吃一塹,長一智,我們總結一下教訓。之所以前頭會碰到「意識」這樣的可怕東西,關鍵在於我們無法準確地定義一個「觀測者」!一個人和一台照相機之間有什麼分別,大家都說不清道不明,於是給「意識」乘隙而入。而把我們逼到不得不去定義什麼是「觀測者」這一步的,則是那該死的「坍縮」。一個觀測者使得波函數坍縮?這似乎就賦予了所謂的觀測者一種在宇宙中至高無上的地位,他們享有某種超越基本物理定律的特權,可以創造一些真正奇妙的事情出來。

 

真的,追本朔源,罪魁禍首就在曖昧的「波函數坍縮」那裡了。這似乎像是哥本哈根派的一個魔咒,至今仍然把我們陷在其中不得動彈,而物理學的未來也在它的詛咒下顯得一片黯淡。拿康奈爾大學的物理學家科特‧戈特弗雷德(Kurt Gottfried)的話來說,這個「坍縮」就像是「一個美麗理論上的一道醜陋疤痕」,它雲遮霧繞,似是而非,模糊不清,每個人都各持己見,為此吵嚷不休。怎樣在觀測者和非觀測者之間劃定界限?薛定諤貓的波函數是在我們打開箱子的那一剎那坍縮?還是它要等到光子進入我們的眼睛並在視網膜上激起電脈衝信號?或者它還要再等一會兒,一直到這信號傳輸到大腦皮層的某處並最終成為一種「精神活動」時才真正坍縮?如果我們在這上面大鑽牛角尖的話,前途似乎不太美妙。

 

那麼,有沒有辦法繞過這所謂的「坍縮」和「觀測者」,把智慧生物的介入從物理學中一腳踢開,使它重新回到我們所熟悉和熱愛的軌道上來呢?讓我們重溫那個經典的雙縫困境:電子是穿過左邊的狹縫呢,還是右邊的?按照哥本哈根解釋,當我們未觀測時,它的波函數呈現兩種可能的線性疊加。而一旦觀測,則在一邊出現峰值,波函數「坍縮」了,隨機地選擇通過了左邊或者右邊的一條縫。量子世界的隨機性在坍縮中得到了最好的體現。

 

要擺脫這一困境,不承認坍縮,那麼只有承認波函數從未「選擇」左還是右,它始終保持在一個線性疊加的狀態,不管是不是進行了觀測。可是這又明顯與我們的實際經驗不符,因為從未有人在現實中觀察到同時穿過左和右兩條縫的電子,也沒有人看見過同時又死又活的貓(半死不活,奄奄一息的倒有不少)。事到如今,我們已經是騎虎難下,進退維谷,哥本哈根的魔咒已經纏住了我們,如果我們不鼓起勇氣,作出最驚世駭俗的假設,我們將註定困頓不前。

 

如果波函數沒有坍縮,則它必定保持線性疊加。電子必定是左/右的疊加,但在現實世界中從未觀測到這種現象。

 

有一個狂想可以解除這個可憎的詛咒,雖然它聽上去真的很瘋狂,但慌不擇路,我們已經是nothing to lose。失去的只是桎梏,但說不定贏得的是整個世界呢?

 

是的!電子即使在觀測後仍然處在左/右的疊加,但是,我們的世界也只不過是疊加的一部分!當電子穿過雙縫後,處於疊加態的不僅僅是電子,還包括我們整個的世界!也就是說,當電子經過雙縫後,出現了兩個疊加在一起的世界,在其中的一個世界裡電子穿過了左邊的狹縫,而在另一個裡,電子則通過了右邊!

 

波函數無需「坍縮」,去隨機選擇左還是右,事實上兩種可能都發生了!只不過它表現為整個世界的疊加:生活在一個世界中的人們發現在他們那裡電子通過了左邊的狹縫,而在另一個世界中,人們觀察到的電子則在右邊!量子過程造成了「兩個世界」!這就是量子論的「多世界解釋」(Many Worlds Interpretation,簡稱MWI)。

 

要更好地瞭解MWI,不得不從它的創始人,一生頗有傳奇色彩的休‧埃弗萊特(Hugh Everett III,他的祖父和父親也都叫Hugh Everett,因此他其實是「埃弗萊特三世」)講起。1930年11月9日,愛因斯坦在”紐約時報雜誌”上發表了他著名的文章”論科學與宗教”,他的那句名言至今仍然在我們耳邊迴響:「沒有宗教的科學是跛足的,沒有科學的宗教是盲目的。」兩天后,小埃弗萊特就在華盛頓出生了。

