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量子力学“多世界诠释”的艰难诞生之路

来源:环球科学

1955年秋天,喝了几杯雪莉酒后,丹麦物理学家Aage Petersen和两个普林斯顿的研究生Charles MisnerHugh Everett就量子物理的核心问题展开了辩论。Petersen在维护自己导师,哥本哈根诠释提出者尼尔斯·玻尔的想法,哥本哈根诠释是理解量子力学的标准方式,这一诠释得名于玻尔著名的研究院的所在地,这一研究院声称极小尺度的量子世界和我们日常的生活经历完全不同。

Petersen说,量子物理只适用于尺度极小的领域,其中亚原子粒子会有奇异的性质。量子物理永远不会用于描述人,椅子,以及其他包含着几亿亿亿个这样的粒子的世界,这些东西只能用艾萨克·牛顿的经典物理来加以描述。并且Petersen还声称这一性质是由量子物理本身决定的:量子物理的数学表达在牵涉的粒子数目变多之后就会回到牛顿物理的数学。

几杯酒下肚,Everett胆子也大了起来,他思维缜密地攻击了Petersen提出的传统思路。Everett指出,量子物理并不一定在粒子数变多的时候回归到经典物理。根据量子物理,日常生活中的物体也可以同时处于两个完全分离的地方,这一观点被称为量子叠加,和薛定谔的猫有很大的相似性。Everett还说,和经典物理相适应来解决问题是不对的,因为量子物理应该是一个更加基本的理论,应该是量子物理支持着经典物理。

然后,在冷冷的日光中,Everett重新考虑了自己的想法,决定在这一看法上赌一把。他将那一晚的想法进行扩展,将自己对量子领域权威看法的攻击写成了博士论文。他在给Petersen的信中写道:是时候将(量子物理)看作基本理论而完全不倚仗经典理论了。

为了解决叠加问题,Everett提出了一些十分激进的想法。这些想法似乎在他业余时间读的廉价科幻小说中更为合适:他说量子物理实际上依赖于几乎无限数量的,基本相同的平行宇宙,只要有一个量子实验进行,这些平行宇宙就彼此分离,这一过程持续发生。Everett这一奇异的想法潜伏在量子物理的数学中,得名多世界解释。

Wheeler一开始对Everett的奇异想法很有兴趣,因为这些想法预示着量子理论可以应用于整个宇宙,这是Wheeler做梦都想干的事情。但是Wheeler是一个政治动物。他觉得不遵从传统的哥本哈根解释会使自己的导师玻尔很生气,对此他十分小心。而他解决这个问题的方式也很直接:他去了哥本哈根,尝试得到玻尔对Everett工作的认可,使得其作为量子理论性质官方解释,即哥本哈根解释的一个延伸。

但这件事进行得并不顺利。Wheeler说让玻尔对Everett的看法改变需要花很长的时间,很多的写信和回信,要和一个像玻尔那样执拗的人进行很多的争论。“Wheeler胆战心惊地将Everett请回哥本哈根来与最强的战士(玻尔)作战

Everett对争论和信件交流并没有多少兴趣。他对自己的想法很有自信,对学术生涯智慧的魅力也没有兴趣。他的兴趣在于钱和钱能买来的东西,比如美酒佳肴,物质享受,香艳美人。他想要过一种广告狂人的生活,而不想呆在教授的办公室里。在Wheeler来信之前,Everett已经安排了一个正好可以满足这一切的工作:他在五角大楼找了一份研究工作,在冷战高潮中权衡假想中的核导弹交换时的结果。

Wheeler从欧洲回来之后,逼着Everett对他的论文进行大型修改,将提到分离世界的说法几乎全部删去。这件事完成之后,Everett离开了普林斯顿,也永远离开了学术界。他后来为五角大楼工作时考虑可能发生的恐怖的核大战的世界,并且撰写了关于放射性核废料最早和最有影响力的报告。

但是Everett最终还是去了哥本哈根。在1959年三月,他去欧洲办事,也去了丹麦并向玻尔表述了他的想法。在Evereet后来的描述中,这场会议从一开始就没有希望Evereet和玻尔都没有被说服。当时也在哥本哈根的Misner说:玻尔对于量子力学的看法受到了全世界几千名每天都运用量子物理的物理学家的广泛接受,要让一个孩子用一个小时说服他完全改变自己的观点是不现实的。

Everett的工作几乎被完全遗忘了。直到七十年代才重新获得重视,但那时也是慢慢才变得流行。Everett确实为自己的工作成果进行过最后一次学术辩论;1977Wheeler和他的同事Bryce Dewitt邀请Everett到德克萨斯大学对他的工作进行演讲。当时在场的一个年轻的物理学家David Deutsch后来变成了多世界解释的坚定支持者。Deutsch回忆说Everett“容易紧张,极为聪明,他对多世界理论热情很高,他的反击很强健也很精微。

在随后几十年,DeWittDeutsch和其他多世界理论的支持者让多世界解释变得越来越流行。但是Everett最终没能够看到多世界解释到达今天的地位:成为哥本哈根诠释的最有力的竞争对手。他在1982年死于严重的心脏病,享年51岁。根据他的意愿,他的家人将他火化,并将骨灰和垃圾撒在一起。但是Everett喜好争辩,玩世不恭的精神仍在他的理论中存在,这种精神在60多年前的一场酒后辩论开始,直到现在仍然激励着物理学家间的争论。

 

关于作者:

Adam Becker:《什么是真实的?量子物理未竟的搜寻》的作者。

 

(翻译:刘博尧 审校:么宇辉)

 

本文来自:环球科学
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