多世界 《量子》历史之旅(六) 有谁曾梦想过我们所生活的世界只是无数个世界中的一个,又有谁梦想过这些其他的世界就在我们的身边,它们与 我们共有同样的时间和空间。然而,量子理论却似乎预言了这样一种多世界丛林的存在。 20世纪保守最好的机密 1957年,普林斯顿大学的研究生艾弗雷特三世公布了一个将令所有人为之震惊的新理论,它就是量子力学的多世 界解释。后来的科学评论家称之为“20世纪保守最好的机密之一” 艾弗雷特三世( Hugh Everett IIr毕业于美国天主教大学2化学工程专业。1950年代,他在普林斯顿大学攻读 数学物理专业的博土研究生,导师是著名的物理学家惠勒。在研究生期间,艾弗雷特学习了冯诺依曼和玻姆的量子力学 课本,并经常与其他同学就量子力学问题进行讨论。在他看来,“下述情况似乎是不真实的:一方面,应当有一种‘魔 去式’的过程,在这个过程中发生某种剧烈变化(波函数坍缩):而另一方面,在所有时间里又假设系统服从完全自然 的连续定律。”3经过长时间的独立思索,艾弗雷特逐渐形成了自己的看法,他认为正统解释中的波函数坍缩是不必要的 观念,并重新给出了量子力学的相对态表述 艾弗雷特假设,所有孤立系统的演化都遵循薛定谔方程,波函数坍缩从不发生。但是,如果波函数不发生坍缩,为 什么我们对具有不确定性(即处于叠加态)的量子系统的测量只能得到一个确定的结果呢?艾弗雷特意识到,另一个可 能的出路在于:作为相互作用的结果,测量仪器与被测系统的状态之间发生关联,从而测量仪器的状态不再能够被独立 地定义,而只能相对于被测系统的状态来定义,艾弗雷特称之为相对态。进一步地,当观察者对测量仪器进行读数时, 他的状态也与测量仪器,进而与被测系统的状态关联起来。这三者形成了一个复合系统的整体,而根据薛定谔方程被测 系统的不确定性将传递给整个复合系统,即它也处于叠加态。 现在到了问题的最关键之点,艾弗雷特在此迈出了最大胆的一步。他认为,由于在复合系统的叠加态中,每一个成 员态包含一个确定的观察者态、一个具有确定读数的测量仪器态,以及一个确定的被测系统态,因此,作为叠加态中的 每一个成员态描述一个感知到一个确定结果的观察者,对于这个观察者被测系统的状态似乎已经被转换成对应的坍缩 态。于是,对于每个由叠加态中的一个成员态所描述的观察者来说,波函数坍缩似乎已经在一个主观水平上发生,而他 只感知到一个确定的结果。这的确是一个极其大胆而新颖的想法!多世界 《量子》历史之旅（六） 高山 有谁曾梦想过我们所生活的世界只是无数个世界中的一个，又有谁梦想过这些其他的世界就在我们的身边，它们与 我们共有同样的时间和空间。然而，量子理论却似乎预言了这样一种多世界丛林的存在。 20 世纪保守最好的机密 1957 年，普林斯顿大学的研究生艾弗雷特三世公布了一个将令所有人为之震惊的新理论，它就是量子力学的多世 界解释。后来的科学评论家称之为“20 世纪保守最好的机密之一”1。 艾弗雷特三世（Hugh Everett III）毕业于美国天主教大学 2化学工程专业。1950 年代，他在普林斯顿大学攻读 数学物理专业的博士研究生，导师是著名的物理学家惠勒。在研究生期间，艾弗雷特学习了冯诺依曼和玻姆的量子力学 课本，并经常与其他同学就量子力学问题进行讨论。在他看来，“下述情况似乎是不真实的：一方面，应当有一种‘魔 法式’的过程，在这个过程中发生某种剧烈变化（波函数坍缩）；而另一方面，在所有时间里又假设系统服从完全自然 的连续定律。”3 经过长时间的独立思索，艾弗雷特逐渐形成了自己的看法，他认为正统解释中的波函数坍缩是不必要的 观念，并重新给出了量子力学的相对态表述。 艾弗雷特假设，所有孤立系统的演化都遵循薛定谔方程，波函数坍缩从不发生。但是，如果波函数不发生坍缩，为 什么我们对具有不确定性（即处于叠加态）的量子系统的测量只能得到一个确定的结果呢？艾弗雷特意识到，另一个可 能的出路在于：作为相互作用的结果，测量仪器与被测系统的状态之间发生关联，从而测量仪器的状态不再能够被独立 地定义，而只能相对于被测系统的状态来定义，艾弗雷特称之为相对态。进一步地，当观察者对测量仪器进行读数时， 他的状态也与测量仪器，进而与被测系统的状态关联起来。这三者形成了一个复合系统的整体，而根据薛定谔方程被测 系统的不确定性将传递给整个复合系统，即它也处于叠加态。 现在到了问题的最关键之点，艾弗雷特在此迈出了最大胆的一步。他认为，由于在复合系统的叠加态中，每一个成 员态包含一个确定的观察者态、一个具有确定读数的测量仪器态，以及一个确定的被测系统态，因此，作为叠加态中的 每一个成员态描述一个感知到一个确定结果的观察者，对于这个观察者被测系统的状态似乎已经被转换成对应的坍缩 态。于是，对于每个由叠加态中的一个成员态所描述的观察者来说，波函数坍缩似乎已经在一个主观水平上发生，而他 只感知到一个确定的结果。这的确是一个极其大胆而新颖的想法！