揭秘多世界理論

06-23

2 0 1 1年7月，在奧地利寧靜的特勞恩湖畔召開的一次會議中，主辦方進行了一次問卷調查，要求參會者就會議的主題進行表決。你或許覺得這個問題應該早在會議之前就搞定，但是因為會議的大主題是量子理論，所以多了一定程度的不確定性。會議名稱為「量子物理與現實的本質」。參與問卷表決的是3 3名與會的物理學家、數學家和哲學家。此次表決引發了一系列關於二者之間關係的懸而未決的問題，其中之一是：你最喜歡的量子力學解釋是什麼？

「最喜歡」這個詞意味深長。科學不是只取決於實驗和觀察，而與個人喜好無關的嗎？但是，長久以來，量子物理實驗就其本身的意義頑固地沉默著，我們所能做的，就是不斷發揮預感和直覺的力量。當然，還要珍惜每個奇思妙想。問卷只提供了1 1個選項，包括「其他」和「無」在內。

最受歡迎（占問卷的42%）的理論是尼爾斯· 玻爾、維爾納· 海森堡與他們的同事在量子理論早期提出的哥本哈根解釋。其他的選項你可能都沒聽說過，比如量子貝葉斯模型理論、坍縮理論等。或許，你可能連哥本哈根解釋也沒有聽說過。排名第三（佔1 8%）的是多世界理論解釋（MWI），我希望你對此能有所耳聞，因為多世界理論是目前最有魅力和最受歡迎的一種理論。該理論認為，每個人都有多重自我，生活在不同的宇宙層面，很可能過著一種我們曾夢想但無法實現

（或不敢實現）的生活。誰能招架住這種想法的誘惑呢？

然而，我們需要抗拒這種誘惑，因為多世界很可能並不真實存在、沒有人能夠對此進行證實，甚至這個觀點可能根本不是真正的科學。這些指責都是有理有據的，但我們抗拒的理由是，該理論無論在哲學上還是邏輯上都是不連貫的。沒有比沃爾夫岡· 泡利的話更有力的反駁了：它甚至連錯誤都配不上。

但是，還是有如此多的擁躉驕傲地追隨著它。這是為什麼呢？為了理解這一點，我們首先需要明白，為什麼在量子力學誕生1 0 0多年後的今天，科學家還聚集在一起討論它的意義。

儘管基礎不牢，量子力學還是取得了巨大成功。事實上，你很難找到一個比它更成功的理論了。它能以驚人的精確度預言各種現象，包括穿過不同透明度的玻璃看到的草地和天空的顏色、酶的工作原理以及太陽是如何發光的。

這是因為它在很大程度上是一種技術：用一系列程序計算在組成物質的亞原子粒子的位置和能量不同的條件下，物質具有什麼樣的屬性。計算異常複雜。對任何比氫原子複雜的事物，我們都需要用到簡化和取近似值這兩種方法。這種做法非常可靠。因此，今天絕大多數運用量子理論的物理學家、化學家和工程師不用再舟車勞頓地去參加會議討論現實的本質了。就像物理學家戴維·默明所說，他們可以很好地開展工作，需要做的就是「閉上嘴巴，開始計算」。

但是，方程式似乎在強調一些奇怪的東西。這些方程式指出，極其微小的實體，比如原子和亞原子粒子，可以同時出現在不同的位置。一個電子似乎可以同時穿過兩個孔，並像波一樣干擾自己的運動。而且，我們也無法悉知一個粒子的方方面面：海森堡的不確定性原理不允許出現這樣完美的知識。而且，兩個粒子可以穿越廣袤無垠的宇宙相互影響，似乎（實際上並非如此）有違愛因斯坦的狹義相對論。

在我們進行觀察之前，一切都只是可能。而當我們打開盒子後，所有的可能性都讓位於單一的真實。

對此，大多數量子科學家只能接受，而不再繼續爭論。真正使意見產生分歧的是這樣一個事實，即這一理論似乎與我們可以「從外部研究」的客觀真實無關。這一觀點從一開始就佔據了科學的中心位置，然而量子力學卻堅持認為，我們沒法在不影響測量物的前提下測量某個物體。這並不是靈敏度的問題，還要比這基礎得多，稍後我會對此進行解釋。

