肖恩·卡羅爾(Sean Carroll)的新書追溯了已經(jīng)擁有60年歷史的多世界理論，本文作者羅伯特·P·克里斯(Robert P。 Crease)對(duì)此深表贊賞。

　　《深藏之物：量子世界和時(shí)空的出現(xiàn)》

　　Something Deeply Hidden： Quantum Worlds and the Emergence of Spacetime Sean

　　肖恩·卡羅爾

　　Oneworld(2019)

　　在本書的開頭，肖恩·卡羅爾引用了伊索寓言中狐貍與葡萄的故事。一只饑餓的狐貍很想吃到從藤蔓上垂下的一串葡萄。即便發(fā)現(xiàn)自己夠不到，這只狐貍還是拒絕承認(rèn)失敗，并且宣稱那些葡萄是酸的，不能吃，然后就離開了。在卡羅爾看來，這個(gè)寓言也概括了物理學(xué)家如何對(duì)待量子力學(xué)的那些古怪預(yù)言。

20世紀(jì)50年代提出的多世界理論(many-worlds theory)認(rèn)為，平行世界每時(shí)每刻都在不斷地分叉。

　　卡羅爾覺得應(yīng)該適可而止。他認(rèn)為，按照多世界理論(many-worlds theory)，狐貍能吃到葡萄。這一理論由美國物理學(xué)家休·埃弗里特(Hugh Everett)在20世紀(jì)50年代后期首先提出，在這個(gè)理論中，我們所在的宇宙只是眾多平行世界中的一個(gè)，這些平行世界每一納秒(nanosecond)都在分支散開，相互之間不會(huì)交叉也不會(huì)交流。(多世界理論不同于多元宇宙(multiverse)的概念，多元宇宙的觀點(diǎn)是在時(shí)空的不同區(qū)域存在許多自成一體的宇宙。)

　　六十年過去了，這一理論依然是人類歷史上最離奇但又完全合乎邏輯的構(gòu)想之一，它直接源自量子力學(xué)的基本原理，并沒有引入其他無關(guān)的元素。它已經(jīng)成為了流行文化的精神食糧，盡管許多以多世界理論為靈感的電影和電視劇到頭來還是在擺弄平行世界之間相互接觸的橋段，這實(shí)際上是對(duì)多世界理論的一種藐視，比如2011年上映的電影《另一個(gè)地球》(Another Earth)。

　　在本書中，卡羅爾有力地解釋了多世界理論，討論了其在后埃弗里特時(shí)代的演化，以及為什么我們所在的世界是現(xiàn)在這個(gè)樣子?？_爾稱埃弗里特的這個(gè)概念是“我們觀察現(xiàn)實(shí)的最佳視角”，很大程度上因?yàn)槠浼兇獾倪壿嬓浴?/p>

　　難以捉摸的量子波

　　量子力學(xué)是現(xiàn)代亞原子尺度物理學(xué)的基本框架。它成功地經(jīng)受了近一個(gè)世紀(jì)的考驗(yàn)，這其中包括法國物理學(xué)家阿蘭·阿斯佩(Alain Aspect)證實(shí)量子糾纏的實(shí)驗(yàn)，量子糾纏也即某些量子現(xiàn)象的長距離作用。

　　在量子力學(xué)中，世界由兩種基本成分組合而成。其一是波函數(shù)，也即一種平滑的、可以完全確定的數(shù)學(xué)表達(dá)式，它代表了關(guān)于粒子位置和特征的無數(shù)種可能性，可以用來描述粒子的信息。其二是波函數(shù)的塌縮，也即實(shí)現(xiàn)一種可能性并消除所有其他可能性。人們關(guān)于波函數(shù)塌縮是如何發(fā)生的有不同意見——可能是由觀察波函數(shù)所造成的，或者是波函數(shù)遇到經(jīng)典世界的某些部分引起的。

　　許多物理學(xué)家不假思索地接受了上述物理學(xué)圖景。實(shí)際上，在20世紀(jì)20年代由尼爾斯·玻爾(Niels Bohr)和維爾納·海森堡(Werner Heisenberg)創(chuàng)立的名為“哥本哈根解釋”(Copenhagen interpretation)的概念，一直被物理學(xué)家們沿用至今。但哥本哈根解釋依然有一些難以全盤接受的因素，比如波函數(shù)是不可觀測(cè)的，預(yù)測(cè)是基于概率的，以及是什么導(dǎo)致了波函數(shù)塌縮。

　　休·埃弗里特(右二)創(chuàng)立了多世界理論。(圖上從左至右分別為：查爾斯·米斯納(Charles Misner)、黑爾·特羅特(Hale Trotter)、尼爾斯·玻爾和大衛(wèi)·哈里森(David Harrison))

