大话量子力学_科普之友

如果你认为量子物理是普适的真理，那你就应该相信有平行宇宙。
　　

　　[图片说明]：是否只有在科幻小说中我们才能生活在平行的世界里？如果一个原子可以同时出现在两个地方，那么你也能。
　　
　　几乎我所有的同事都知道它，但是却几乎没有人这正读过它。2007年为了庆祝其问世50周年，修·埃弗雷特（HughEverett）博士论文的手稿被刊登在了新书《多重世界解释下的量子力学》中。我依然记得当我在伯克利研究生院后面的小书店里找到这本书的时候是多么的兴奋，一直到现在我都认为这是我读过的写得的最才华横溢的书之一。
　　
　　当埃弗雷特在普林斯顿师从约翰·惠勒（JohnWheeler）开始他的研究生学习的时候，量子力学已经在解释原子方面取得了令人晕眩的成功，但是隐藏在其数学表达式背后的真正意义还备受争议。当我在普林斯顿做博士后的时候，我有幸和惠勒一起讨论过量子力学，但是我却未曾有机会见到埃弗雷特。
　　
　　量子力学认为宇宙的状态不能用经典的位置和速度来描述，而是要用被称为“波函数”的数学形式。按照薛定谔方程，波函数会以确定的方式随时间演化，这被数学家称为“唯一性”。尽管量子力学总被认为具有内在的随机性和不确定性，但是波函数随时间的演化却不具有这些特点。
　　
　　真正棘手的问题是如何把波函数与我们的观测相衔接。许多合理的波函数对应的却是违反常理的情况，例如在同一时间既死又活处于叠加态的“薛定谔的猫”。20世纪20年代，物理学家对此的解释是，当有人去打开箱子一窥这只猫的死活的时候，波函数就会随机“坍缩”但会留下一个确定的非死即活的经典结果。虽然这样可以解释观测，但是却让量子力学显得不完整，因为量子力学在数学上没有指明观测是由什么组成的以及波函数何时会坍缩。
　　
　　埃弗雷特的理论陈述起来很简单，但是它的结果却是复杂的，包括由此产生的“平行宇宙”。概括起来讲，埃弗雷特认为薛定谔方程在任何时候都成立。换句话说，宇宙的波函数永远不会坍缩。仅此而已，没有提及平行宇宙或者是分裂的多重世界，它们只是这个理论的推论而非前提。他卓越不凡的地方就在于，这样一个没有坍缩的量子理论仍然可以解释观测。但是他预言，描述宏观世界的波函数会渐渐演化成一个描述多重世界叠加态的波函数，而观测者主观经历这一分裂得到的仅仅是有限的随机性，其概率和使用波函数坍缩方法计算的结果一致。
　　
　　获得认同
　　
　　重要的科学发现一般会经历三个阶段：一开始它们会被完全忽略，然后它们会猛烈地反击，最后则会变得熟视无睹。埃弗雷特的理论也不例外，它花了10年的时间才开始受到重视。但是这对于让学术界觉醒的埃弗雷特来说已经太晚了。
　　
　　埃弗雷特无坍缩的理论目前还没有进入第三阶段，但是在20世纪70、80年代由于过于疯狂而被广泛忽视之后，它现在渐渐获得了认同。在1999年一次量子理论会议的非正式投票中，尽管有许多物理学家对此不置可否，但是这一理论的得票要远高于其他的想法。我相信向上的趋势是明显的。
　　
　　为什么会发生这样的变化呢？我认为有几个原因。来自宇宙学暴涨和弦理论对平行宇宙的预言增加了学术界对这一古怪想法的包容性。同时新的实验显示即使在较大的系统中也会出现量子叠加态。最后，退相干过程的发现解答了埃弗雷特理论中存在的关键问题。
　　
　　例如，如果这些平行宇宙存在，为什么我们没有察觉到呢？毕竟量子叠加效应不会仅仅局限在微观世界中。同时，由于你也是由原子组成的，如果原子在叠加态中能同时出现在两个地方，那么你也应该可以。
　　
　　突破来自1970年迪特·泽赫（DieterZeh）的一篇开创性论文，他证明薛定谔方程自身具有一种“审查”机制。这一效应被称为“退相干”，在此后的几十年中沃奇克·祖瑞克（WojciechZurek）、泽赫以及其他人对此进行了仔细的研究。只有在与外界不发生作用的情况下，量子叠加态才是可观测的。例如，一张量子扑克牌由于其不断地与空气分子、光子以及其他粒子发生碰撞，摧毁了其自身的叠加态进而变得无法观测，于

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