最廣為應用的量子數學方程是由薛定諤在2 0世紀2 0年代提出的。該方程引入了一個抽象的概念，即波函數。波函數能表現量子對象——比如粒子——的所有信息。雖然無法表現對象的屬性，但波函數能統計出該對象所有可能的屬性以及它們的相對概率。這些可能中，哪個是真實的？這裡的電子還是那裡的電子？我們可以通過觀察得出答案。那麼問題來了：量子力學似乎正在告訴我們，正是因為觀察——以及測量——才迫使宇宙隨機做出決定。在我們觀察之前，存在

的只是隨機性。當我們打開盒子（此處的「盒子」指薛定諤著名的思想實驗中裝有一隻貓、一個裝有氫化氰氣體的玻璃燒瓶和一個放射性原子核的封閉盒子——譯者注），這些隨機性就讓位於單一的、確定的真實：即一種被稱作波函數坍縮的現象。事實上，波函數坍縮並不是理論的一部分，它只能手動介入，這也是讓人最不滿意的一點。

於是，我們開始面對所謂的測量問題，即方程式模糊的隨機性與我們可以實際測量而得出的事實之間究竟發生了什麼。

以下就是特勞恩湖會議上問卷調查的選項單。佔主導地位的哥本哈根解釋只能無奈地接受波函數坍縮作為附加理論，雖然無法理解，但目前似乎也只有湊合著用了。另一種觀點認為，從可能到真實的轉變並不是耍了個數學花招，事實上這是一個具體的物理過程，有點類似原子的放射性衰變。這就是客觀坍縮的解釋，羅傑·彭羅斯是該理論的提倡者之一，他懷疑該理論可能還會涉及引力。

接下來就是多世界選項了。儘管支持者中有斯蒂芬·霍金和諾貝爾獎獲得者弗蘭克·維爾切克等重量級人物，但奇怪的是，它的支持者都不願承認自己最喜歡的理論一定是最好的。對他們來說，多世界理論是唯一嚴肅對待量子理論的方法，就像維爾切克所說，「這點應該是毫無爭議的」（實際並非如此）。

這個想法最早出現在美國物理學家休·埃弗雷特的博士論文中。他認為，沒必要糾結于波函數坍縮的複雜本質。如果坍縮只是個假象，波函數聲稱的所有可能性都具有物理真實性呢？或許，進行測量時我們看到的只是這種多真實中的一個，但其他真實也是單獨存在的。

存在於哪裡？這時候就用到多世界理論了。埃弗雷特本人從未用過這個名稱，但在2 0世紀7 0年代，物理學家布萊斯·德威特開始公開擁護埃弗雷特的提議，聲稱實驗的另一個成果必須存在於一個平行的現實——另一個世界。當你測量一個電子的運動路徑時，在這個世界它似乎往東，但在另一個世界它可能往西。

這就要求電子穿過一個平行的、完全相同的實驗設備，而且，還需要一個「平行的你」來測量它。這個過程一旦開始就永無止境：你需要在那個電子周圍建造整個平行宇宙，這個虛擬宇宙與真實宇宙一模一樣，只是電子的運動方向不同。這個方法繞開了波函數坍縮的問題，付出的代價卻是建造一個新的宇宙。

當你了解什麼是測量的時候，你就知道這個畫面有多奢侈了。有觀點認為，一個量子實體與另一個量子實體之間的任何相互作用——比如一個光子碰到原子反跳回來——都能產生額外的效果，因此需要平行宇宙的存在。正如德威特所說，「量子轉換現象存在於每顆恆星，每個星系，以及宇宙的各個角落，這種轉換將地球上的世界分裂為無數個相同的版本」。記住一點，之所以存在如此多的版本，是因為我們還無法了解波函數坍縮。這只是繞開煩瑣的數學來解決狹縫問題

的一種手段。「如果你喜歡簡單而純粹的數學理論，那麼你有可能跟我一樣對多世界理論感到困惑。」該理論最傑出的推廣者——麻省理工學院的馬克斯·特各馬克如是說。

如此一來，人們便比較容易接受「要達到數學式的簡單並不輕鬆」這個事實了。埃弗雷特的推論是，整個宇宙實際上只有一種波函數，「簡單的數學」只是用符號來表示這一普遍波函數而已。這個符號就是Ψ，據稱是對現在及過往所有已知和未知事物的完整描述。奇怪的是，多世界理論避開了到底是「測量」或「實驗」中的哪個步驟將Ψ 分裂為多世界的問題。

