编者注：本文最初发表于2007年12月刊的《大众科学》杂志，并因 PBS 新纪录片《平行世界，平行人生》的上映而从我们的档案中重新发布。
休·艾弗雷特三世是一位才华横溢的数学家、一位不落俗套的量子理论家，后来又成为一位成功的国防承包商，可以接触到美国最敏感的军事机密。他为物理学引入了一种新的现实观念，并在核末日阴影笼罩世界历史进程的关键时刻产生了影响。对于科幻爱好者来说，他仍然是一位民间英雄：他发明了多重宇宙量子理论。对他的孩子们来说，他又成了另一个人：一位情感上无法接近的父亲；“餐桌旁的一块家具”，手里拿着香烟。他还是一位长期酗酒的烟鬼，英年早逝。
至少在他的宇宙分支中，他的历史就是这样展开的。如果艾弗雷特在 20 世纪 50 年代中期在普林斯顿大学求学时提出的多世界理论是正确的，那么他的人生在无数个分支宇宙中会有许多其他的转折。
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艾弗雷特的革命性分析打破了量子力学如何解释的理论僵局。尽管多世界理论即使在今天也绝非被普遍接受，但他构思该理论的方法预示了量子退相干的概念——这是一种现代解释，说明了为什么量子力学的概率性怪异现象会转化为我们经验中的具体世界。
艾弗雷特的作品在物理学和哲学界广为人知，但关于其发现以及他一生中其余岁月的叙述却鲜为人知。俄罗斯历史学家叶夫根尼·希霍夫采夫、我自己和其他人的档案研究，以及我对已故科学家的同事和朋友以及他的摇滚音乐家儿子的采访，揭示了一个才华横溢的智者过早地被个人恶魔吞噬的故事。
荒谬的事情
艾弗雷特的科学之旅始于 1954 年的一个晚上，他在二十年后回忆说，“喝了一两口雪利酒之后”。他和他的普林斯顿同学查尔斯·米斯纳以及一位名叫奥格·彼得森（当时是尼尔斯·玻尔的助手）的访客正在思考“关于量子力学含义的荒谬事情”。在这次讨论中，艾弗雷特产生了多世界理论的基本思想，并在随后的几周内开始将其发展成一篇论文。
这个想法的核心是通过让理论本身的数学来展示道路，而不是通过在数学上附加解释性假设，来解释量子力学的方程在现实世界中代表什么。通过这种方式，这位年轻人挑战了当时的物理学界，重新思考其关于什么是物理现实的基本概念。
在追求这一目标的过程中，艾弗雷特大胆地解决了量子力学中臭名昭著的测量问题，这个问题自 20 世纪 20 年代以来一直困扰着物理学家。简而言之，问题的产生源于基本粒子（如电子和光子）在微观量子层面的现实中相互作用的方式与从宏观经典层面测量粒子时发生的情况之间的矛盾。在量子世界中，一个基本粒子或一组这样的粒子可以以两种或多种可能的存在状态的叠加态存在。例如，电子可以处于不同位置、速度和自旋方向的叠加态。然而，每当科学家精确测量这些属性中的一个时，他们都会看到一个确定的结果——只是叠加态的一个元素，而不是它们的组合。我们也没有看到宏观物体处于叠加态。测量问题归结为这个问题：我们经验的独特世界是如何以及为什么从叠加量子世界中可用的多种可能性中产生的？
物理学家使用称为波函数的数学实体来表示量子态。波函数可以被认为是叠加量子系统的所有可能配置的列表，以及给出每个配置概率的数字，从我们的角度来看，该概率似乎是随机选择的，如果我们测量系统，我们将检测到该概率。波函数将叠加态的每个元素都视为同样真实，即使从我们的角度来看，它们不一定具有相同的概率。
