勒也是将信将疑，对于一向自命不凡的艾弗雷特来讲，这简直比要他的命还难受，1959年艾弗雷特直接飞去哥本哈根找到大异端玻尔，希望这位量子理论的“邪教教主”能够伸出提携之手，但教主玻尔则对这位新晋异端不作任何评论，此时的艾费雷特还不知道，如果玻尔接受他的理论，那就是对量子量论的正统学说哥本哈根学派的颠覆。
没有得到玻尔的认可，心灰意冷生性极端的天才艾弗雷特逃离物理学界，开始了自己的创业生涯，成为与美国政府合作的国防项目承包商，与他完全看不起的美国官僚打交道。作为一个智力超常的天才，他是五角大楼秘密机构的数学组组长，为美国的氢弹攻击提供算法，设计反弹道导弹系统的数学模型和核战争电脑模拟程序。甚至边喝着啤酒边在酒店信纸上，对数学界璀璨明珠广义拉格朗日乘子法进行了改进，还设计出“贝叶斯机”的雏形，是一个非常成功的创业者。但他最在意的仍然是那个神秘量子世界，对于金钱并不在意的他吸烟、酗酒、冷漠无情，不能得到物理学界的认可，这位才华横溢的科学家早早离开了这个世界。直到他死后，多世界理论才受到前所未有的重视，成为现在量子理论最前沿的领域之一……
六道众生与宗教无关，多世界有科学基点
02
科幻作家何夕写过一本科幻小说叫《六道众生》，说的是一个人能够自由穿梭于平行世界，各个世界的宇宙常数不一样，小说的科学基点也是多世界理论。艾弗雷特的理论流行后，各大宗教界也对其示好，佛教徒眼中的三千大世界，伊斯兰教的再世说都能很好的将这个理论与自己的信仰结合起来，上帝成了整个世界的观测者。我们不能妄自揣测宗教意图，但科学毕竟与宗教不同，就算实证层面需要时间，但必须首先在逻辑上是自洽的，多世界理论一定需要一个强大的科学基点。
那强大的科学基点是什么，这要从多世界理论诞生的那一天谈起。1954年的某个夜晚，艾费雷特与两位IQ极高的朋友喝了一两杯雪利酒之后，开始高谈阔论起 “量子力学所涉及的荒诞之事”，酒兴七成之际，埃弗雷特产生了一个奇异想法：为什么样要给数学原理附加假设条件来解释现实世界，而不是用理论本身的数学原理来解释量子力学方程在真实世界中的意义，数学原理难道不比现实世界更真实？伟大的理论基本上都是凭空产生的，多世界理论也不例外。这位天才重新思考了哲学上的命题：“真实”究竟是什么？在艾弗雷特眼中，比现实世界更真实的，就是自己创立的完美波函数公式。
他的理论建立在薛定谔的理论基础之上，将观测者视为被观测体系不可或缺的一部分，引入了一个普适波函数（universal wave function），将观测者和被观测物体联系起来，共同构成一个量子体系。他用量子力学描述宏观世界，认为宏观物体同样存在量子叠加。在他的理论中，波函数坍缩产生的不连续性不再必不可少。他假设所有孤立系统的演化都遵循薛定谔方程，波函数不会崩坍，而量子的测量却只能得到一种结果，也就是说，处于叠加态。艾弗雷特认为测量仪器与被测系统的状态之间有某种关联，称之为相对态（relative state）。理论非常完美，宏观和微观达到了一致，但必须接受多重宇宙的存在，平行世界就是这么产生的。
爱因斯坦的传承者，世界不应该被一分为二
03
艾弗雷特的多世界理论从某种意义上讲达到了爱因斯坦的期待，爱因斯坦一直致力于大一统理论的建立，但在他的后半生当中，一直想对量子理论进行修正，但每一次与量子理论的领袖玻尔交锋时都败下阵来，不管爱因斯坦提出什么假设，在实验层面量子理论总是对的。但爱因斯坦永远难以接受的就是，为什么宏观的相对论与微观的量子理论没有办法统一？世界为什么样要一分为二？
这一点上埃弗雷特与爱因斯坦非常一致，他坚持认为量子论应当是普适的；宇宙不该被一分为二，其中一半毫无由来地遵循经典物理法则，另一半却莫名其妙地接受量子力学的差遣。这从数学原理本身来讲就非常的不舒适，他宁愿相信宇宙本身就是一台巨大的量子计算机。
当然埃弗雷特并不是第一位站出来指责波函数坍缩不合理的物理学家，伟大的薛定谔也不相信，所以他弄出一只亦生亦死的猫的实验来。上世纪80年代，牛津大学的罗杰•彭罗斯（Roger Penrose）提出，在质量超过20毫克的体系中，引力的作用可能导致量子物理拱手于经典物理。而另一边意大利物理学家三人组——里雅斯特大学的吉安卡洛•吉拉尔迪（GianCarlo Ghirardi）和托马索•韦伯（Tomaso Weber）以及帕维亚大学的阿尔博托•里米尼（Alberto Rimini）则提出，大量粒子会自动表现出经典行为。此后一代又一代物理学家也都深有同感，他们的解决办法就是将量子力学逐出宏观体系，但对于艾弗雷特来讲，这种行为都是不负责任的，他一定要找到一种解决办法。