換句話說，你只需擴展思路，超越頭腦中關於「我」的狹隘理解。

平行世界到底是什麼樣子的？特各馬克認為，在多世界觀點中的多元宇宙論下，「所有可能的狀態都存在於同一瞬間」。這句話有點讓人摸不著頭腦，因為我們可以這樣理解，即所有狀態都可由某些初始狀態進化而來，或者也可以這樣理解，即所有粒子可以任意想像的方式排列。但是，無論哪種理解，都有說不通的地方。看吧，多世界理論對我們來說確實有些極端影響。

特各馬克認為，「做出決定的行為」的「決定」是與實驗或測量相互影響的決定，「導致個人分裂為多個版本」。多世界理論的另一位傑出支持者布萊恩·格林不乏幽默地說：「每一個版本都是你。」換句話說，你只需擴展思路，超越頭腦中關於「我」的狹隘理解。每個個體都具有自我意識，因此每個他或她都認為自己是「你」，但真正的「你」是他們的總和。這意味著格林和特各馬克根本就不支持多世界理論，只是某個版本的「他」（或者多個版本的「他」）支持多世界理論。「聽我說，絕不是他們！」特各馬克或許會這樣回答。但這不正是他們所說的嗎？

俄羅斯籍以色列裔物理學家列夫· 威德曼是多世界支持者中為數不多的對這一問題進行了更為仔細的思考的學者。「『我』的定義是指在特定時間下對身體狀態和思想狀態的完整（經典）描述。」威德曼解釋道，「此刻，有多個『列夫』存在於不同的世界，但不能說現在還有另外一個『我』存在。」這或許可以拯救他在面對其他「列夫」所做的一切邪惡（也許有些並不邪惡）行徑時的道德自律。

但是，我覺得，從科學和邏輯上說，也不能認為列夫的定義中包含一個「我」，因為我們必須承認每個「我」生成副本的速度遠快于思考的速度。從這一點來說，永遠不可能存在對列夫身體和思想狀態的「完整描述」。現在，花費時間用手敲字的是「我」而不是波函數的坍縮。

困難還遠不止於此。多世界理論的擁躉對這一理論的迷戀程度著實讓人吃驚，似乎所有世界中都包含他們的影印版本，在過著全然不同的生活。然而，這個圖像並不是多世界理論的真實表達，只是從中衍生出來的科幻小說的場景。正如特各馬克解釋的，多世界確實是關於某一具體瞬間的所有可能狀態的理論，這些狀態中肯定有一模一樣的「特各馬克們」正在從事或者目睹不同的事件。

大多數多世界理論的推廣者都認為他們給我們帶來了一次頭腦風暴，而事實上，我們並未對此感到詫異。他們對人格影響的鑽研恰到好處，止步於幾個世紀以來對身份意義的古老探索，使我們滿足於這種探索帶來的誘人的神秘感。如果對此足夠熟悉而且很容易被說服的話，結果真讓人有點略帶邪惡的興奮。你也知道，因為某種原因，特各馬克並沒有費心地將「類特各馬克」和一兩個基因突變的「特各馬克副本」說成是完全不同的物種，更不用說那些個「差別有點大的特

各馬克」了。他為什麼不那麼做呢？因為人們無法用本體論利索地對他們進行陳述，也不能像兄弟一般擁抱他們。他們將故事白白糟蹋了，他們這群無賴！他們將此變成了一個毫無意義的故事，甚至無法被講述，而他們也因此成了閣樓上的瘋女人。從表面意義來說，「多重自我」的想法並不是多世界理論提出的，相反，它解構了自我的整個概念——否定了關於「我」的任何實際意義。

在博爾赫斯圖書館，人們似乎並未找到「是你或不是你」、「你做了什麼或沒做什麼」之類的事實。

難道關於自我的美好概念其實是大腦為了讓我們發揮作用而炮製的幻覺，與我們一直以來從神經學家和心理學家那裡聽到的截然不同？我認為是的。基於感官現象測量之上的認知結構雖然實用，卻也脆弱不堪，它與聲稱解決了所有人格和自主問題以使數學變得更為簡潔的論調之間存在巨大差距。在博爾赫斯圖書館，人們似乎並未找到「是你或不是你」、「你做了什麼或沒做什麼」之類的事實。

較之以上問題，對多世界理論進行實驗證實（如果該理論想被作為嚴肅科學對待的話，實驗證實環節就必不可少）的困難就小多了。多世界理論的另一位支持者，加州理工大學的宇宙學家肖恩·卡羅爾認為，歪曲多世界理論是毫無價值的，只需進行一次違反薛定諤方程或疊加原理的實驗就可以。這是多世界理論僅有的兩個假設。但是，量子理論的其他解釋也做過這類假設，因此，這樣一個實驗就把其他理論統統排除在外，也沒有對多世界理論的特殊地位說明什麼。不，我們非常想看到被這個特殊詮釋預測的那些其他世界存在的證據。但這正是假設所禁止的，明白了沒有？真是討厭。

