人生副本和银河秩序：多世界理论还有哪些待解决的问题

利维坦按：对于信仰上帝的人来说，多世界诠释或许真不是一个什么好事儿。守旧派的量子理论认为，某事件将来真的会变糟的可能性极小，但并非不可能。这也表示，从过去的任何一点出发，事情可能比真实已发生的情况更糟糕。多世界诠释把这些可能性看作实际发生的事件，并由此预测了分支宇宙的存在，其中各事件所有可能的情况都会真实发生。举例来讲，虽然人类发生大灾难、生活凄惨、仅能繁衍后代的可能性很小，但在庞大的世界树中一定会有这样一个分支世界，真实发生了这样可怕的事情，并且代代相传。如此看来，在一些分支世界中，事实将证明：人类的出现（似乎）是一个彻头彻尾的悲剧。

不过，本文作者对于多世界诠释显然有自己独到的看法。比如，既然有这么众多的“我”，多世界理论该怎么解释“自我”这个概念呢？

这是诠释量子力学的最离奇、最迷人也最引人深思的一种方式。多世界诠释（many-worlds interpretation，MWI）最常见的版本是这样的：我们身处近乎无限多个平行宇宙之中，这些宇宙全都叠加在同一个物理空间上，但各自独立演化、互不干扰。每个宇宙里都存在你、我和其他所有人。各个宇宙之间的人物都极其相似、无法分辨，但他们都有各自的生活和未来，不会产生交叉。

图源：Juergen Faelchle / Shutterstock

多世界诠释表明，量子力学能迫使我们产生何种奇思妙想。这是一种极有争议的观点。讨论各种量子力学解释的人因其激情而为人们熟知，因为他们已经习惯于处理那些无法用客观事实解决的争议。然而，当讨论到多世界诠释时，他们的这番热情就会显得太过极端，以致我们不得不怀疑是不是他们在这件事情上投入的热情过多了，超过了解决一个科学谜题应有的程度。

尽管很少有人意识到或者承认，但从本质上说，多世界诠释与其他量子力学诠释并不相同。因为这种诠释谈论的并不只是量子力学本身，它还涉及一种观念，即在我们的脑海里，知识与认知在科学中究竟意味着什么。多世界诠释会向我们提出这样一个问题：我们到底需要或者接受何种理论作为认识世界的方式？

在丹麦物理学家尼尔斯・玻尔（Niels Bohr）明确提出了后来大名鼎鼎的“哥本哈根诠释”（人们普遍视其为正统量子力学观点）并加以精炼之后，到了20世纪三四十年代，量子力学的核心问题似乎就成了观测或测量导致的神秘破坏，而这一切都可以用“波函数坍缩”这个大红标题来表达。

波函数是一个定义了某量子系统所有可观测状态（比如某粒子可能存在的所有位置）的数学表达。在作出测量并且波函数坍缩之前（不管这究竟意味着什么），没有理由认为其中的任何一种状态成为现实的可能高于其他状态。这并不是说这个量子系统实际上处于其中的某种状态，只是我们不知道。我们可以自信满满地表示，这个系统并不处于其中的任何一种状态，它的状态可以用波函数本身来准确描述。从某种意义上说，这就“允许”所有这些状态成为最终的观测结果。那么，当波函数坍缩，只留下一种状态的时候，剩下的这么多状态都去哪儿了呢？

初看之下，多世界诠释的确能简洁明了、令人满意地解释这种消失现象。它告诉我们，其实所有状态都没有消失，只是我们观察不到了而已。从本质上说，多世界诠释的言外之意就是，压根儿没有什么波函数坍缩。

1957年，年轻的物理学家休・艾弗雷特三世（Hugh Everett III）在约翰・惠勒（John Wheeler）的指导下做普林斯顿大学博士论文的时候，第一次提出了多世界诠释。他当时的目的是想要只用我们已有的知识解决“测量问题”。而那些我们已有的知识就是：量子力学没错并且的确有作用。