事实证明除了艾弗雷特的理论之外，其它的说法基本上都在实验面前倒下了，量子世界和经典世界之间似乎并无本质区别，剩下的只是实验技巧问题。只有艾弗雷特，从量子力学自身的方程出发，提出了一套数学上自洽的普适波函数理论，开辟出了全新的局面。多重宇宙的存在成了这一理论自然而然的推论，而不是毫无由来的断言。
最终玻尔可能才明白，自己一生的对手不是爱因斯坦，可能是艾弗雷特。
可能世界，大哲莱布尼茨的隔代加持
04
除了爱因斯坦，人类历史上另一个伟大人物莱布尼兹也支持了艾弗雷特的想法，莱布尼茨虽然在国内名头不响，其实他是17世纪唯一能与牛顿相媲美的大数学家。他曾经提出过逻辑上可能的世界，不同的可能世界可以包含不同的物体，不同的自然法则，但都必须遵循同一套逻辑法则，所有可能世界构成“所有上帝能够创造出的世界”，而现实世界是“上帝最终创造出的那个世界”之一。
这并非神神叨叨的宗教预言，莱布尼茨可是真正意义上微积分的创立者，二进制的创立者，数理逻辑的创立者，人类历史稀有的通才，被誉为17世纪的亚里士多德，也是牛顿一生的对手。莱布尼兹创立的可能世界理论呼应了现代的多世界理论，他曾经公开质疑过牛顿的绝对时空，他认为存在多个甚至无数个可能世界，真实的世界远比我们想象的要大，这与多世界宇宙理论遥相呼应。
无可否认，多世界宇宙理论具有一些科学幻想性，其自身的理论解释也并不完善。但近年来，多世界解释的诠释呈现出丰富多彩的局面。作为一种新型的理论解释体系，其严谨性仍让我们对宇宙，对自我有了进一步的理解与反省。而我们要做的，便是摒弃歧视，用以客观严肃的态度对待科学，对待多世界理论。
我们每一个人都可能身处量子异界，这样的假设实在是太过于震慑心灵了，以至于物理学家眼下只能纠缠在迷惑和惊叹之中。
颠覆哥本哈根学派为时尚早
05
作为量子理论最重要的学派哥本哈根学派，拥有量子力学理论的众多天才创立者，其中的任何一人放在20世纪的物理学界都是大拿级人物，他们并不是没有意识到量子学派本身的缺点，但他们认为实证性更重要，特别是玻尔、海森堡、泡利和冯诺伊曼，当时都持相同观点——他们用量子力学的哥本哈根诠释来处理测量难题。哥本哈根诠释假定，量子世界中的动力学过程可以简化为经典的可观测现象，并且只有可观测现象才有意义。
再完美的理论若没有实证作为基础都是没有意义的，再优雅的理论如果不能为人类的前行作出贡献，仍然只能作为理论储备，尽管哥本哈根学派无法解释什么原因将量子世界与经典世界区隔开来，但这并不妨碍哥本哈根学派利用量子力学取得巨大的技术成就。二极管、晶体管、激光器、量子光学、分子器件、量子密码术、量子通信、量子计算机都有已经取得了巨大成就，整整几代物理学家都接受了这样的教导：量子力学方程只在微观世界中发挥作用，在宏观世界中没有意义。对大多数物理学家而言，了解这些就足够了。
但我们仍然要尊重埃弗雷特的颠覆性想法，他打破了理论物理学100年来解释量子力学原理方面的僵局。但颠覆哥本哈根学派为时尚早，而且艾弗雷特的理论只是建议在量子理论的基础之上，只能算是量子理论的补充，直到今天，多世界理论也没有得到广泛认可，但他建立理论时采用的方法，却催生出量子退相干（quantum decoherence）的概念——对于量子力学的奇异随机性如何融入日常感受到的“真实”世界，量子退相干给出了一个现代理论解释。埃弗雷特的成就在物理学界和哲学界几乎无人不晓，但对于中国人来讲仍然特别陌生。
结语
理论不应该是分裂的为了适应这个现实世界，伟大学者在平滑连续的薛定谔方程里人为加入坍缩假定，让伟大的量子理论变得并不和谐，而艾弗雷特告诉我们，这一切都没有必要，我们应该更相信数学方程，而不是这个平庸世界。理论是用来解释整个宇宙，而不是人为分裂为微观和宏观世界。如果一定要解释这个平庸世界，那么多世界理论要有趣得多，老虎吃人只是众多幻影中的一幕，在另一个平行世界，他们已经和谐共存。来稿 AngelaGong（量子学派海外会员）
参考 彼得·伯恩（PeterByrne）
参考 弗拉特科·韦德拉尔（VlatkoVedral）
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