 

埃弗萊特對愛因斯坦懷有深深的崇敬,在他只有12歲的時候,他就寫信問在普林斯頓的愛因斯坦一些關於宇宙的問題,而愛因斯坦還真的覆信回答了他。當他拿到化學工程的本科學位之後,他也進入了普林斯頓攻讀。一開始他進的是數學系,但他很快想方設法轉投物理。50年代正是量子論方興未艾,而哥本哈根解釋如日中天,一統天下的時候。埃弗萊特認識了許多在這方面的物理學生,其中包括玻爾的助手Aage Peterson,後者和他討論了量子論中的觀測難題,這激起了埃弗萊特極大的興趣。他很快接觸了約翰‧惠勒,惠勒鼓勵了他在這方面的思考,到了1954年,埃弗萊特向惠勒提交了兩篇論文,多世界理論(有時也被稱作「埃弗萊特主義-Everettism」)第一次亮相了。

 

按照埃弗萊特的看法,波函數從未坍縮,而只是世界和觀測者本身進入了疊加狀態。當電子穿過雙縫後,整個世界,包括我們本身成為了兩個獨立的疊加,在每一個世界裡,電子以一種可能出現。但不幸的是,埃弗萊特用了一個容易誤導和引起歧義的詞「分裂」(splitting),他打了一個比方,說宇宙像一個阿米巴變形蟲,當電子通過雙縫後,這個蟲子自我裂變,繁殖成為兩個幾乎一模一樣的變形蟲。唯一的不同是,一個蟲子記得電子從左而過,另一個蟲子記得電子從右而過。

 

惠勒也許意識到了這個用詞的不妥,他在論文的空白裡寫道:「分裂?最好換個詞。」但大多數物理學家並不知道他的意見。也許,惠勒應該搞得戲劇化一點,比如寫上「我想到了一個絕妙的用詞,可惜空白太小,寫不下。」在很長的一段時間裡,埃弗萊特的理論被人們理解成:當電子通過雙縫的時候,宇宙神奇地「分裂」成了兩個獨立的宇宙,在一個裡面電子通過左縫,另一個相反。這樣一來,宇宙的歷史就像一條岔路,每進行一次觀測,它就分岔成若干小路,每條路對應於一個可能的結果。而每一條岔路又隨著繼續觀察而進一步分裂,直至無窮。但每一條路都是實在的,只不過它們之間無法相互溝通而已。

 

假設我們觀測雙縫實驗,發現電子通過了左縫。其實當我們觀測的一瞬間,宇宙已經不知不覺地「分裂」了,變成了幾乎相同的兩個。我們現在處於的這個叫做「左宇宙」,另外還有一個「右宇宙」,在那裡我們將發現電子通過了右縫,但除此之外一切都和我們這個宇宙完全一樣。你也許要問:「為什麼我在左宇宙裡,而不是在右宇宙裡?」這種問題顯然沒什麼意義,因為在另一個宇宙中,另一個你或許也在問:「為什麼我在右宇宙,而不是左宇宙裡?」觀測者的地位不再重要,因為無論如何宇宙都會分裂,實際上「所有的結果」都會出現,量子過程所產生的一切可能都對應於相應的一個宇宙,只不過在大多數「蠻荒宇宙」中,沒有智慧生物來提出問題罷了。

 

這樣一來,薛定諤的貓也不必再為死活問題困擾。只不過是宇宙分裂成了兩個,一個有活貓,一個有死貓罷了。對於那個活貓的宇宙,貓是一直活著的,不存在死活疊加的問題。對於死貓的宇宙,貓在分裂的那一刻就實實在在地死了,不要等人們打開箱子才「坍縮」,從而蓋棺定論。

 