薛定谔方程描述了量子系统的波函数将如何随时间变化，这种演化预测将是平滑且确定性的（即，没有随机性）。但是，这种优雅的数学似乎与人类用科学仪器（本身可以被视为量子力学系统）观察量子系统（如电子）时发生的情况相矛盾。因为在测量的瞬间，描述替代方案叠加的波函数似乎坍缩为叠加态的一个成员，从而中断了波函数的平滑演化并引入了不连续性。单个测量结果出现，将所有其他可能性从经典描述的现实中排除。在测量瞬间产生的替代方案似乎是任意的；它的选择并非逻辑地从测量前电子的信息丰富的波函数中演化而来。坍缩的数学也没有从薛定谔方程的无缝流动中产生。事实上，坍缩必须作为假设添加，作为似乎违反方程的附加过程。
许多量子力学的创始人，特别是玻尔、维尔纳·海森堡和约翰·冯·诺伊曼，就量子力学的一种解释达成了一致意见——被称为哥本哈根解释——以处理测量问题。这种现实模型假设量子世界的力学简化为经典可观察现象，并且仅在经典可观察现象方面找到意义，而不是相反。
这种方法赋予外部观察者特权，将观察者置于与被观察物体的量子领域不同的经典领域中。尽管哥本哈根学派无法解释量子领域和经典领域之间边界的性质，但他们仍然非常成功地将量子力学应用于技术。整整几代物理学家被教导说，量子力学的方程仅在现实的一部分（微观）中起作用，而在另一部分（宏观）中不再相关。这就是大多数物理学家所需要的全部。
普遍波函数
与此形成鲜明对比的是，艾弗雷特通过融合微观世界和宏观世界来解决测量问题。他使观察者成为被观察系统的组成部分，引入了一个普遍波函数，将观察者和物体连接为单个量子系统的组成部分。他以量子力学的方式描述了宏观世界，并将大型物体也视为存在于量子叠加态中。他打破了玻尔和海森堡的观点，摒弃了波函数坍缩的不连续性的必要性。
艾弗雷特提出的激进新想法是：如果波函数的连续演化没有被测量行为中断会怎么样？如果薛定谔方程始终适用并适用于一切事物——物体和观察者都一样会怎么样？如果叠加态的任何元素都永远不会从现实中消失会怎么样？这样的世界对我们来说会是什么样子？
艾弗雷特看到，在这些假设下，观察者的波函数实际上会在观察者与叠加物体的每次相互作用中分叉。普遍波函数将包含构成物体叠加态的每个替代方案的分支。每个分支都有观察者自己的副本，该副本将这些替代方案之一感知为结果。根据薛定谔方程的一个基本数学性质，一旦形成，分支就不会相互影响。因此，每个分支都开始了不同的未来，彼此独立。
考虑一个人测量一个处于两种状态叠加态的粒子，例如处于位置 A 和位置 B 的叠加态的电子。在一个分支中，这个人感知到电子在 A 位置。在一个几乎相同的分支中，这个人的副本感知到同一个电子在 B 位置。每个人的副本都认为自己是独一无二的，并将机会视为从物理可能性的菜单中烹饪出一种现实，即使在完整的现实中，菜单上的每个替代方案都会发生。
解释我们将如何感知这样的宇宙需要将观察者纳入图中。但是，无论人类是否存在，分支过程都会发生。一般来说，在物理系统之间的每次相互作用中，组合系统的总波函数都会以这种方式趋于分叉。今天对分支如何变得独立以及每个分支如何变成我们习惯的经典现实的理解被称为退相干理论。它是现代标准量子理论中公认的一部分，尽管并非所有人都同意艾弗雷特的所有分支都代表存在的现实的解释。
艾弗雷特并非第一个批评哥本哈根坍缩假设不足的物理学家。但他通过从量子力学方程本身推导出普遍波函数的数学上一致的理论，取得了新的突破。多重宇宙的存在是他的理论的结果，而不是谓词。艾弗雷特在他的论文的脚注中写道：“从理论的角度来看，叠加态的所有元素（所有‘分支’）都是‘实际的’，没有哪个比其他的更‘真实’。”