　　我們從塌縮的波函數(shù)當(dāng)中能得到些什么呢?量子力學(xué)的方程式確實(shí)管用，但是波函數(shù)到底是啥是大家爭(zhēng)論如何解釋量子力學(xué)的關(guān)鍵。卡羅爾概述了哥本哈根解釋的幾種替代方案，以及它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　一種選擇是由阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)和大衛(wèi)·玻姆(David Bohm)等人提出的“隱變量”(hidden variables)方法，在這個(gè)方法的描述中，波函數(shù)只是一個(gè)臨時(shí)變通之道，物理學(xué)家最終會(huì)找到新的工具取代它?？死锼雇懈?middot;福徹斯(Christopher Fuchs)提出了另一種方法，被他稱為“量子貝葉斯理論”(QBism，quantum Bayesianism)，他認(rèn)為波函數(shù)的本質(zhì)是主觀的。因此，它僅僅指導(dǎo)我們?nèi)ハ嘈艤y(cè)量結(jié)果，而不是亞原子世界本身的真實(shí)特征。海森堡晚年的時(shí)候提出我們必須改變“現(xiàn)實(shí)”概念本身。借用亞里士多德提出的“效能”(potency)概念(比如，給予正確的條件后，橡果就有成為橡樹的潛力 )，他認(rèn)為波函數(shù)只代表了“中間”水平現(xiàn)實(shí)。

　　卡羅爾認(rèn)為，多世界理論是理解量子力學(xué)最直接的方法。這一理論接受波函數(shù)作為描述現(xiàn)實(shí)的工具。實(shí)際上，在多世界理論中有且只有一個(gè)波函數(shù)用來描述整個(gè)宇宙。此外，當(dāng)一個(gè)事件發(fā)生在我們的世界時(shí)，波函數(shù)中包含的其他可能性不會(huì)消失。相反，新的世界被創(chuàng)造出來，每種可能性都會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。

　　該理論十分簡潔而且符合量子力學(xué)的邏輯，所以卡羅爾稱之為“勇敢”的方法。他聲稱，不需要擔(dān)心那些額外的世界，畢竟我們看不到它們，如果多世界理論是對(duì)的，我們甚至不會(huì)注意到有什么區(qū)別。其他世界與我們自己的世界是相互平行的，所以叫它們“鬼界”似乎也無妨。

　　貓的影分身

　　對(duì)于物理學(xué)家來說，這個(gè)理論很有吸引力，因?yàn)樗忉屃嗽S多量子力學(xué)的難題。例如，在“薛定諤的貓”的思想實(shí)驗(yàn)中，那只貓的“貓生”只是分叉到了不同的世界，每個(gè)世界當(dāng)中有且只有一只盒子里的貓?？_爾還表明，該理論為某些復(fù)雜現(xiàn)象提供了更簡單的解釋，例如為什么黑洞會(huì)有輻射。此外，該理論可能有助于推動(dòng)解決現(xiàn)存的物理學(xué)難題，例如如何統(tǒng)一量子力學(xué)與相對(duì)論。

　　《深藏之物》這本書是科普性質(zhì)的，它讓大眾知道物理學(xué)家們?nèi)栽跔?zhēng)論量子力學(xué)的含義。卡羅爾讓讀者得以快速了解量子物理學(xué)從馬克斯·普朗克(Max Planck)到現(xiàn)在的發(fā)展史，并解釋了為什么在引入多世界理論之前，人們對(duì)于量子力學(xué)的解讀是如此困難。該書的重頭戲是一場(chǎng)關(guān)于多世界理論含義的“蘇格拉底式對(duì)話”，對(duì)話雙方是一位富有哲思的物理學(xué)家和一位擁有科學(xué)素養(yǎng)的哲學(xué)家，作者設(shè)計(jì)這個(gè)對(duì)話的目的是為了掃除一般讀者可能秉持的某些直覺性想法。

　　盡管如此，一般讀者可能依舊會(huì)對(duì)卡羅爾關(guān)于“現(xiàn)實(shí)”的輕描淡寫的處理方式存疑。像許多物理學(xué)家一樣，卡羅爾認(rèn)為所謂現(xiàn)實(shí)就是一種科學(xué)理論的描述。但是憑什么物理學(xué)家可以壟斷這個(gè)概念?憑什么物理學(xué)家有權(quán)力說其他人(更不用說那些生活在極端情況下的人們，比如難民、士兵和絕癥患者)生活在一個(gè)不那么基本的現(xiàn)實(shí)中呢?是不是我們必須遵循海森堡的指導(dǎo)?也就是說，我們必須依靠哲學(xué)家們已經(jīng)發(fā)展了數(shù)千年的討論“現(xiàn)實(shí)復(fù)雜性”的工具，才能解釋為什么狐貍難以吃到那些葡萄嗎?

　　這是多么古怪的想法啊!
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