難道這僅僅是某種特殊精神狀態的習慣？分析哲學中的模態實在論與多世界理論具有異曲同工之妙。自從弗里德·萊布尼茨提出正義與邪惡的問題可以通過假設我們的世界就是所有可能世界中最好的世界而得到解決，「可能世界」的概念為哲學家提供了一個框架。在這個框架里，哲學家可以討論真理的必要性和偶然性。

美國哲學家大衛· 劉易斯將這一思路發揮到了極致。他假設所有的可能世界中只有一個具有真實的物理存在，儘管從因果上和時空上來說與我們的世界相隔離。這些世界會對「這個與那個事物是否不同」之類的句子給出明確的答案，比如，尼爾· 阿姆斯特朗有沒有可能是一名公交車司機而不是宇航員？面對可能世界，這些句子都被賦予了意義——類似於我們直觀感覺上的對錯還有替代的可能性。但是，在這個世界，我們看到的只有事實，而不是替代可能性。那麼，到底是什麼決定了「可能是什麼」這句話的正確性？這聽起來很奇怪，卻是哲學界一直以來的棘手問題。但是，根據李維斯的理論框架，如果某事物至少存在

於一個世界，那麼它就是可能的;如果它在任何世界都不存在，那它就是不可能的。真是一個簡潔的解決方案。這個方案簡潔在它認為其他世界都是真實的。

在這個世界裡，神祇、魔術和奇蹟並存，也有可能因偶然的統計規律分析發生違背科學的事情。

許多科學家都認為這是一個騙局，並且與量子理論的多世界有著顯而易見的共同之處：理論的提出並非源於實驗動機，而是為了使事情簡化（劉易斯的模態實在論至少還有一個優點，即對個體身份的相關問題進行了詳細討論）。在趨同的智力進化的情況下，特各馬克的所謂終極系綜理論（Ultimate Ensemble theory，儘管多世界鏡像沒有明確預見量子原則，但仍涵蓋這些原則）認為所有的數學實體原則上都可以被計算（即有可能被「編程」），是真實的。無論如何，兩種觀念都體現出對宇宙中的隨意性的不滿意，而且它們都發端於科學家的衝動，因此也產生了關於平行世界的虛構、幻想和對反事實歷史理論的沉迷。

這就是我將這些想法視作幻想的原因。這並不是嘲笑或者鄙視它們，而是因為認識到在它們的科學公式或符號邏輯的表徵下存在「只是假設」等想像的因素。但是，如果其走向極端，就會演變成一種虛無主義：如果你相信一切，那麼就是什麼都不信。多世界理論允許，或是堅持，既存在熟悉的「量子兄弟」，也存在上帝、神祇和魔術共存的世界，同時也會有不可避免的（極少）違反物理學慣常統計規律的反科學概率故障。

當然，世界肯定沒有那麼怪異。不少人對此類言論不置一詞也是因為它能很容易被打發掉。但是多世界理論並不暗示事情比我們想像的要怪異得多。它否決了我們以任何方式陳述任何事情，因為雖然它也需要說（或做）其他的事情，但是同時放棄了說話的主體。這並不需要多廣闊的眼界，只是一種對本體不一致性的盲目接受。

因此，多世界理論的支持者拒絕對該理論提出的本體論和自我剖析問題進行深入研究是可悲的。但在一個前物理學家看來，這恰是多數物理學家的盲點：拒絕承認（或許可能是關心）是基本的、抽象的理論層面之上的問題所帶來的，應該不僅僅是些許不便。

如果多世界理論能夠被一些可信的科學所證實，我們就不得不面對它，並且需要認真測量光子的兩種量子態。但事實並非如此，它是以有簡化公理傾向的半生不熟的哲學論證為基礎的。多世界理論的支持者必須認真考慮其哲學含義，因為我們不清楚他們的同事或者其他人如何反駁科學哲學家羅伯特· 克里斯提出的這一觀點：多世界理論是科學史上最令人難以置信和不切實際的想法。它畢竟是一個主張所有事情可以在想像中發生的理論。如果假裝其只是一種概念上的挑戰，就會使人聯想到1 9 9 8年的電影《推拉門》中的情節——其倡導的強大思想的一個令人費解的空白。也許多世界理論的支持者應該避免告訴我們哲學已死。