前情回顧

玻爾以互補(bǔ)原理終結(jié)了持續(xù)300多年的波粒戰(zhàn)爭。電子具有波粒二象性，至于它呈現(xiàn)出粒子性還是波動性，完全看我們怎么去觀測它。拋開觀測手段不談，就沒有什么所謂的本質(zhì)可言。

波恩的概率詮釋，海森堡的不確定性原理以及玻爾的互補(bǔ)原理完全摧毀了經(jīng)典物理世界的因果律與客觀實(shí)在論。

以玻爾為精神領(lǐng)袖的哥本哈根解釋認(rèn)為，一個量子系統(tǒng)在沒有被觀測之前，處于疊加態(tài)，一旦觀測，它就從疊加態(tài)坍縮成我們所看到的某一純態(tài)。

曾經(jīng)是量子論創(chuàng)立者之一的愛因斯坦，為了捍衛(wèi)經(jīng)典物理的世界觀，站到了量子論的對立面，頻頻出手對其發(fā)難。二度與玻爾在索爾維會議華山論劍，雖落下風(fēng)，但他至死都始終堅(jiān)信：“上帝絕不擲骰子”。

玻爾沒能說服愛因斯坦，也是他晚年最為遺憾的事情，去世前一天留下的最后手稿，是愛因斯坦為了反駁他而設(shè)計的光箱實(shí)驗(yàn)的草圖，兩位科學(xué)巨人為了各自的信念奮斗了終生。

薛定諤的貓

這不僅僅只是他們兩個人的爭斗，而是傳統(tǒng)物理與新物理兩種世界觀的爭斗。

不僅愛因斯坦是量子論的懷疑者，還有之前我們說過的很多量子論的創(chuàng)立者，像是普朗克、德布羅意和薛定諤。所以即便沒有了愛因斯坦，量子論也并沒有輕松多少。

很快，薛定諤請出了那只令哥本哈根解釋非常尷尬的貓咪。所謂薛定諤的貓，其實(shí)是他用來攻擊量子論的一個思想實(shí)驗(yàn)。

你們哥本哈根學(xué)派不是說，在沒有測量之前，一個粒子的狀態(tài)是不確定的嗎？處于各種可能性的疊加態(tài)，對吧？

那好，現(xiàn)在有一個放射性原子，它有50%的可能衰變，50%的可能不衰變。只要沒有觀察，它就處于衰變與不衰變的疊加態(tài)。現(xiàn)在通過一個裝置，把原子與一個毒氣瓶鏈接。旁邊還有一只可憐的貓。如果衰變了，毒氣瓶就會被打碎，貓就毒死。如果不衰變，毒氣瓶完好，貓咪安然無恙。

再把這一切都放在一個不透明的箱子里，因?yàn)榭床灰?，所以原子處在不確定的疊加態(tài)，毒氣瓶有沒有打碎也就是不確定的。那請問現(xiàn)在貓是什么狀態(tài)？

按照哥本哈根的邏輯，貓就處在一種荒謬的生與死的疊加態(tài)。半死半活的貓我們到是見得多，可是這樣一只又死又活處于疊加態(tài)的貓，有誰見過嗎？這在生物學(xué)上明顯就是奇談怪論。

薛定諤的這個思想實(shí)驗(yàn)非常巧妙，他把我們看不到的微觀世界的量子效應(yīng)，放大到我們的日常世界，直接與我們心愛的寵物貓咪的死活相關(guān)。

因?yàn)楹暧^世界是由微觀世界組成，宏觀世界的貓不會處在生死疊加的狀態(tài)，那微觀世界的粒子又怎會如此呢？

不僅如此，哥本哈根解釋說一旦觀測，疊加態(tài)就坍縮成我們觀測到的某一純態(tài)。

“一旦觀測”，這個觀測怎么定義呢？人觀測可以，那薛定諤的貓?jiān)趺淳筒荒苁怯^測者呢？動物可以的話，介于生物與非生物之間的細(xì)菌又可以嗎？那人工智能去觀測，又會怎么樣呢？

面對這樣的質(zhì)疑，有位獲得過諾貝爾物理學(xué)獎的大物理學(xué)家聲稱，只有人觀測才會造成系統(tǒng)的坍縮，為什么？因?yàn)槿耸怯幸庾R的智能生物……

