多重宇宙诠释

直到20世纪后半期，一些物理学家始终没有接受哥本哈根学派的诠释，因为它解决不了一个“终极”的问题，而这个问题又不可回避，那就是按照这个诠释，我们应该如何看待宇宙？是否我们所处的宇宙也需要一个局外的“观察者”呢？如果不提及上帝，这个观察者将不存在，没有了这个观察者，这个演变了上百亿年的宇宙离开了人，是否就不能谈及“真实”呢？

在宇宙学发展的挑战之下，有些人接受了多重世界诠释。这种诠释的基本思想是，宇宙中的每个时刻，都面临着一个量子水平上的选择，因此宇宙可以被拆分为多个副本，而这些副本分别意味着每一个可能的运作，它们各自具有自己的选择方式。

为了通俗而形象地理解这个诠释，不妨选择“薛定谔猫”作为简单的例子加以说明。在这个假想实验中，只有两个可能的选择，要么原子衰变，猫死了，要么不衰变，猫活着。按照哥本哈根诠释，这两个状态都不是“真实的”，除非有一个有智慧的人打开箱子去看。只要不被看，里面的东西就处在两种叠加态之中。然而多重宇宙诠释却认为，即使人不去看，这两种状态也都是“真实的”，它们只是面临着不同的选择而已。所以，对于猫来说，宇宙被拆分为两个，其中每一个都是副本之一。在实验观察前，这只猫确实是又死又活着，一个实验是打开变成死的，另一个实验是打开变成活的，两个实验观察都认为自己是栖居在一个单一的宇宙里，它们之间没有一种办法可以相互交流。这里不存在什么叠加态，也不存在什么波函数的坍缩。

多重宇宙的想法最初是在1957年，由惠勒的研究生休·艾沃特（Hugh Everett）提出来的，当时得到了惠勒的赞同，但是几年之后，为了解释更多的实验，惠勒又回到了哥本哈根学派王来。虽然哥本哈根诠释带有很多诸如“叠加”或“坍缩”等形而上学的包袱，但在解释诸多量子现象时，最终总能自圆其说。而在多重宇宙原型中，有时却要求有无限多的宇宙，每一个宇宙又可能被分为无限多的“实在”，包括所有原子和宇宙其他粒子以及所有的粒子体系等都面临着选择，随着各种选择，各种运作途径有可能存在多重结果。似乎这种分裂的宇宙，存在着多种“平行的世界”，而这些“平行的世界”彼此间又毫无联系。然而这些“平行的宇宙”又是如何在一瞬间被选择的呢？尽管在解释上有如此困难，然而许多人，尤其是宇宙学家们，还是倾向选择这样一个诠释，因为这个理论承认“实在的真实”，不需要对宇宙再加设什么“智慧的观察者”，或对宇宙加设一个什么“实验装置”，也不需要什么波函数的“坍缩”。否则，对这些宇宙学家来说，要想看到我们这个宇宙的面貌，还得在宇宙之外，另外寻找一个智慧的观察者，或者一个什么实验装置做出记录，这对他们是不可接受的。虽然宇宙学家更倾向多重宇宙诠释，但是也感到存在许多宇宙的这种描述实在是太过于复杂了，但也有取得成功的。例如霍金（Hawking）提出有可能存在着无限多的宇宙变化，在一定程度上，它们彼此平行，形成一个宇宙共同的模式，因此，我们可以从中找到一个，发现它们，这就是我们所居住的宇宙。［56］

20世纪90年代，多重宇宙诠释的拥护者，牛津大学的大卫·多伊奇（David Deutsch）坚持认为多重宇宙是最简单的量子力学诠释，他说：“从假定上，它是最简单而廉价的，对宇宙来说，它则是最宝贵的。”［57］

多伊奇用多重宇宙解释了双缝实验。多伊奇认为，在这个实验中，如果使用的是一个个单独的光子，最终获得了干涉花样，要解释这个结果，当然必须首先承认，有什么“东西”同时穿过了双孔。不同的诠释解释不同，有的说这个“什么东西”是“几率波”或者是什么“导波”；有的认为是单个光子“神秘地同时出现在两个位置上”，而多重宇宙诠释却认为，当光子穿过其中一孔时，另一个光子并不是什么“幽灵”，只不过是同一个光子沿着另一个量子途径，同时穿过多重宇宙的另一个通道而已。(https://www.daowen.com)