大约五年前，巴西巴伊亚联邦大学的科学史学家奥利瓦尔·弗雷雷·Jr. 在档案研究中发现，包含所有这些想法的草案引发了一场引人注目的幕后斗争。1956 年春天，艾弗雷特在普林斯顿大学的学术顾问约翰·阿奇博尔德·惠勒将论文草稿带到哥本哈根，以说服丹麦皇家科学院和文学院出版它。他写信给艾弗雷特，说他与玻尔和彼得森就此进行了“三次长时间且激烈的讨论”。惠勒还与玻尔理论物理研究所的其他几位物理学家分享了他学生的作品，包括亚历山大·W·斯特恩。
分裂
惠勒给艾弗雷特的信中报告说：“您美丽的波函数形式主义当然仍然屹立不倒；但我们所有人都认为，真正的问题是要附加到形式主义量的词语。”一方面，惠勒对艾弗雷特使用“分裂”人类和炮弹作为科学隐喻感到不安。他的信件揭示了哥本哈根学派对艾弗雷特作品含义的不安。斯特恩驳斥艾弗雷特的理论是“神学”，惠勒本人也不愿挑战玻尔。在给斯特恩的一封冗长而圆滑的信中，他解释并原谅了艾弗雷特的理论，认为它是对量子力学主流解释的扩展，而不是反驳
我想我可以这样说，这位非常优秀、能干且独立思考的年轻人逐渐接受了目前解决测量问题的方法是正确且自洽的，尽管在目前的论文草稿中仍然保留着过去可疑态度的少数痕迹。因此，为了避免任何可能的误解，让我说一下，艾弗雷特的论文并非旨在质疑目前解决测量问题的方法，而是接受它并推广它。[原文强调。]
艾弗雷特会完全不同意惠勒对他对哥本哈根解释的看法的描述。例如，一年后，当回应《现代物理评论》杂志的编辑布莱斯·S·德威特的批评时，他写道
哥本哈根解释是无可救药地不完整的，因为它先验地依赖于经典物理学……以及一种哲学怪胎，它对宏观世界抱有“现实”概念，而对微观世界则否认相同的概念。
当惠勒在欧洲为他的论点辩论时，艾弗雷特正面临失去学生缓征兵役的危险。为了避免去新兵训练营，他决定在五角大楼找一份研究工作。他搬到了华盛顿特区地区，再也没有回到理论物理学领域。
然而，在接下来的一年里，他与惠勒进行了长途交流，因为他不情愿地将论文缩减到原来长度的四分之一。1957 年 4 月，艾弗雷特的论文委员会接受了缩减后的版本——没有“分裂”。三个月后，《现代物理评论》发表了缩短后的版本，题为“量子力学的‘相对态’公式”。在同一期杂志上，惠勒发表了一篇配套论文，赞扬了他的学生的发现。
当这篇论文发表时，它立即陷入了默默无闻。惠勒逐渐疏远了与艾弗雷特理论的联系，但他与这位理论家保持联系，徒劳地鼓励他做更多量子力学方面的工作。在去年的一次采访中，当时 95 岁的惠勒评论说：“[艾弗雷特] 对他的理论没有得到反响感到失望，甚至可能感到痛苦。我多么希望我能继续与艾弗雷特进行讨论。他提出的问题很重要。”
核军事战略
艾弗雷特在为五角大楼开始他的第一个项目近一年后，获得了普林斯顿大学的博士学位：计算核战争中放射性尘埃的潜在死亡率。他很快成为五角大楼几乎隐形但极具影响力的武器系统评估小组 (WSEG) 数学部门的负责人。艾弗雷特就选择氢弹目标和构建轰炸机、潜艇和导弹核三位一体的最佳方法向艾森豪威尔和肯尼迪政府的高级官员提供建议，以在核打击中发挥最佳威力。
1960 年，他帮助撰写了 WSEG 第 50 号报告，这是一份具有催化作用的报告，至今仍被列为机密。根据艾弗雷特的朋友和 WSEG 同事乔治·E·普以及历史学家的说法，WSEG 第 50 号报告使军事战略合理化并促进了军事战略的实施，这些战略在几十年内一直有效，包括相互保证摧毁的概念。WSEG 向核战争决策者提供了足够多的关于放射性尘埃全球影响的可怕信息，以至于许多人相信维持永久僵局的优点——而不是像一些有权势的人所倡导的那样，对苏联、中国和其他共产主义国家发动先发制人的首次打击。