天吶！自然科學(xué)，這個驕傲的宇宙萬物的立法者，現(xiàn)在竟然要把人類的意識，放到宇宙的中心。要當(dāng)年哥白尼好不容易將人從宇宙中心驅(qū)逐了出去，現(xiàn)在怎么能讓它改頭換面的回來呢？

系統(tǒng)波函數(shù)的坍縮，竟然需要引入人類的意識才能得到合理解釋，難道宇宙從粒子開始演化了138億年，它一直都在等待一個高智能生物的意識出現(xiàn)，然后才坍縮成現(xiàn)在的樣子嗎？我們未免把自己看得太高了吧。

還有人說宏觀世界與微觀世界是不一樣的，不能一概而論。那請問二者的分界線在哪里呢？

我們知道十萬粒沙子放在一起能稱之為一個沙堆，只有一粒沙子算是沙堆嗎？不算，兩粒呢？三粒呢？都不算。那請問多少粒沙子落下的時候才算是一個沙堆呢？

我們根本沒法清晰的畫出微觀與宏觀的分界線。

說到這里，我們似乎走上了一條歧途，與自我意識糾纏不清，這早已遠(yuǎn)離了玻爾與哥本哈根學(xué)派的本意了。

還有，如果嚴(yán)格按照薛定諤波動方程的演化方向，一個系統(tǒng)并不會從疊加態(tài)演化成純態(tài)，也就是說坍縮并不符合量子論的基本原理。但是面對電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，必須要把坍縮附著上去才能給出合理的解釋。況且，也沒有任何人親眼看到所謂的疊加態(tài)長什么樣子。

為了把人類意識這個令人厭煩的東西從物理學(xué)中一腳給踢開，同時還能繞開坍縮更好的解釋疊加態(tài)的問題。物理學(xué)家們拋出了一個更加驚世駭俗的理論，也是我們常常在各類科幻電影中看到的：平行宇宙。

平行宇宙

多宇宙理論的創(chuàng)始人，埃弗萊特在1930年的雙11這一天，出生在美國華盛頓。

從小他就對愛因斯坦懷有深深的崇敬。在他只有12歲的時候，就給在普林斯頓的愛因斯坦寫信，詢問了一些關(guān)于宇宙的問題，神奇的是，愛因斯坦竟然還真的給這個小男孩回信了。后來他也進(jìn)入普林斯頓攻讀物理。

1954年，就在量子論方興未艾，哥本哈根解釋如日中天的時候，埃弗萊特發(fā)表了自己的多宇宙理論。

面對經(jīng)典的雙縫困境，電子是走左邊還是右邊呢？按照哥本哈根解釋，不觀測的時候，疊加態(tài)兩邊都走。觀測了，波函數(shù)坍縮，隨機(jī)選擇通過左邊或者是右邊。

埃弗萊特說波函數(shù)并沒有坍縮，電子左右的選擇都發(fā)生了，只不過這一過程造成了兩個世界，在一個世界中我們看到電子往左邊走，另一個世界則往右邊。

這樣一來薛定諤的貓也就不成問題了。分裂出了兩個世界，在一個世界中，貓一只活著，不存在生死疊加的問題。而在另一個世界呢？貓?jiān)诜至涯且豢叹退懒?，不用等到我們開箱的時候才坍縮。

宇宙自誕生以來，已經(jīng)進(jìn)行過無數(shù)次這樣的分裂，它的數(shù)量呈幾何級數(shù)增長，很快就趨于無窮。我們現(xiàn)在所在的這個世界，不過無數(shù)個宇宙中的其中一個。在某個宇宙中，恐龍還是地球的霸主，人類根本就沒有登場的機(jī)會。在某個宇宙中你是個富甲一方，位高權(quán)重的人。而在另一個宇宙里面你又是一貧如洗，顛沛流離。

歷史與將來一切可能發(fā)生的事情全部都發(fā)生了，只不過他們都在另外的宇宙，與我們相互平行，不發(fā)生任何的接觸，這也就是所謂的平行宇宙理論。

這個腦洞開得實(shí)在是太大了，為了一個小小的電子往左走還是往右走的問題，竟然要興師動眾的牽涉到整個宇宙分裂？用犧牲宇宙的代價來迎合電子的隨機(jī)選擇，未免也太不經(jīng)濟(jì)廉價了吧？而且還產(chǎn)生了這么多無法觀察的“平行宇宙”的廢料。

