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第四十五集
针对人们啊
对这个多世界解释呢普遍存在的误解
近来一些科学家呢
也试图为其证明澄清
宇宙本身实际并未在物理上真的分裂
而只是一个比喻而已
这并非多世界解释和埃弗莱特的本意
我们在这儿呢
也不妨稍微讲一讲
当然
我们的史话
以史为本
在理论上啊
尽量试图表达的浅显通俗
所以用到的比喻呢
可能不太准确
真正准确的描述这个理论呢
要用到非常复杂的数学工具和数学表达
希望各位看官啊
对此心中有数
首先呢
我们要谈谈所谓的像空间的概念
读过中学数学的人呢
都应该知道啊
这个二维平面中的一个点
可以用含有两个数字的坐标啊
来表达它的位置
而三维空间中的点呢
就需要三个数字
我们现在呢
需要拓展一下思维啊
假如有一个四维空间中的点
我们又该如何去描述它呢
很显然
我们要使用还有四个变量的坐标
比如啊
一二三四
如果我们用的是直角坐标系
那么这四个数字呢
便代表该点在四个互相垂直的维度方向的投影
推广到n维空间也是一样
诸位大可不必啊
费神在脑海中努力想象这四维空间是一个什么样的东西
这只是我们在数学上的一个构造而已
关键是我们必须得清楚
n维空间中的一个点
可以用n个变量来维描述
而反过来
n个变量也可以用一个n维空间中的点来涵盖
现在让我们回到物理世界
我们如何去描述一个普通的例子呢
在每一个时刻t
它应该具有一个确定的位置坐标q一
q二 q三
还具有一个确定的动量p
动量是一个矢量
在每个维度方向呢
都有分量
所以
要描述动量p
还得用三个数字p一
p二和p三
分别表示呢
它在三个方向上的速度
总而言之啊
要完全描述一个物理质点在t时刻的状态
我们一共啊
要用到六个变量
而我们在前面已经看到了
这六个变量
可以用六维空间中的一个点来概括
所以啊
用六维空间中的一个点
我们可以描述一个普通物理粒子的经典行为
我们这个存新构造出来的高维空间
就是系统的像空间
假如说
一个系统呢
由两个粒子组成
那么在每个时刻
t这个系统必须由十二个变量来描述了
但同样啊
我们可以用十二维空间中的一个点来代替它
对于一些宏观的物体呢
比如一只猫
它所包含的例子那可就太多了
假设有n个吧
不过呢
这不是一个本质问题
我们仍然可以用一个六n维象空间中的质点来描述它
这样一来呢
一只猫在任意一段时间内的活动啊
其实都可以等价为六n维空间中一个点的运动
当然
假设这组成猫的粒子数目不变啊
我们这样做呢
并不是因为吃饱了饭太闲的缘故
而是因为呢
在数学上
描述一个点的运动
哪怕是六n维空间中的一个点
也要比描述普通空间中的一只猫来的方便
在经典物理中呢
对于这样一个代表了整个系统的象空间中的点
我们可以用所谓的哈密顿方程去描述
并得出许多有益的结论
在我们史话前面呢
已经提到过
无论是海森堡的矩阵力学还是薛定谔的波动力学
都是从这个哈密顿的方程改造而来的
所以呢
他们后来被证明互相等价也是不足为奇的
现在
在量子理论中呢
我们也可以使用与像空间类似的手法来描述一个系统的状态
只不过把经典的相空间改造成为负的希尔伯特矢量空间罢了
具体的细节呢
读者们可以不用理会
只要把握其中的精髓
啊
一个复杂系统的状态呢
可以看成某种高维空间中的一个点或者一个矢量
比如一只活猫
它就对应于某个希尔伯特空间中的一个太矢量
如果采用迪拉克引入的符号
我们可以把它用一个带尖角的括号来表示
写成活猫的波函数
死猫呢
可以类似的写成
啊
死猫的波函数
说了这么多了
这和量子论或者多世界解释有什么关系呢
让我们回头来看一个量子过程
比如那个经典的双缝困境吧
正如我们已经反复提到的那样
如果我们不去观测电子究竟通过了哪条缝
则其必定同时通过了两条狭缝
也就是说 啊
它的波函数percine可以表示为啊
通过左缝的波函数和通过右缝的波函数的线性叠加
只要我们不观测
它便永远按照薛定谔波动方程严格的发展
为了表述方便
我们按照彭罗斯的话
把这称为u过程
它是一个确定
经典 可逆 哎
就是时间对称的过程
值得一提的是
啊
薛定谔方程本身是线性的
也就是说
只要左缝的波函数和右缝的波函数
啊
都是可能的解
则通过左缝的波函数和通过右缝的波函数的线性叠加也必定满足方程