关于艾弗雷特理论的最后一场斗争也发生在这个时期。1959 年春天，玻尔在哥本哈根接见了艾弗雷特。他们在六周的时间里会面了几次，但效果不大：玻尔没有改变立场，艾弗雷特也没有重新进入量子物理学研究。不过，这次旅行并非完全失败。一天下午，在 Østerport 酒店喝啤酒时，艾弗雷特在酒店的信笺上写下了他对另一项数学杰作的重要改进，即广义拉格朗日乘数法，也称为艾弗雷特算法。该方法简化了复杂后勤问题的最佳解决方案的搜索——从核武器的部署到准时制工业生产计划，再到最大限度地实现学区取消种族隔离的校车路线。
1964 年，艾弗雷特、普和其他几位 WSEG 同事创立了一家私营国防公司 Lambda Corporation。除其他活动外，该公司还设计了反弹道导弹系统的数学模型和计算机化的核战争游戏，据普称，军方多年来一直在使用这些游戏。艾弗雷特迷上了发明贝叶斯定理的应用，贝叶斯定理是一种将未来事件的概率与过去经验相关联的数学方法。1971 年，艾弗雷特建造了一个贝叶斯机器原型，这是一个从经验中学习并通过推断可能的结果来简化决策的计算机程序，很像人类的常识能力。在五角大楼的合同下，Lambda 使用贝叶斯方法发明了跟踪来袭弹道导弹轨迹的技术。
1973 年，艾弗雷特离开了 Lambda，并与 Lambda 同事唐纳德·雷斯勒共同创立了一家数据处理公司 DBS。DBS 研究武器应用，但专门分析政府平权行动计划的社会经济影响。当他们第一次见面时，雷斯勒回忆说，艾弗雷特“羞怯地”问他是否读过他 1957 年的论文。“我瞬间思考了一下，然后回答说，‘哦，我的上帝，你就是那个艾弗雷特，那个写了那篇疯狂论文的疯子，’”雷斯勒说。“我在研究生院读过它，并嗤之以鼻，断然拒绝了它。”两人成为了好朋友，但同意不再谈论多重宇宙。
三杯马提尼午餐 尽管取得了所有这些成功，但艾弗雷特的生活在许多方面都受到了损害。他以酗酒而闻名，朋友们说这个问题似乎随着时间的推移而愈演愈烈。据雷斯勒说，他的合伙人通常享用三杯马提尼午餐，然后在办公室里睡个午觉——尽管他仍然设法保持高效。
然而，他的享乐主义并没有反映出一种轻松、玩世不恭的生活态度。“他不是一个有同情心的人，”雷斯勒说。“他对事物的研究带来了冷酷、残酷的逻辑。公民权利权利对他来说毫无意义。”
约翰·Y·巴里是艾弗雷特在 WSEG 的前同事，他也质疑他的道德操守。在 20 世纪 70 年代中期，巴里说服他在摩根大通的雇主聘请艾弗雷特开发一种预测股市变动的贝叶斯方法。据多人称，艾弗雷特成功了——然后拒绝将产品交给摩根大通。“他利用了我们，”巴里回忆道。“[他是一个] 才华横溢、具有创新精神、狡猾、不可靠、可能酗酒的人。”
艾弗雷特以自我为中心。“休喜欢信奉一种极端唯我论，”DBS 的前雇员伊莱恩·齐昂说。“尽管他煞费苦心地将他的[多世界]理论与任何关于思想或意识的理论区分开来，但显然我们所有人都欠我们的存在相对于他创造的世界。”
而且他几乎不认识他的孩子们，伊丽莎白和马克。
随着艾弗雷特追求他的创业生涯，物理学界开始认真审视他曾经被忽视的理论。德威特 180 度大转弯，成为其最忠实的拥护者。1967 年，他撰写了一篇文章，提出了惠勒-德威特方程：量子引力理论应该满足的普遍波函数。他赞扬艾弗雷特证明了这种方法的必要性。然后，德威特和他的研究生尼尔·格雷厄姆编辑了一本物理学论文集《量子力学的多世界解释》，其中收录了艾弗雷特论文的未删节版本。“多世界”这个警句迅速流行起来，并在 1976 年的科幻杂志《Analog》中广为流传。
