多世界的幻想：最奇特的科學理論其實不自洽_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！2021-06-10 10:08
多世界的幻想：最奇特的科學理論其實不自洽原創2021-06-10 09:04·返樸
撰文丨Philip Ball
翻譯丨一二三
宇宙不斷地分裂成不同的現實世界，這一想法不可思議地受到了科學、哲學和通俗文學的熱情接納。但是，這個僅針對於量子力學中獨特問題而提出的詭譎的解決方案根本不是優雅的科學。我們不僅應該拒絕它奇怪的要求，同時也是時候尋找另一條解決路徑了，Philip Ball寫道。
“另一個世界”的想法擁有無法抗拒的誘惑力。不管是狄更斯的《聖誕頌歌》，弗蘭克·卡普拉（Frank Capra）的《生活多美好》（譯者注：1946年上映的經典勵志電影），或者最近阿萊克斯·加蘭德（Alex Garland）導演的迷你劇《開發者》（Devs）中量子計算出的平行宇宙，那些我們能夠想象出可能真實存在，卻沒有變為現實的世界，為我們提供了一個釋放內心恐懼與幻想的舞台。就像美國詩人羅伯特·弗羅斯特（Robert Frost）筆下的旅行者在森林中遇到的分叉小路，我們常常想知道那條沒走的路會把我們帶往何處。
那麼就不難理解量子力學的多世界詮釋（Many Worlds interpretation, MWI）為何有如此強大的吸引力。儘管大多數物理學家對這一想法不屑一顧甚至報以揶揄，但它卻總是被物理科普人和他們的受眾熱切地接受。然而，要搞清楚某些支持者到底是不是真的接受這一想法是很困難的。我相信一些物理學家發自內心地認為它是一個優美方案，能夠解決以“燒腦”著稱的量子力學的基本問題，我也對其中一些理由感同身受。但當他們開始大談“量子兄弟”（想必也有姐妹吧，雖然多世界詮釋只有少數女性支持者）；或者利用“量子應用”去做艱難的選擇，就是通過觸發某種量子測量，並確信這個過程中整個世界也一分為二了，而他們在另一個世界中做了另一個選擇；這時候我不禁想問，拋去複雜的哲學討論，他們是否只是在這份幻想中自嗨。
為什麼會有人認為量子理論揭示了這樣一幅圖景：數量龐大到難以想象，甚至可能是無窮多的其他世界不斷地從我們自己的現實世界中分離出去？最近聖母大學哲學教授Daniel Nolan在一篇文章裏解釋説，上述圖景來源於量子理論概率性的本質。正如德國物理學家馬克思·玻恩（他太多的實質貢獻都沒得到應有的讚譽）在上世紀20年代提出的，量子力學似乎有一個不同於任何其它科學理論的怪異屬性。一般來説，它似乎不能預測一個量子事件的觀測結果，而只能得到所有可能結果的概率。對於一個經典物體，比如一個網球或者一艘宇宙飛船，在給定一些具體條件的情況下，牛頓運動方程能準確告訴我們該物體會沿什麼樣的路徑運行。但是向着一個開有兩條狹縫的屏幕上發射光子，量子力學只能提供光子走某條路徑的概率。
只有當我們測量一個量子事件的結果之後，才能得到一個確切的答案。比如説某事件結果為A或B的概率是50:50，一旦我們觀測它，它就會以某種方式變成其中一個結果（100%的概率）。這有點像扔硬幣，扔之前有50:50的機會得到正面或背面朝上，但只要我們扔了且看了，結果要麼是100%正面朝上，要麼是100%背面朝上。我們可以確認一開始50:50的概率是對的，方法就是通過重複試驗——扔很多次，我們會發現，平均來説得到正面或反面朝上的次數是一樣的。
在大多數科學理論中，概率性的預測表明我們缺少關於某些細節的信息。如果我們一開始就知道硬幣中每一個原子的位置與速度，扔硬幣手的運動，空氣流動等等，我們應該能完全確定地預測結果（實際中不可能，但理論上可以）。然而量子力學中概率是基本的：該理論似乎堅持認為，不管測量什麼，我們所能做到最好的也只是預測得到不同結果的概率。
於是問題便成了到底是什麼將事件發生前的概率性變為發生後的確定性。似乎這裏面有一些突變，量子力學自己都無法給出解釋。1924年薛定諤給出描述量子粒子行為的方程中不包含這一轉變。這一方程使用了一個被稱為波函數的數學構造來描述粒子及其行為（因為它和描述經典波的方程類似）。正如玻恩展示的，波函數可以被用來計算概率，即我們測量粒子屬性——比如它在空間中的位置，解方程得到某特定結果的概率。但薛定諤方程表現出這些性質總是連續變化的，而測量似乎總是導致突然跳變到一個確定值：這就是Nolan所説的波函數的“坍縮過程”。
量子力學本身沒有對波函數坍縮給出解釋——它需要以某種特定的方式人為加入，就像1930年代匈牙利數學家馮·諾依曼首先做的那樣。這很尷尬，也不能令人滿意——當然，數學上沒問題。可是，光滑連續的概率波在現實世界中如何轉變成獨特的觀測值，我們仍毫無頭緒。為了避免這一問題，休·埃弗裏特（Hugh Everett）於1957年在普林斯頓大學的博士論文中提出了“多世界”詮釋。埃弗裏特説道，如果根本就沒有從所有可能中選出某一結果的波函數坍縮呢？相反，它們可能全部都發生了，只是處於不同的平行世界？在此圖像中，當光子到達雙狹縫時，在一個宇宙中它穿過某一個狹縫，而在另一個宇宙中穿過另一個狹縫。