美国物理学家休・艾弗雷特三世，1957年，他在普林斯顿大学的博士论文中首次提出了量子力学的多世界诠释。图源：Wikipedia

然而，玻尔和他的同事之所以引入波函数的概念，是因为现实现的情况似乎的确如此，而不是为了让量子力学变得难以理解。当我们作测量的时候，确实只能得到量子力学允许出现的许多结果中的一种。因此，要想将量子理论和实际情况联系起来，似乎的确有必要引入波函数坍缩这个概念。

所以，艾弗雷特的多世界诠释想要表达的其实是：错的是我们所理解的“现实”的概念。我们总觉得一次测量只能得到一个结果，但实际上所有的结果都发生了。我们只看到了所有“现实”中的一种，但其余的其实也都在物理空间内独立发生了。

电影《环形使者》剧照。图源：Clique Clack

从效果上说，这意味着整个宇宙由一个硕大无比的波函数描述，其中蕴藏着所有可能出现的现实。艾弗雷特在论文中称其为“宇宙波函数”。它的原初形式是，构成宇宙的所有粒子可能出现的所有状态的组合，或者说叠加。在宇宙演变的过程中，部分叠加态分解、剥离，结果就是某些“现实”脱颖而出，独立出现。从这个角度上说，测量并不是“创造”了宇宙，宇宙只是在测量的过程中分离了出来。这就是为什么严格来说，我们不能称宇宙分裂了（虽然艾弗雷特是这么说的），尽管确实是一个宇宙变成了两个。倒不如这么说，这两个现实此前都是某个现实可能出现的未来，现在它们从纠缠不清的状态中解脱了，各奔东西。

（多世界诠释和多重宇宙假说是不一样的。后者是说，还存在着其他一些宇宙，它们也在各自的大爆炸事件中诞生了，但这些宇宙和我们的宇宙完全没有任何物理联系。）

图源：Tara Jacoby

艾弗雷特在提交论文的同时，还在一份颇有声誉的物理学期刊上发表了这个想法，但没有引起什么重视。直到1970年，美国物理学家布莱斯・德维特（Bryce DeWitt）在阅读量甚高的杂志《今日物理》（Physics Today）上发表了阐释多世界诠释的文章后，人们才开始注意到这个观点。

德维特这次对多世界诠释的研究揪出了艾弗雷特在论文中多少有些刻意回避的问题。如果某次量子测量的所有可能结果都真实存在，那么它们到底在哪儿，为何我们只能看到其中之一（或者说，为何我们觉得只看到了其中之一？）？为了解释这个问题，“多世界”概念就出现了。德维特认为，其他测量结果一定独立存在于平行现实，也就是各自处于另一个世界之中。测量一个电子的运动路径，在这个世界中，你发现它好像是走这条路，但在另一个世界中，它走的其实是那条路。

如果这是对的，那就需要一个与我们使用的测量设备一模一样的平行设备，这样电子才能在其中穿行。此外，还需要另一个你（同样也是平行的）去观测――因为，只有经过测量之后，叠加态才会坍缩。这种复制的过程一旦开始，就没有尽头，于是，你就得在这个电子周围建立一整个平行宇宙，它和我们的宇宙完全一样，只是这个电子的去向不同。这么做的确规避了波函数坍缩的复杂性，但代价就是必须引入另一个宇宙。这个理论预言另一个宇宙存在的方式和通常科学理论作预言的方式大相径庭。在多世界诠释下，这个平行宇宙只是“电子的另一条路径同样真实存在”这个假说的自然推演产物而已。

“在多世界诠释下，世间的每一个悲剧，都会像受多世界诠释启发而拍摄的电影《双面情人》中被车撞了的女主角一样，受到拯救、化悲为喜。所以，谁能拒绝这种诠释呢？”