或許，讓我接受哥本哈根解釋那條路上的“自我意識”，都要比相信“宇宙分裂”來得容易一些。

以上這些聽起來非常神奇的，關(guān)于平行宇宙奇幻的表述，嚴(yán)格來說都是對埃弗萊特多宇宙理論的一種誤解。他自己也曾說，分裂這個詞不太好，但他也沒找到更好的。其實(shí)宇宙并未在物理上真的分裂，而只是一個比喻而已。

真實(shí)的宇宙只有一個，它對我們來說是一個非常高緯度的存在，它確實(shí)按照薛定諤方程不斷向前演化，不會發(fā)生坍縮。而我們所能觀察到的一切，都是這個真實(shí)宇宙在我們這個低緯度世界的投影。

怎么理解？

比如說生活在二維平面上的人永遠(yuǎn)都無法理解三維世界的東西。三維世界的球體，投影到二維世界只是一個圓。三維世界的正方體，在二維世界僅僅只是一個正方形。二維世界所能感受到的，只是三維世界中的某一部分。

同學(xué)們想象一下，我手上拿著一個圓錐體。它投射到地板上是一個圓，投射在墻上的是一個三角形。生活在地板這個二維平面上的人眼中看到的這個圓錐體永遠(yuǎn)只會是一個圓。而生活在墻面這個二維平面上的人眼中所看到的永遠(yuǎn)就是一個三角形。他們都無法理解三位世界中的圓錐體到底是什么？

這就很像是盲人摸象，有人摸到耳朵說是扇子，有人摸到腿說是柱子，真實(shí)的大象是這些東西全部疊加在一起。

我們面對的雙縫困境就是如此。

真實(shí)的電子就是同時穿過了左右兩條狹縫的疊加態(tài)，但是投射到我們的世界能被我們觀察到的就只能是左或者右。真實(shí)的貓咪就是死和活的疊加，投射到我們的世界，能給我們看到的也就只有活著或者死的。無論是真實(shí)的電子還是真實(shí)的貓，都是高維的存在，處在低緯的我們確實(shí)是難以理解的。

高緯度的真實(shí)宇宙只有一個，它由許許多多低緯的世界構(gòu)成，就正如我們的三維空間可以看成由很多二維平面構(gòu)成一樣，每個世界都只能感受到真實(shí)宇宙的投影。因此每個世界上的人眼中的宇宙都是不一樣的。

真實(shí)宇宙的狀態(tài)可以被一個總體波函數(shù)所表示，它是確定的，嚴(yán)格按照薛定諤方程演化。隨著時間的流逝波函數(shù)變得越來越復(fù)雜，投影的世界也越來越多，薛定諤方程的每一個可能的解都對應(yīng)了一種投影，因此一切可能發(fā)生的事情都在某個世界中發(fā)生了。

相比于哥本哈根解釋，多宇宙理論的好處非常明顯。

它最大的豐功偉績就是把觀測者的意識這個礙手礙腳的東西從物理中一腳踢開，整個宇宙嚴(yán)格按照波函數(shù)演化。物理學(xué)家們再也不用為“坍縮”而大傷腦筋。宇宙重新成為唯一的主宰，任何觀測者都不過是它的一部分，隨著它的演化被投射到各種世界之中。這一副客觀的景象還是很符合大部分物理學(xué)家的傳統(tǒng)口味的。

不僅客觀實(shí)在論回歸，決定論也回歸了。宇宙按照薛定諤方程唯一確定的演化，薛定諤方程本身是決定性的。只要給定某一個時刻的狀態(tài)，我們就可以從正反兩個方向推演，得出系統(tǒng)在任意時刻的狀態(tài)，于是宇宙的演化自然也就是決定性的了。

量子自殺

好了，現(xiàn)在哥本哈根解釋與多宇宙理論各執(zhí)一詞，那誰是真理呢？物理學(xué)家們想出了一個更加瘋狂實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)它們兩個，一個令人毛骨悚然同時又啼笑皆非的“量子自殺”實(shí)驗(yàn)。

這實(shí)際上是薛定諤貓的真人版。哥本哈根學(xué)派認(rèn)為貓始終只有一只，處于又死又活的疊加態(tài)。而多宇宙認(rèn)為貓是被投射在兩個世界的有兩只，一死一活，必定有一只是活貓。

