牛津的平行世界

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上个月是量子力学的“多世界”解释提出 50 周年,在该理论中,平行宇宙不断从我们所经历的宇宙中分支出来,其中发生着不同的事件。“多世界”解释与尼尔斯·玻尔倡导的哥本哈根解释竞争,在哥本哈根解释中,当观察到一个系统时,该系统的量子态经常会突然改变(“波函数坍缩”)。一个结果被观察到发生,并且根据哥本哈根解释,预测其他可能性的量子态部分会简单地消失。“多世界”理论认为,其他部分仍然存在,只是不在我们的分支中。

在未来的一期中,我们将刊登记者彼得·伯恩撰写的关于最初“多世界”论文的作者——休·艾弗雷特三世的文章,包括一些关于 1957 年发表前后事件的鲜为人知的历史。几周前,彼得在牛津参加了关于“多世界”理论的会议,他发给我以下报告在这里发布。(我希望我早点想到邀请他这样做。不,等等——我希望这是我确实早点想到要这样做的宇宙分支!)

— 格雷厄姆·P·柯林斯


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牛津的平行世界

作者:彼得·伯恩

7 月中旬,在阴雨连绵的英国,一群哲学家和物理学家举行了为期三天的会议,热烈讨论了一个关于多个宇宙存在的理论。辩论的起因是“艾弗雷特@五十”会议,该会议由基础问题研究所赞助,并由牛津大学哲学系在牛津逻辑巷附近的一栋大楼中主办。大多数与会者理所当然地认为,从 20 世纪 30 年代到现在一直主导量子物理哲学的哥本哈根量子力学解释,没有充分描述原子现实的持续演变,因为它任意地将量子领域和“经典”领域相互分离。

为了改进哥本哈根解释,三十多位学者在如何谈论一个完全量子力学(非哥本哈根)宇宙的最佳方式上存在分歧。有些人认为它是“艾弗雷特式的”,即由大量但不确定的分支自主“世界”组成的“多元宇宙”,其中发生了一切物理上可能发生的事情。其他人,包括“玻姆派”,则认为只有一个宇宙,并且概率的概念只允许某些事情发生,而不是所有事情都发生。不管怎样,五十年前,除了在贝德拉姆疯人院里,很难想象会发生这场辩论。

1957 年 7 月,《现代物理评论》发表了普林斯顿大学学生休·艾弗雷特三世的博士论文的节选。艾弗雷特认为,从字面上理解量子力学的数学,他已经解决了“测量问题”,即如何从量子不确定性中产生确定的经典现实的问题。但至少可以说,他对这个问题的解决方案具有挑战性。症结不在于他的逻辑或数学,而在于它在某种意义上(因此得名“多世界”理论)指向所有可能性的实现。它假设每个人都在不断“分裂”成自己的不相互沟通的副本,以及她周围的直接环境。艾弗雷特这个独特的理论花费了半个世纪的时间才成为主流学者严肃的科学和哲学关注的主题。

在会议上,最强烈的“艾弗雷特派”是牛津大学量子计算中心的物理学家戴维·多伊奇。多伊奇断言,人们浪费了几十年的时间来辩论哥本哈根解释是否有意义,因为“只有艾弗雷特的理论才是认真对待量子力学”。牛津大学的会议组织者西蒙·桑德斯和大卫·华莱士也加入了这一分析;他们都广泛撰写了关于如何在艾弗雷特多元宇宙中处理不确定性的文章,其中所有结果都得以实现。

保留概率(以玻恩规则的形式)对于接受艾弗雷特方法至关重要。玻恩规则定义了如何确定当观察一个处于特定量子态的系统时,我们将看到各种结果的概率。例如,它可能表明我们有 99% 的机会在位置 A 看到电子,只有 1% 的机会在位置 B 看到电子。但是,当每个结果都有一个宇宙分支发生时,位置 A 比位置 B 的可能性高 99 倍意味着什么?我们对量子力学数学的掌握取决于能否将概率测度分配给发生在我们所经历的宇宙内部的事件,以及我们看不到的宇宙内部的事件!(在这个包含大量但不确定的分裂自我的计划中,究竟“我们”是谁是一个与概率问题相关的本体论问题。)

西伦敦大学的韦恩·C·迈沃尔德和罗格斯大学的希拉里·格里夫斯做了一个演讲,支持多伊奇、桑德斯和华莱士之前的研究,勾勒了一种“决策论”统计方法,该方法旨在在整个艾弗雷特多元宇宙中保留玻恩规则,即概率。哥伦比亚大学的大卫·Z·艾伯特反对这一论点:“除非未来的某些事件是不确定的,否则谈论这个或那个未来事件的概率似乎没有任何意义,而在任何与艾弗雷特式图景一致的情况下,似乎都没有这种不确定性的空间。”艾伯特批评艾弗雷特派试图证明他们的理论允许玻恩规则发挥作用,假设相信艾弗雷特理论是真实的(他们应该展示信者如何才能相信它是真实的)。艾伯特同情最初由路易斯·德布罗意和大卫·玻姆提出的量子力学的“导波”或“非定域隐变量”解释,他认为艾弗雷特派对概率的解释充其量是解释我们的投注行为,这作为对物理证据的解释是“彻头彻尾的疯狂”。

罗格斯大学的蒂姆·莫德林也是玻姆派的仰慕者。他批评艾弗雷特派不能将他们的抽象理论与经验世界联系起来,并且未能提供概率证据。马里兰大学的杰弗里·巴布和耶路撒冷希伯来大学的伊塔玛·皮托夫斯基攻击艾弗雷特派和玻姆派“教条”,认为测量问题有解决方案。加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的詹姆斯·哈特尔成功地在竞争派系之间开辟了一个意识形态空间。他说,现代宇宙学家欠艾弗雷特一个人情,因为他认为一个封闭的宇宙可以用一个单一的波函数来描述。

在一次非常生动的谈话中,牛津大学的形而上学家约翰·霍索恩强烈批评艾弗雷特解释“模糊”且“没有解释力”。在情绪激动的回应中,明尼苏达大学的艾弗雷特拥护者米歇尔·扬森惊呼:“科学不是形而上学!”

这场辩论虽然酝酿了五十年,但才刚刚开始变得激烈。它将于 9 月 21 日至 24 日在加拿大滑铁卢的佩里米特研究所继续进行。在牛津,哲学家的人数多于物理学家,而佩里米特会议的比例将颠倒过来。许多火花将会飞溅。

 

彼得·伯恩发布

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