多伊奇进一步解释说，当一个光子面临穿过两个缝或孔的选择时，宇宙在它的面前就分为两份，从一个宇宙的角度看，光子穿过了一个缝或孔，而从另一个宇宙角度看，光子却走入了另一个缝或孔，但是当它们通过了两个缝或孔以后，这两个途径又会重新回复到一起，所以才会形成干涉花纹。多伊奇的解释更进了一步，这就是把分开的宇宙又复合到了一起，分离的宇宙只存在分离的一刹那，这种分离是以肩并肩的平行方式进行的。多伊奇认为这正是宇宙领域在量子可能性上的变种而已。他希望能找到一个实验，证明双缝实验中两种宇宙的存在。有人认为，如果计算机技术再先进一些，有可能计算机大脑能填写出这两个平行宇宙的空白。

到了20世纪90年代，对量子世界的真实性的探讨大有人在。多重世界诠释使许多人卷入其中，除了牛津的多伊奇，还有海登堡大学的狄爱特（Dieter）和胡斯（Joos），苏黎世大学技术研究所的吉菲尔（Keifer），麻省理工学院的哈利维尔（Halliwell），洛斯阿拉莫斯国家实验室的祖瑞克，浜贝（Bombay）塔塔研究所的潘德曼（Padmanabham），加州理工学院的盖尔曼（Gell-Mann），加州圣·芭芭拉大学的哈特尔（Hartle），哥伦比亚大学的艾尔伯特（Albert）和罗格斯（Rutgers）大学的罗埃沃（Loewer），赞同多重宇宙诠释的人大多是多年潜心研究量子力学基础理论的学者，往往在数学上有较高的造诣。在1991年10月，当《今日物理》杂志刊登了一篇祖瑞克的有关文章时，立刻引起了热烈的反响，仅只来信和评论就占了这一期整整8页的篇幅。

但是，多重宇宙诠释却给一般物理学者带来更多的困惑。如果我们把电子视作为一个“小球”，在忽略自旋的情况下，形容这个电子的状态仅用3个数，这就是它的自由度。当然这并非电子的量子态，就是在如此简单的情况下，又该如何形容一只猫的自由度呢？假定这只猫仅重1千克，它就可能包含1026个原子，如果忽略电子在原子内的相互作用，起码这只猫要用3×1026个自由度才能形容它的状态。实际上，这样做还是远远不够的。因为并没有计入猫与周围环境的关系。如果再设定，这只猫在某个位置，如窗台上，那还要加设许多与这一说法相匹配的内容。仅只描述一只猫就复杂至此，有的人干脆就认为，与其把问题这么复杂化，干脆不如从经典上说“这就是一只猫”算了。所以越是忽略一些自由度，越是接近经典，越是接近我们所看到的事实。

祖瑞克在这篇论文中，提出一个解决复杂系统的办法，这就是所谓的量子“退相干法”（decoherence）。如果忽略一个体系内的大量参量，这个系统就越来越趋近于经典情况，这个原理表明，如果设计一个实验，度量一只猫的所有参量，就会发现，这只猫就像一个电子的量子力学特征，所以在猫实验中，它就会只存在是“活”或是“死”两个状态。这个办法，可以用于处理像宇宙这样的大体系。祖瑞克就是用这个方法把宇宙类比为一个稳定原子与不稳定原子的集合，随着时间的变化，不稳定原子就会衰变，经过核过程之后，变为长生命的原子，其结果得到稳定原子的集合，那宇宙大爆炸后，“只能变成一个稳定的状态”，这就是他的结论［58］。

对于多重宇宙诠释，持不同看法的人也很多，伦敦皇家学院的泰勒（Taylor）认为，“没有一种诠释叫人感到满意”，他特别强调说，“我发现多重宇宙诠释非常怪异，不，对不起，我是个老顽固的物理工作者，若是人们并不知道到底另一个宇宙发生着什么事，就不应该把它引进来”。［59］