现在让我们跟着一些开拓者小心翼翼地去考察一条新辟的道路,和当年扬帆远航的哥伦布一样,他们也是意大利人。这些开拓者的名字刻在路口的纪念碑上:Ghirardi,Rimini和Weber,下面是落成日期:1986年7月。为了纪念这些先行者,我们顺理成章地把这条道路以他们的首字母命名,称为GRW大道。
这个思路的最初设想可以回溯到70年代的Philip Pearle:哥本哈根派的人物无疑是伟大和有洞见的,但他们始终没能给出“坍缩”这一物理过程的机制,而且对于“观测者”的主观依赖也太重了些,最后搞出一个无法收拾的“意识”不说,还有堕落为唯心论的嫌疑。是否能够略微修改薛定谔方程,使它可以对“坍缩”有一个让[...]
真正引起人们担忧的,还是那个当初因为薛定谔而落下的后遗症:从微观到宏观的转换。如果光子又是粒子又是波,那么猫为什么不是又死而又活着?如果电子同时又在这里又在那里,那么为什么桌子安稳地呆在它原来的地方,没有扩散到整间屋子中去?如果量子效应的基本属性是叠加,为什么日常世界中不存在这样的叠加,或者,我们为什么从未见过这种情况?
我们已经听取了足够多耐心而不厌其烦的解释:猫的确又死又活,只不过在我们观测的时候“坍缩”了;有两只猫,它们在一个宇宙中活着,在另一个宇宙中死去;猫从未又死又活,它的死活由看不见的隐变量决定;单个猫的死活是无意义的事件,我们只能描述无穷只猫组成的“全集”……诸如此类的答案。也许[...]
我们还是用大家都熟悉的老例子,双缝前的电子来说明问题。当电子通过双缝后,假设我们没有刻意地去观察它,那么按照量子论,它应该有一个确定而唯一的,按照时间和薛定谔方程发展的态矢量:
电子>= 穿过左缝>+ 穿过右缝>
按照标准哥本哈根解释,这意味着单个电子必须同时处在 左>和 右>两个态的叠加之中,电子没有一个确定的位置,它同时又在这里又在那里!按照MWI,这是一种两个世界的叠加。按照隐变量,所谓的叠加都是胡扯,量子论的这种数学形式是靠不住的,假如我们考虑了不可见的隐变量,我们就能确实地知道,电子究竟通过了左边还是右边。那么,系综解释对此又有何高见呢?
它所持的是一种外交式的圆滑态度:量子论的数学[...]
嗯,怎么又是爱因斯坦?我们还记忆犹新的是,隐变量不是也把他拉出来作为感召和口号吗?或许爱因斯坦的声望太隆,任何解释都希望从他那里取得权威性,不过无论如何,从这一点来说,系综和隐变量实际上是有着相同的文化背景的。但是它们之间不同的是,隐变量在作出“量子论只不过是统计解释”这样的论断后,仍然怀着满腔热情去寻找隐藏在它背后那个更为终极的理论,试图把我们所看不见的隐变量找出来以最终实现物理世界所梦想的最高目标:理解和预测自然。它那锐意进取的精神固然是可敬的,但正如我们已经看到的那样,在现实中遭到了严重的困难和阻挠,不得不为此放弃许多东西。
相比隐变量那勇敢的冲锋,系综解释选择固本培元,以退为进的战略。[...]
这已经是我们第三次在精疲力竭之下无功而返了。隐变量所给出的承诺固然美好,可是最终的兑现却是大打折扣的,这未免教人丧气。虽然还有玻姆在那里热切地召唤,但为了得到一个决定性的理论,我们付出的代价是不是太大了点?这仍然是很值得琢磨的事情,同时也使得我们不敢轻易地投下赌注,义无反顾地沿着这样的方向走下去。
如果量子论注定了不能是决定论的,那么我们除了推导出类似“坍缩”之类的概念以外,还可以做些什么假设呢?
有一种功利而实用主义的看法,是把量子论看作一种纯统计的理论,它无法对单个系统作出任何预测,它所推导出的一切结果,都是一个统计上的概念!也就是说,在量子论看来,我们的世界中不存在什么“单个”(indi[...]
定域的隐变量理论是不存在的!
换句话说,我们的世界不可能如同爱因斯坦所梦想的那样,既是定域的(没有超光速信号的传播),又是实在的(存在一个客观独立的世界,可以为隐变量所确定地描述)。定域实在性(local realism)从我们的宇宙中被实验排除了出去,现在我们必须作出艰难的选择:要么放弃定域性,要么放弃实在性。
如果我们放弃实在性,那就回到量子论的老路上来,承认在我们观测之前,两个粒子不存在于“客观实在”之内。它们不具有通常意义上的物理属性(如自旋),只有当观测了以后,这种属性才变得有意义。在EPR实验中,不到最后关头,我们的两个处于纠缠态粒子都必须被看成一个不可分割的整体,那时在现实中只有[...]