可這樣的話，每個宇宙中都必須有一個觀察者，可以各自看到一個結果。換句話説，一切都分裂了：儀器、研究人員、實驗室、宇宙。埃弗裏特不願在論文中過多提及現實人的“加倍”（而不僅僅是粒子數加倍），但是這個概念就根植在理論中。它在1970年代得到了擴展，現在“量子自我”的增殖擴散已經成為了多世界詮釋科普演講中典型的吸睛元素。
與此同時，埃弗裏特留下的一些懸而未決的問題，特別是“分裂”是如何發生的，已經得到澄清。現在物理學家已經知道，在某些宏觀的測量設備中，將量子事件（例如發生在粒子上）記錄為可觀察結果的過程涉及到一種稱為退相干的現象，粒子的量子態與它所處環境中粒子的量子態混合在一起（ “糾纏”）。多世界詮釋的支持者們認為，埃弗裏特提出的分裂是一種“拆解”，它是由退相干引起的，退相干導致事件發生前宇宙中固有的兩個（或更多）可能結果分裂，並且不再相互影響。然後，它們在一切意義上都分別處在不同的宇宙中，共存於“在同一空間中”，卻彼此“遺忘”。
由此，多世界理論的支持者們認為波函數坍縮問題就不存在了。不過作為代價，我們必須接受宇宙正在不斷瓦解為平行現實。
對於許多人來説，這個代價過於奢華了。首先，從定義上講，這些平行世界永遠無法觀察到，因為只有因果獨立於當前世界才能真正稱為其他世界。相反，如果兩個結果沒有退相干，仍能夠相互作用，它們就能“干涉”——這是一種量子行為的典型表現。況且，有人問，我們如何接受一個永遠無法被證明為真的命題作為真正的科學？多世界理論支持者回答説，他們理論的正確性就藴含在薛定諤方程本身之中，應該受到質疑的是量子理論的其他詮釋，這些詮釋被迫在方程中添加一些內容，以解釋該方程是如何“破裂”的從而給出某一觀測結果。
換句話説，儘管有人反對“多世界解釋”，認為它是一門糟糕的科學，因為它對宇宙過於隨意揮霍了；多世界理論支持者卻説，就理論的前提假設而言，它實際上是最簡明的解釋。但事實是，兩種立場都不具有有力的論據。
一個對多世界詮釋更嚴肅的反對是，它沒有解釋概率是如何進入量子力學的——這些概率滿足從波函數中提取預期結果的玻恩定則。如果事實是所有結果總以100％的概率發生（在這個世界或其他世界中），我們又怎麼能説結果A的概率為50％（但我們可以通過實驗驗證）？多世界支持者宣稱，這些概率應該理解為量子分裂中各分支的“權重”，Nolan稱其為“強度”。但這本身並沒有多大意義。比方説，如果結果A和B的概率分別為75％和25％，那麼這並不意味着A宇宙比B宇宙更真實，更絕對或是更robust。
多世界支持者爭辯説，我們應該將這些表面上的概率理解為分配給每個可能世界中最終結果的預期。換句話説，它們是描述個人經歷的主觀概率，即使“我的一個版本”將以100％的概率出現在每個宇宙中。這種想法有多種變體：有人斷言，玻恩定則本身可以從理性觀察者如何押注各個量子結果的主觀觀念中得出；雖然觀察者知道（如果“多世界”觀點正確）她的不同版本肯定會出現在所有可能的世界中，但每個版本只會意識到其中一個，並且她可以在量子分裂之前對“她”稍後將觀察到的結果下注。
但這正是多世界詮釋破滅的地方！因為在試圖消除波函數坍縮的困境時，這個理論被迫強加了個體——做出有意識決定的人！——作為可以“解釋”粒子如何表現的要素。這樣它看起來就不再那麼簡潔了，不是嗎？實際上，情況還要比這糟得多。因為，MWI甚至剝奪了我們談論個人的能力——有意義地談論“你”或“我”將觀察到什麼，很少有多世界支持者願屈尊考慮這個問題。簡而言之，沒有任何有意義且明確的方法能將量子“分裂”之前的“你”與“分裂”之後的“你”聯繫起來。我們可以想象這意味着什麼，一些物理學家甚至試圖通過大談《星際迷航》裏的傳送器或克隆人等來捍衞這一觀念。但是，以哲學的清晰性和忠實性來看，分裂的自我給未來下注這樣一幅圖景是不自洽的。確切地説，MWI自己完全消除了那些讓它看起來有意義的東西。
MWI宣傳自己是波函數坍縮謬誤的“解毒劑”，這也是一條“紅鯡魚”（譯者注：即轉移話題謬誤，就是把一個不相干的話題，按一定技巧穿插進來，把對方注意力和討論方向轉移到另一個論題上，從而贏得論戰）。因為現在整個多世界概念都是多餘的：仔細考慮一下對量子系統進行測量時會發生什麼，我們將會發現“坍縮”不再是一個有用的概念。相比之下，現在有更好的圖像，描述理解量子系統的各種內稟可能性是如何通過與環境相互作用而緩慢地朝向某一個結果傾斜，最終會導致退相干並給出確定結果。多世界支持者似乎熱衷於堅持這個過時的坍縮“稻草人”，但量子物理學的研究繼續向前邁進。這並不是説我們可以解釋所有問題，但現在看來，這個關於不斷擴散的宇宙的有趣、富有創造力且大膽的建議似乎不太可能有大幫助。是時候走另一條路了。
本文譯自Philip Bal. The many worlds fantasy
原文地址：https://iai.tv/articles/the-many-worlds-fantasy-auid-1793?_auid=2020