当你仔细思索测量究竟意味着什么的时候，这幅图景就变得愈发夸张起来。从某个角度上说，任意两个量子实体间的任何相互作用――比如，撞在原子上弹回的光线中的光子――都会产生许多种结果，因此也都需要引入平行宇宙。正如德维特所说：“量子跃迁时刻发生在每颗恒星、每个星系、宇宙的每个遥远角落里，这些跃迁无时无刻不在把我们地球上的这个世界拆分成无数副本。”在这些“平行宇宙”中，多世界诠释拥趸、物理学家马克斯・泰格马克（Max Tegmark）说：“每时每刻所有可能出现的状态都真实存在。”――这就意味着，至少从流行观点上看，物理规律允许存在的一切，都已经在（或者将会在）某个平行宇宙之中实现。

尤为重要的一点是，按照多世界诠释，在测量结束后，此前只有一个观察者的地方会出现两个（或更多）观察者。“作出决定这种行为（这里所说的决定起的就是测量的作用），”泰格马克说：“会让一个人分裂出多个副本。”所有这些副本其实都是最初那个观察者，只不过版本不同（因为作出的决定不同），他们会各自经历一段独一无二、平稳变化的现实――他们也都觉得这就是“真实的世界”。仍以观测某个电子的运动路径为例（当然也可以测量别的物质、别的状态）。一开始，所有这些观察者在各方面都是一模一样的，只是有的观测到电子在这条路径上运动，有的则观测到电子在那条路径上运动。但这之后呢？谁能知道这些副本之后的人生？他们各自独立发展，他们的宇宙也各自独立演化，并且持续不断地继续分裂下去。

图源：Verse and Dimensions Wikia

看到此处，你大概也明白为什么多世界诠释这种对量子力学的解释如此令人着迷且广为流传了。它告诉我们，我们每个人都有许多个副本，他们在各自的宇宙中过着各自的生活，而且很可能做着所有我们梦想做却从没有付诸实践（甚至从没有胆量尝试）的事。这样美好的愿景，完全没有理由不接受啊。在多世界诠释下，世间的每一个悲剧，都会像受多世界诠释启发而拍摄的电影《双面情人》（Sliding Doors，1998）中被车撞了的女主角（Gwyneth Paltrow饰演）一样，受到拯救、化悲为喜。

所以，谁能拒绝这种诠释呢？

当然，其实还有一些问题。

在这个不断分叉的多世界故事中，有个问题需要我们这些“始祖”解决，那就是：这种分叉到底是怎么发生的？

现在看来，这取决于微观量子事件如何通过一种称为“退相干”的过程产生宏观经典行为。在退相干过程中，量子系统那些像波一样叠加在一起的状态在和所处环境发生相互作用时受到干扰，变得不再协同一致。一旦这些状态退相干了，那么平行量子世界就分离出来了，因为从定义上讲，退相干的波函数不会对其他波函数产生任何直接影响。也是出于这个原因，20世纪七八十年代发展出来的退相干理论为多世界诠释的复兴作出了贡献，它为后者这个此前看来似乎是相当模糊的“莫须有”解释提供了清晰的理论依据。

从这个角度上讲，分裂并不是一个没来由的突兀事件。它在退相干的过程中演化，并且只有当退相干移除了宇宙间所有可能出现的相干性后，才彻底完成。尽管大家普遍认为，多世界的存在类似于豪尔赫・路易斯・博尔赫斯（Jorge Luis Borges）的作品《小径分岔的花园》（The Garden of Forking Paths）中那些分叉的未来，但更好的类比或许应该是沙拉在静置后逐步分离为油层和醋层的过程。因此，“究竟有多少个分岔出来的世界”这个问题完全没有意义――正如物理哲学家大卫・华莱士（David Wallace）恰如其分地指出的，提出这个问题就像是在问：“你昨天都经历了多少件事啊？”你的确可以确认昨天经历的某些事件，但根本不可能把它们全部列举出来。