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猫在同一时间可能既死又活的概率

 顿悟渐修 2017-05-30

波函数的消失不需要通过意识,

而是靠与 外部世界的随机相互作用。但是这仍然没有解决闲扰爱因斯坦的基本问题:自然界怎样“选择”波函数消失后进入什么状态呢?当一个空气分子打在猫身上,

谁或什么决定猫的最后状态呢?关于这个问题,去相干理论只是说了这两个波 函数分开了,不再相互作用了,但是没有回答原来的问题:猫是死的还是活的呢? 换句话说,去相干使意识在量子力学中不再必要,但是没有解决困扰爱因斯坦的 关键问题:自然怎样“选择”猫的最后状态呢?关于这个问题,去相干理论没有 回答。

然而,去相干理论的自然扩展解决了这个问题,今天也得到物理学家的广泛 承认。这第二个方法是惠勒的另一个学生休·埃费雷特(Hugh Everett HI)找到 的。他讨论了猫在同一时间可能既死又活的概率,但是是在两个不同的宇宙中。 当埃费雷特(Evereu)的博士论文在1957年完成时,没有什么人注意到。然而, 若干年后对“多世界”解释的兴趣开始增长。今天,对量子理论中的矛盾的兴趣 像浪潮一般重新涌现出来。

在这个透彻的新的解释中,猫既是死的又是活的,因为宇宙分成了两个。在 一个宇宙中猫是死的,在另一个宇宙中猫是活的。事实上,在每一个量子的结合 点宇宙分成两半,宇宙分裂的过程绝不会停止。在这种情景下所有的宇宙都是 可能的,每一个宇宙都像别的宇宙一样真实。生活在每个宇宙中的人都会说他 们的宇宙是真正的,其他的宇宙是想象的或虚构的。这些平行宇宙不是短命的 鬼的世界,每个宇宙都有实际的物体和具体的事件,像别的宇宙一样真实和 客观。

这种解释的优点是我们可以丢掉第三个条件,即波函数的消失。波函数绝 没有消失,它们只是连续在演化,永远分裂成其他的波函数。就好像在一棵不断 分杈的树中,

每一个分杈代表一个完整的宇宙。多世界理论的最大优点是它比 哥本哈根的解释要简单:它不要求波函数消失。付出的代价是现在需要将宇宙 不断地分成几百万个分支。〈有些人觉得很难理解怎样跟踪所有这些增生扩散 的宇宙。然而,薛定谔波动方程可以自动完成这件T.作。只要简单地跟踪波动 方程的演变,我们就能立刻发现波动的所有的大量的分支。)

如果这个解释是正确的,那么就在此时此刻,你的身体与处在生死搏斗的恐 龙的波函数共存。与你所在房间中共存的是另一个世界的波函数,在这个世界 里德国贏得了第二次世界大战,在这个世界里外星人在漫游、你却从未在这个世 界里诞生过。《高处城堡中的人》

和《阴阳魔界》

的人所在的世界也包括在存在 于你的卧室的各种世界之中。关键在于我们不再能与他们互动,因为他们已经 脱离了我们。

正如艾伦*古思说过存在一个埃尔维斯(Elvis)还活着的世界。”物理学 家费兰克·维尔切克

(Frank Wilczek)曾写道:“因为我们知道有无限多个与我们 稍有不同的世界正过着与我们平行的生活,我们知道每时每刻都有更多的世界 出现并将占据我们的各种可供选择的将来,这些想法萦绕在我们的心间,让我们 备受折磨。”他说过,如果特洛伊的海伦(Helen)不是这样美丽绝伦的话,如果她 的鼻子上长有一个丑陋的疣的话,希腊文明的历史,以至西方世界的历史就会改 写。他说好,统可以起因于通常由于暴露在太阳的紫外线下所触发的单个细 胞的转变。”他接着说,“结论是:有很多很多的世界,在这些世界中特洛伊的海 伦的鼻尖上没有长疣。”

我想起了奥拉夫·斯特普尔顿(Olaf Stapledon)经典科幻小说《星星制造者》中的一段话每当一个生灵面对几种可能的行动路线时,它采 取所有的行动路线,因此创造了很多截然不同的宇宙历史。因为在宇宙演化的 每一个进程中有很多生灵,而每个生灵又经常面对很多可能的路径,所以所有这 些路径的结合是数不清的,结果无限多个截然不同的宇宙从每一个暂时的序列 的每一个时刻脱离出来。”

根据量子力学的解释,

所有可能的世界都与我们共存,认识到这一点让我们 感到头晕目眩。尽管为了到达其他的这些世界也许需要虫洞,但是这些量子世 界就存在于我们所住的这个房间里。无论我们走到哪,它们都和我们在一起。 关键的问题是:如果这是真的,为什么我们看不见其他的这些世界充满我们的卧 室呢?原因就是去相干:我们的波函数已经与其他的这些世界的波函数去相干 (也就是说波动之间彼此不再同相)。我们不再与它们接触。这意味着即使是 环境的轻微干扰也将阻止各种波函数彼此相互作用。

这似乎不是太奇怪了吗?能让人相信这是可能的吗?诺贝尔奖获得者史蒂 文·温伯格(Steven Weinberg)把多宇宙理论比做无线电。围绕我们周围有几百 个不同的从遥远广播电台播出的无线电波。在任何给定的时刻,你的办公室、小 汽车或卧室充满了这些无线电波。然而,打开收音机,你每次只能听一个频率, 其他的那些频率已经去相干了,不再彼此同相。每个广播电台有不同的能量和 不问的频率。结果,只能将收音机一次调到一个台。

同样,在我们的宇宙中我们已调到与我们宇宙相应的频率。

但是有无限多 个平行的宇宙与我们共存于同一个房间,尽管我们不能调到它们的频率。尽管 这些世界看上去都很像,但每一个世界有不同的能量。因为每个世界由百万亿 亿个原子构成,这意味着能量的差别会很大。因为这些波动的频率与它们的能 量成正比(根据普朗克定律),

这意味着每个世界的波以不同的频率振动,不再 能相互作用。不管是什么意图和目的,各种各样的这些世界的波不发生相互作 用或相互影响。

令人惊讶的是,科学家利用这个奇怪的观点可以重新推导出哥本哈根的结 果,而不需要波函数消失这个条件。换句话说,所做的实验不管是用哥本哈根解 释,还是用多世界解释都能得到完全同样的结果。玻尔的波函数“消失”在数学 上等价于环境的干扰^也就是说,如果能有办法将猫与外围环境的每个原子或 宇宙射线隔离开,薛定谔的猫就可以同时是死的和活的。当然,这实际上是不可 能的。一旦猫与宇宙射线接触,死猫和活猫的波函数就不再相干,看起来就好像 波函数消失了一样。

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