然而，并非所有人都同意哥本哈根解释需要让位。康奈尔大学物理学家 N·大卫·梅尔敏认为，艾弗雷特解释将波函数视为客观真实世界的一部分，而他认为波函数仅仅是一种数学工具。“波函数是人类的构造，”梅尔敏说。“它的目的是使我们能够理解我们的宏观观察。我的观点与多世界解释正好相反。量子力学是一种使我们能够使我们的观察连贯一致的工具，而说我们身处量子力学之中，并且量子力学必须适用于我们的感知，这是不一致的。”
但是，许多在职物理学家表示，应该认真对待艾弗雷特的理论。
斯坦福大学理论物理学家斯蒂芬·申克说：“当我在 20 世纪 70 年代后期听到艾弗雷特的解释时，我认为这有点疯狂。现在我认识的大多数思考弦理论和量子宇宙学的人都在思考类似于艾弗雷特风格的解释。而且由于量子计算的最新发展，这些问题不再是学术性的了。”
退相干理论的先驱之一，洛斯阿拉莫斯国家实验室的院士沃伊切赫·H·祖雷克评论说：“艾弗雷特的成就是坚持认为量子理论应该是普遍的，不应该将宇宙划分为先验经典的事物和先验量子的事物。他给了我们所有人一张通行证，让我们以我们现在使用量子理论的方式来描述测量作为一个整体。”
普林斯顿高级研究所的弦理论家胡安·马尔达西那反映了他的同事们的普遍态度：“当我从量子力学的角度思考艾弗雷特理论时，这是最合理的信念。在日常生活中，我不相信它。”
1977 年，德威特和惠勒邀请讨厌公开演讲的艾弗雷特在德克萨斯大学奥斯汀分校就他的解释发表演讲。他穿着皱巴巴的黑色西装，在整个研讨会期间都在不停地抽烟。现在在牛津大学的戴维·多伊奇是量子计算领域的创始人之一（其本身也受到艾弗雷特理论的启发），当时也在场。“艾弗雷特超越了他的时代，”多伊奇在总结艾弗雷特的贡献时说。“他代表了拒绝放弃客观解释。物理学和哲学领域的最初目的是解释世界，但放弃这一目的对这两个领域的进步造成了极大的危害。我们不可挽回地陷入了形式主义，一些不具有解释性的事物被视为进步，而真空则被神秘主义、宗教和各种垃圾所填补。艾弗雷特之所以重要，是因为他站出来反对它。”
在德克萨斯州之行后，惠勒试图将艾弗雷特与加利福尼亚州圣巴巴拉的理论物理研究所联系起来。据报道，艾弗雷特对此很感兴趣，但该计划最终未能实现。
全部体验
艾弗雷特于 1982 年 7 月 19 日在床上去世。年仅 51 岁。他的儿子马克当时还是个十几岁的少年，他记得那天早上发现了父亲冰冷的尸体。感受到冰冷的身体，马克意识到他以前从未触摸过他的父亲。“我不知道该如何看待我的父亲刚刚去世的事实，”他告诉我。“我真的和他没有任何关系。”
不久之后，马克搬到了洛杉矶。他成为了一位成功的词曲作者和一支流行摇滚乐队 Eels 的主唱。他的许多歌曲都表达了他作为一位抑郁、酗酒、情感冷漠的男人的儿子的悲伤经历。直到他父亲去世多年后，马克才了解到艾弗雷特的职业生涯和成就。
马克的妹妹伊丽莎白在 1982 年 6 月首次尝试自杀，仅在艾弗雷特去世前一个月。马克发现她昏迷在浴室地板上，并及时将她送往医院。他回忆说，那天晚上晚些时候回到家时，他的父亲“从报纸上抬起头来说，‘我不知道她那么悲伤。’”1996 年，伊丽莎白服用过量安眠药自杀身亡，并在她的钱包里留下了一张纸条，说她要去另一个宇宙与她的父亲团聚。
在 2005 年的一首歌《Things the Grandchildren Should Know》中，马克写道：“我从来没有真正理解/对他来说在自己的头脑中生活是什么感觉。”他信奉唯我论的父亲会理解这种困境。“一旦我们承认任何物理理论本质上都只是一种关于经验世界的模型，”艾弗雷特在他论文的未删节版本中总结道，“我们就必须放弃找到任何类似正确理论的希望……仅仅是因为我们永远无法获得全部体验。”