現(xiàn)在有一位敢于為科學(xué)獻(xiàn)身的勇士站了出來，決定代替這只貓咪。出于人道，為了減少痛苦，我們把毒氣瓶換成一把手槍。如果原子衰變，手槍就砰的一聲送這位朋友上路，反之，槍只會發(fā)出咔的一聲空響。

這個時候，如果根據(jù)哥本哈根學(xué)派的理論，勇士有一半的可能活下來，一半的可能被射殺。如果反復(fù)開槍的話，不管運(yùn)氣有多好，肯定是必死無疑的。

而多宇宙理論的解釋就很清新脫俗了，每次開槍都分裂出兩個宇宙，必定有一個宇宙中的勇士是活下來的，當(dāng)然也有中槍斃命的。但是他死掉了，那么這個宇宙對他來說就毫無意義，只有他活下來的世界對他來說才是有意義的。

因此從他本人的角度來看，無論開槍多少次，他聽到的永遠(yuǎn)都是咔咔聲，一直活在他活著的那個世界中，身邊簇?fù)碇蝗阂娮C者奇跡的旁觀者。而在其它分裂的世界里，他早就已經(jīng)尸橫遍野。

聽到這里同學(xué)們是不是目瞪口呆，我也是啊。

人擇原理

要理解多宇宙對量子自殺的解釋，需要搞懂人擇原理。

所謂人擇原理就是說，我們存在這個事實(shí)本身，就是某件事本該如此的最大的決定性因素。不管這個宇宙中有什么樣的性質(zhì)，它必須要讓智能生物存在其中，不然就沒有人會問：“宇宙為什么會是這樣的？”。

“我思故我在”，關(guān)于宇宙問題的必然前提就是無論如何首先要保證有個人來問這個問題，不然就沒有意義了。

舉個例子，宇宙的膨脹速度恰到好處的不可思議，因?yàn)橹灰蛎浀脑倏煲稽c(diǎn)，最初的物質(zhì)就會四散而飛，無法凝聚成星系和行星。如果膨脹得稍微慢一點(diǎn)，引力就會把所有物質(zhì)都吸到一起，宇宙就是一團(tuán)有著超高密度與溫度大雜燴。

為了使生命的誕生成為可能，宇宙膨脹的速度要精確到什么程度呢？大約是10的55次方分之一，這是什么概念？如果你從宇宙的一頭要開槍打中宇宙另一頭的一只蒼蠅，你們之間相隔300億光年，這個看似絕無可能的操作所需要的精確度也不過10的30次方分之一。

是不是太驚人了？而類似這樣驚人準(zhǔn)確的宇宙常數(shù)，我們還可以舉出幾十個！

為什么會如此精確呢？人擇原理的答案就是：必須如此，不然就不會有人來問出這個問題了。問題成立的前提條件就是要保證人類能夠誕生，有人來問出這個問題。

再比如說，你是男生一定會發(fā)現(xiàn)一個不可思議的事實(shí)，你爸爸有兒子，你爺爺有兒子，你祖父有兒子……一直往上追溯到你的N代祖先，不管歷史上是饑荒瘟疫還是兵荒馬亂，他們不但都存活下來，而且還始終有兒子，這個概率是非常非常小的。如果是女生，就請往娘家那條路往上推也是一樣的。

如果你說這可是一個超級奇跡，就顯得非?？尚α恕：苊黠@，我們能發(fā)出這樣感慨的前提是你的存在本身。雖然客觀上來說一個家族N代都有兒子的概率極小，但是對你我來說的概率就是100%。

同理，我們感嘆宇宙的精妙，誕生生命的概率是如此的低，但是根據(jù)人擇原理，宇宙必須如此，在量子自殺中，只要我始終存在，那對我來說，量子手槍必須100%的打不出子彈，保證我活下來。

但可惜的是，就算我一直沒死，驗(yàn)證了多宇宙解釋是正確的，但這也只是對我自己一個人而言的。因?yàn)槟銈冞@些外人被投射到我一直活著的那個世界的概率幾乎為0。對那個世界的我來說，我絕對可以活下來。但是因?yàn)楦鱾€世界之間無法干涉，所以即便我活下來了，我也沒法跑來告訴你們多宇宙是正確的。

說到這里，我們已經(jīng)走得很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)，深陷白云深處了。就算有些內(nèi)容你可能并沒有完全聽懂，但我絲毫不懷疑，這個光怪陸離的量子世界已經(jīng)給你帶來了足夠的震撼！