令人毛骨悚然和啼笑皆非的“量子自杀”实验在80年代末由Hans Moravec,Bruno Marchal等人提出,而又在1998年为宇宙学家Max Tegmark在那篇广为人知的宣传MWI的论文中所发展和重提。这实际上也是薛定谔猫的一个真人版。大家知道在猫实验里,如果原子衰变,猫就被毒死,反之则存活。对此,哥本哈根派的解释是:在我们没有观测它之前,猫是“又死又活”的,而观测后猫的波函数发生坍缩,猫要么死要么活。MWI则声称:每次实验必定同时产生一只活猫和一只死猫,只不过它们存在于两个平行的世界中。
两者有何实质不同呢?其关键就在于,哥本哈根派认为猫始终只有一只,它开始处在叠加态,坍缩后有50[...]
饭后闲话:证伪和证实
关于“科学”的界定,证实和证伪两派一直吵个不休,这个题目太大,我们没有兴趣参予,这里只是随便聊两句证实和证伪的问题。
怎样表述一个命题才算是科学的?按照证伪派,它必须有可能被证明是错误的。比如“所有的乌鸦都是黑的”,那么你只要找到一只不是黑色的乌鸦,就可以证明这个命题的错误,因此这个命题没有问题。相反,如果非要“证实”才接受这个论断的话,那可就困难了,而且实际上是不可能的!除非你把所有的乌鸦都抓来看过,但你又怎么能知道你已经抓尽了天下所有的乌鸦呢?
对于科学理论来说,“证实”几乎也是不可能的。比如我们说“宇宙的规律是F=ma”,这里说的是一种普遍性,而你如何去证实它呢?除[...]
我们的宇宙也是如此。“真实的,完全的”宇宙态矢量存在于一个非常高维的希尔伯特空间中,但这个高维的空间却由许许多多低维的“世界”所构成(正如我们的三维空间可以看成由许多二维平面构成一样),每个“世界”都只能感受到那个“真实”的矢量在其中的投影。因此在每个“世界”看来,宇宙都是不同的。但实际上,宇宙波函数是按照薛定谔方程演化的叠加态。
但还剩下一个问题:如果说每一种量子态代表一个“世界”,为什么我们感觉不到别的“世界”呢?而相当稀奇的是,未经观测的电子却似乎有特异功能,可以感觉来自“别的世界”的信息。比如不受观察的电子必定同时感受到了“左缝世界”和“右缝世界”的信息,不然如何产生干涉呢?这其实还是[...]
埃弗莱特的理论被人们理解成:当电子通过双缝的时候,宇宙神奇地“分裂”成了两个独立的宇宙,在一个里面电子通过左缝,另一个相反。这样一来,宇宙的历史就像一条岔路,每进行一次观测,它就分岔成若干小路,每条路对应于一个可能的结果。而每一条岔路又随着继续观察而进一步分裂,直至无穷。但每一条路都是实在的,只不过它们之间无法相互沟通而已。
按照埃弗莱特的看法,波函数从未坍缩,而只是世界和观测者本身进入了叠加状态。当电子穿过双缝后,整个世界,包括我们本身成为了两个独立的叠加,在每一个世界里,电子以一种可能出现。但不幸的是,埃弗莱特用了一个容易误导和引起歧义的词“分裂”(splitting),他打了一个比方,说宇宙像一个阿米巴变形虫,当电子通过双缝后,这个虫子自我裂变,繁殖成为两个几乎一模一样的变形虫。唯一的不同是,一个虫子记得电子从左而过,另一个虫子记得电子从右而过。
是的!电子即使在观测后仍然处在左/右的叠加,但是,我们的世界也只不过是叠加的一部分!当电子穿过双缝后,处于叠加态的不仅仅是电子,还包括我们整个的世界!也就是说,当电子经过双缝后,出现了两个叠加在一起的世界,在其中的一个世界里电子穿过了左边的狭缝,而在另一个里,电子则通过了右边!
波函数无需“坍缩”,去随机选择左还是右,事实上两种可能都发生了!只不过它表现为整个世界的叠加:生活在一个世界中的人们发现在他们那里电子通过了左边的狭缝,而在另一个世界中,人们观察到的电子则在右边!量子过程造成了“两个世界”!这就是量子论的“多世界解释”(Many Worlds Interpretation,简称MWI)
Interpretation
十七世纪中期有了两种可能的假设:微粒说和波动说
如果以上都还算正常,婚后的薛定谔就有点不拘礼法的狂放味道了。他和安妮的婚姻之路从来不曾安定和谐,两人终生也没有孩子。而在外沾花惹草的事,薛定谔恐怕没有少做,他对太太也不隐瞒这一点。安妮,反过来,也和薛定谔最好的朋友之一,赫尔曼?威尔(Hermann Weyl)保持着暧昧的关系(威尔自己的老婆却又迷上了另一个人,真是天昏地暗)。两人讨论过离婚,但安妮的天主教信仰和昂贵的手续费事实上阻止了这件事的发生。《薛定谔的女朋友》一剧中调笑说:“到底是波-粒子的二象性难一点呢,还是老婆-情人的二象性更难?”
薛定谔,按照某种流行的说法,属于那种“多情种子”。他邀请别人来做他的助手,其实却是看上了他的老婆。这[...]
Copyright @ 2012-2013 All Rights Reserved.