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量子力学“多世界解释”的艰难诞生 成为哥本哈根解释最大对手

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 Connor Feng • 2018-09-29 20:10:38 来源:前瞻网 E2570G0
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在1955年秋天的一个深夜,丹麦物理学家Aage Petersen与普林斯顿大学(Princeton University)的两名研究生查尔斯•米斯纳(Charles Misner)和休•埃弗雷特(Hugh Everett)在几轮雪莉酒后辩论量子物理学的核心奥秘,Petersen为他的导师尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)的观点辩护,玻尔是“哥本哈根解释”(Copenhagen interpretation)的创始人,哥本哈根解释是理解量子物理学的标准方式。哥本哈根解释以玻尔著名研究所的所在地命名,这个解释指出,超微小的量子世界与我们日常体验的普通世界完全不同。

Petersen说,量子物理学只适用于这个超微小的领域,在这个领域里,单个亚原子粒子发挥着它们的奇怪作用。它永远不能用来描述由数以万亿计粒子组成的人、椅子和其他物体的世界——这个世界只能用艾萨克·牛顿的经典物理学来描述。而且,Petersen声称,这本身就是由量子物理学决定的:一旦涉及的粒子数量变大,量子物理学的数学就会退化为牛顿物理学的数学。

但Everett恃着有酒精壮胆,尖锐地抨击了Petersen所倡导的正统立场。Everett指出,对于大量粒子来说,量子物理学并没有真正退化为经典物理学。根据量子物理学,即使是普通大小的物体,比如椅子,也可以同时存在于两个完全不同的位置(一种被称为“量子叠加状态”的薛定谔猫态)。Everett接着说,死抱着经典物理学不放是不对的,因为量子物理学被认为是一种更基础的理论,是比经典物理学更基础的基础。后来,在寒冷的阳光下,Everett重新考虑了自己的这个立场,并决定朝着这个方向加倍努力。从那天晚上开始,他进一步阐述了自己的观点,并把他对量子正统学说的攻击写成了一篇博士论文。他在给Petersen的一封信中写道:“是时候……让量子物理学回归本质,重新把它作为一种基本理论来对待,不再依赖于经典物理学。”

为了解决叠加状态的问题,Everett提出一些非常激进的想法,这些想法似乎更适合他在业余时间读的科幻小说里出现,他说,量子物理学实际上隐含无限个几近相同的平行宇宙,这些宇宙在量子实验进行时不断地分裂。Everett在量子物理数学中发现的这个奇怪的想法被称为多世界解释。

几乎是一下子,多世界的解释就在普林斯顿大学的博士导师、著名物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)处遇到了障碍,惠勒是物理学家中的物理学家;在物理领域之外,他并不是很出名,但他认识这个领域里的每个重要人物,他是玻尔的门生,与爱因斯坦关系密切。在Everett出现的十五年前,惠勒就已经指导了年轻的理查德·费曼取得博士学位;后来,他又成为了数十位更著名物理学家(包括去年诺贝尔物理学奖得主Kip Thorne)的博士导师。

Everett的奇怪想法最初吸引了惠勒,因为他们都认为量子理论可以应用到整个宇宙本身,实现这个想法是惠勒所梦寐以求的。但惠勒也是一个政治动物,他小心翼翼地想避免偏离哥本哈根的量子正统学说,免得招致他导师玻尔的愤怒。惠勒试图打破这一怪圈的举动直接得令人振奋:他直接前往哥本哈根,试图得到玻尔对Everett研究的认可,把Everett的研究作为是哥本哈根对量子理论本质的官方界线的延伸。

事情进展并不顺利。惠勒在哥本哈根写给Everett的信中说,要说服波尔消除对Everett观点的批评“需要花费很多时间,需要很有力的论据来和像玻尔这样务实、意志坚强的人去进行大量的争论,还需要进行大量的写作和重写。”惠勒恳请Everett亲自到哥本哈根来,“和最伟大的拳击手战斗(即波尔)。”但是Everett对“战斗”或重写任何东西都不是特别感兴趣。他对自己的想法很有信心,也不被学术生涯的智力魅力所吸引。他更感兴趣的是钱和钱能带来的东西:美味的食物和饮料,物质上的奢侈和女人。他想要的是《广告狂人》的生活方式,而不是坐在教授的办公室里。当惠勒的信来到的时候,Everett已经安排好了一份工作,这份工作能够给到他想要的东西:惠勒在五角大楼里做一名研究人员,在冷战最激烈的时候推测核导弹交战的后果。

惠勒从欧洲回来后,他强迫Everett大幅修改他的论文,并删除了几乎所有关于“分裂世界”的内容。删除完成之后,Everett就离开了普林斯顿,再也没有回到学术界。在他后来为五角大楼工作的职业生涯中,Everett认为核战争可能是更可怕的世界,并继续与人合著了关于放射性沉降物的最早和最有影响力的报告之一。

但Everett最终还是到了哥本哈根。1959年3月,他在欧洲出差期间前往丹麦,向玻尔提出了自己的想法。正如Everett后来描述的那样,这次见面“从一开始就注定要失败”。Everett和波尔都没有动摇。当时也在哥本哈根的Misner说:“玻尔关于量子力学的观点基本上被全世界成千上万的物理学家完全接受,并且每一天都在身体力行。指望玻尔和一个孩子聊一个小时天就能完全改变他自己的观点是不现实的。”

Everett的研究石沉大海。直到20世纪70年代,它才得以复苏,但即便是在那个时候,它也很难流行起来。后来Everett最后一次介入了关于他研究的学术辩论;1977年,惠勒和他的同事布莱斯·德威特(Bryce DeWitt)邀请Everett在德克萨斯大学谈谈他的研究。当时在奥斯汀的年轻物理学家之一是大卫·多伊奇(David Deutsch),他后来成为多世界解释的坚定拥护者。Everett“充满了紧张的能量,高度紧张,而且非常聪明,”多伊奇回忆道。“他对许多宇宙都充满热情,在防御方面既非常有力又很微妙。”

德威特、多伊奇等人的研究导致了多世界的解释在接下来的几十年里变得更加流行。但Everett并没有机会看到多世界解释成为哥本哈根解释的最大对手。他于1982年死于严重的心脏病,享年51岁。按照他的意愿,他的家人将他火化,并让他的骨灰和垃圾一起被收集起来。但Everett的好辩和顽皮的精神仍然存在于他的理论中,他的理论诞生于60多年前的一场醉醺醺的辩论中,至今仍在物理学家中引发激烈的争论。

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