從宇宙誕生以來,已經進行過無數次這樣的分裂,它的數量以幾何級數增長,很快趨於無窮。我們現在處於的這個宇宙只不過是其中的一個,在它之外,還有非常多的其他的宇宙。有些和我們很接近,那是在家譜樹上最近剛剛分離出來的,而那些從遙遠的古代就同我們分道揚鑣的宇宙則可能非常不同。也許在某個宇宙中,小行星並未撞擊地球,恐龍仍是世界主宰。在某個宇宙中,埃及豔後克婁派特拉的鼻子稍短了一點,沒有教愷撒和安東尼怦然心動。那些反對歷史決定論的「鼻子派歷史學家」一定會對後來的發展大感興趣,看看是不是真的存在歷史蝴蝶效應。在某個宇宙中,格魯希沒有在滑鐵盧遲到,而希特勒沒有在敦克爾克前下達停止進攻的命令。而在更多的宇宙裡,因為物理常數的不適合,根本就沒有生命和行星的存在。

 

嚴格地說,歷史和將來一切可能發生的事情,都已經實際上發生了,或者將要發生。只不過它們在另外一些宇宙裡,和我們所在的這個沒有任何物理接觸。這些宇宙和我們的世界互相平行,沒有聯繫,根據奧卡姆剃刀原理,這些奇妙的宇宙對我們都是沒有意義的。多世界理論有時也稱為「平行宇宙」(Parallel Universes)理論,就是因為這個道理。

 

宇宙的「分裂」其實應該算是一種誤解,不過直到現在,大多數人,包括許多物理學家仍然是這樣理解埃弗萊特的!這樣一來,這個理論就顯得太大驚小怪了,為了一個小小的電子從左邊還是右邊通過的問題,我們竟然要興師動眾地牽涉整個宇宙的分裂!許多人對此的評論是「殺雞用牛刀」。愛因斯坦曾經有一次說:「我不能相信,僅僅是因為看了它一眼,一隻老鼠就使得宇宙發生劇烈的改變。」這話他本來是對著哥本哈根派說的,不過的確代表了許多人的想法:用犧牲宇宙的代價來迎合電子的隨機選擇,未免太不經濟廉價,還產生了那麼多不可觀察的「平行宇宙」的廢料。MWI後來最為積極的鼓吹者之一,德克薩斯大學的布萊斯‧德威特(Bryce S.DeWitt)在描述他第一次聽說MWI的時候說:「我仍然清晰地記得,當我第一次遇到多世界概念時所受到的震動。100個略有缺陷的自我拷貝貝,都在不停地分裂成進一步的拷貝,而最後面目全非。這個想法是很難符合常識的。這是一種徹頭徹尾的精神分裂症...」對於我們來說,也許接受「意識」,還要比相信「宇宙分裂」來得容易一些!

 

不難想像,埃弗萊特的MWI在1957年作為博士論文發表後,雖然有惠勒的推薦和修改,在物理界仍然反應冷淡。埃弗萊特曾經在1959年特地飛去哥本哈根見到玻爾,但玻爾根本就不想討論任何對於量子論新的解釋,也不想對此作什麼評論,這使他心灰意冷。作為玻爾來說,他當然一生都堅定地維護著哥本哈根理論,對於50年代興起的一些別的解釋,比如玻姆的隱函數理論(我們後面要談到),他的評論是「這就好比我們希望以後能證明2×2=5一樣。」在玻爾臨死前的最後的訪談中,他還在批評一些哲學家,聲稱:「他們不知道它(互補原理)是一種客觀描述,而且是唯一可能的客觀描述。」

 

受到冷落的埃弗萊特逐漸退出物理界,他先供職於國防部,後來又成為著名的Lambda公司的創建人之一和主席,這使他很快成為百萬富翁。但他的見解--後來被人稱為「20世紀隱藏得最深的秘密之一」的--卻長期不為人們所重視。直到70年代,德威特重新發掘了他的多世界解釋並在物理學家中大力宣傳,MWI才開始為人所知,並迅速成為熱門的話題之一。如今,這種解釋已經擁有大量支持者,坐穩哥本哈根解釋之後的第二把交椅,並大有後來居上之勢。為此,埃弗萊特本人曾計畫複出,重返物理界去做一些量子力學方面的研究工作,但他不幸在1982年因為心臟病去世了。

 

在惠勒和德威特所在的德州大學,埃弗萊特是最受尊崇的人之一。當他應邀去做量子論的演講時,因為他的煙癮很重,被特別允許吸煙。這是那個禮堂有史以來唯一的一次例外。

 

 

上帝擲骰子嗎-量子物理史話(曹天元)

 

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