读书梳理:量子多重宇宙

概率波一般由许多尖峰波组合而成,每个尖峰都代表着电子的某个可能的位置。一个电子的概率波如果在两个地点存在尖峰,对电子位置进行测量时,将得到令人困惑的电子同时处于两个位置的混合结果。


这与我们的日常经验不符,我们所知道的一切都表明,一个设备、一次测量只会产生一个读数;一个读数、一个头脑只会产生一个心理印象。


有个叫艾弗雷特的科学家提出,对一个具有两个尖峰的粒子概率波进行测量将产生两种结果。在一个世界,粒子出现在第一个地点;在另一个世界,它出现在第二个地点。


测量过程中的仪器、你和其他一切物体一定会分裂成两个仪器、两个你和两组其他物体。


在针对有两个尖峰波的粒子概率波进行测量时,意味着我们现在有两个平行的现实,两个平行的世界。


不论你所测量的粒子概率波有几个尖峰,比如说5个——也就是粒子可能出现在这5个位置上,按照艾弗雷特的提议,结果都会产生5个平行的现实,这5个现实的唯一不同就在于其中每个仪器和每个你的大脑都读出了不同的位置。


如果5个平行现实中的某个你要测量另一粒子,而该粒子的概率波有7个尖峰,那么这个你和这个你所处的世界将再次分裂为7个平行世界,每个世界都对应一种可能的观测结果。


在艾弗雷特的方法中,任何量子力学认为可能发生的事情,都在它们各自的独立世界中实际发生了。


这就是量子力学的多世界方法中的“众多世界”。


这些众多世界完全可以称作众多宇宙,这就是量子多重宇宙。


量子多世界方法常见的一个批评是,它太花里胡哨了,不可能是真的。


物理学的历史告诉我们,成功的理论是极简的,它们以最少的假设解释数据,并为之提供一种精确而经济的理解。


如果一个理论引入的宇宙越来越多,它就在同这个理想南辕北辙。


多世界方法的支持者认为,你们这些反对者在评估多世界方法的复杂性时,重点应该放在方法本身的基本特征,而不是看它产生了多少个宇宙。


多世界方法只做了一个假设,即假设一个方程始终如一地支配着一切概率波,所以就公式和假设的简单程度而言,它很难被驳倒。


反过来看哥本哈根的方法呢?它也用到了这个方程,也就是薛定谔方程,但它还要引入一个模糊的规定,用于说明何时应该停止使用薛定谔方程,然后还附加一个更加含糊的规定,即概率波的坍缩过程意味着粒子有了确定的位置。


奥卡姆剃刀要对多世界方法和哥本哈根方法下手的话,首先剔除的应该是哥本哈根的方法。


但尽管多世界方法在奥卡姆剃刀的锋芒下活了下来,在这个方法中存在数量过多的宇宙确实会引发一个问题。


咱们一提到量子力学,就肯定会想到概率两字。量子力学之所以正确,是因为实验测量的结果与量子力学的预言的概率相符。


多世界方法仍具有争议的原因是,它可能会削弱这种方法对量子力学的可信度的评估能力。


当我抛硬币时,我知道它有50%的机会正面朝上,而有50%的机会背面朝上。但这一结论取决于一个通常的假设:抛一次硬币只能产生一个结果。


但如果所抛的硬币在一个世界是正面,而在另一个世界是背面,而且如果在每个世界都有这么一个我来见证这一结果,那么我们又该如何理解通常所说的概率呢?


想想一下,有一个和我长得一模一样的人,具有我所有的记忆,并自称他就是我本人,看到了硬币的正面朝上;另一个同样是我的人,看到了硬币的背面朝上。


由于这两种结果都发生了,有一个苏叶看到硬币正面朝上,有一个苏叶看到硬币背面朝上,这样一来,我们所谓的概率性就无处可寻了。


这种认识让人们对多世界方法产生了忧虑。


我们对量子力学有信心,因为大量的实验证实了它的概率性预言。


然而,在多世界方法中,我们很难看到概率在其中是如何起作用的。


在多世界方法中,根本就没有什么概率性的事情,波动只不过从一个形状演化到另一个形状,完全由薛定谔方程决定。没有人掷骰子,也没有人拨动轮盘。


相比之下,哥本哈根方法模糊地定义了一种测量引起的坍缩,这才会引入概率(波动在某个地方的幅值越大,波动坍缩之后粒子出现在那个地方的概率就越大)。正是这样,哥本哈根方法中才会出现“掷骰子”的行为


多世界的方法放弃了坍缩的概念,因此它也就摒弃了传统概率的切入点。


那么,多世界方法中存在概率性的结果吗?


艾弗雷特说他有办法调和这两者。


先提一下另外两个伟人,爱因斯坦和玻尔。


爱因斯坦的立场是,坚信一个物理学的基本理论不应涉及概率。


玻尔的立场是,对于这样一个涉及概率的基本理论非常满意。


艾弗雷特的想法就调和了爱因斯坦和玻尔两人充满对立的观点。


站在数学的角度,爱因斯坦认为所有粒子的总概率波的演化始终由薛定谔方程决定,概率在其中完全不起作用(这种非概率的观点涉及一个专业名词——波函数)。


想象一下一幅场景,爱因斯坦翱翔于多世界方法中的众多世界之上,注视着薛定谔方程完全支配整个图景的展现方式,并愉快地得出,虽然量子力学是正确的,但上帝并不掷骰子。


玻尔的观点是,某个世界中的某个居民也会高兴地用概率来解释这些他的受限视角所能看到的结果,而且精确度很高。


总有一天将会产生一幅完整清晰的图景,但现在还没有产生,也许暂时还不会产生。

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