不管u过程如何发展
系统始终会保持在线性叠加的状态
当我们去观测电子的实际行为时啊
电子就被迫表现为一个利字
选择某一条狭缝穿过
拿哥本哈根派的话来说啊
电子的波函数坍缩了
最终只剩下了左缝的波函数或者右缝中的波函数的一个肽独领风骚
这个过程像是一个奇迹
它完全按照概率随机的发生
也不再可逆
正如你啊
不能让实际已经发生的事儿回到许多概率的不确定叠加中去
还是按照彭罗斯的称呼啊
我们把这个叫做呢
r过程
其实呢
就是所谓的坍缩
如何解释r过程的发生
这就是困扰我们的难题
哥本哈根派认为呢
观测者引发了这一过程
个别极端的则扯上了意识
那么多世界解释又有何高见呢
他的说法可能让你大吃一惊
根本就没有所谓的贪缩啊
而过程实际上从未发生过
从开天辟地以来呢
在任何时刻
任何孤立系统的波函数都严格的按照薛定谔方程以优过程演化
如果系统处在叠加态
它必定永远按照叠加态演化
可是
等等
这样说固然意气风发
酣畅淋漓
但他没有解答我们的基本困惑呀
如果叠加泰是不可避免的
为什么我们在现实中从未观察到同时穿过双缝的电子或者又死又活的猫呢
让我们来小心的看看埃弗莱特的假定
任何孤立系统都必须严格的按照薛定谔方程演化
所谓孤立系统
指的是与外界完全隔绝的系统
既没有能量
也没有物质交流
这是一个理想状态
在现实中很难做到
所以几乎是不可能的
只有一样东西例外
我们的宇宙本身
因为宇宙本身包含了一切
所以也就无所谓外界
把宇宙定义为一个孤立系统
似乎是没有什么大问题的
宇宙包含了n个粒子
n即便不是无穷
也是非常非常大的
但这不是本质问题
我们仍然可以把整个宇宙的状态用一个态矢量来表示
描述宇宙波函数的演化
多世界解释的关键在于啊
虽然宇宙只有一个波函数
但这个极为复杂的波函数却包含了许许多多互不干涉的子世界
宇宙的整体态矢量呢
实际上是许许多多子矢量的叠加核
每一个子矢量都是在某个子世界中的投影
分别代表着薛定谔方程一个可能的界
为了各位容易理解啊
我们假设一种没有维度的质点人
它本身是一个小点
而且只能在一个维度上做直线运动
这样一来
他所生活的整个世界
便是一条特定的直线
对于这个据点人来说
他只能感觉到这条直线上的东西
而对别的是一无所知
现在
我们回到最简单的二维平面
假设有一个矢量一
二
我们容易看出啊
它在x轴上投影为一
y轴上投影为二
如果有两个质点人
a和BA生活在x轴上
b生活在y轴上
那么对于a军来说呢
他对我们的矢量的所有感觉
就是其在x轴上的那段长度为一的投影
而b军则感觉到其在y轴上的长度为二的投影
因为a和b生活在不同的两个世界里
所以他们的感觉是不一样的
但事实上
真实的矢量只有一个
它是a和b所感觉到的叠加
我们的宇宙也是如此
真实的
完全的宇宙态矢量
存在于一个非常高维
可能是无限维的希尔伯特空间中
但这个高维的空间却由许许多多低维的世界所构成
就正如我们这个三维空间可以看成有许多二维平面构成一样
每个世界都只能感受到那个真实的矢量在其中的投影
因此呢
在每个世界感觉到的宇宙都是不同的
总之
按照多世界解释
事情是这样的
宇宙始终只有一个
它的状态呢
可以为一个总体波函数所表示
这个波函数啊
严格而连续的按照薛定谔方程演化
但从某一个特定世界的角度来看呢
则未必如此
波函数随着时间的流逝变得愈加复杂
投影的世界也越来越多
薛定谔方程的每一个可能的解
都一定对应了一种投影
因此
一切可能发生的事儿
都在某个世界发生了
为了简便起见
在史化后面的部分里呢
我们还会使用分裂之类的词语
不过大家要把握它的真正意思
也有另外一种叫法
把每一个投影的分支都称为宇宙
而把总体的波函数称为多宙
这只是用词上的不同啊
包含的其实是一个意思
多宇宙和多世界指的是同一个理论
然而啊
还剩下一个问题
好吧 假如说
这电子每次通过屏幕的时候啊
都不曾坍缩
只不过两个世界的我们观测或感觉到不同的投影罢了
但为什么我们感觉不到别的世界呢
就比如说
观测到活猫
就无法同时观测到死猫
而相当稀奇的是
未经观测的电子却似乎有特异功能
可以感觉来自别的世界的信息
比如啊
不受观测的电子
必定同时感受到了左缝世界和右缝世界的信息
不然如何产生干涉呢
这其实啊
还是老问题
为什么我们在宏观世界中从来没有观测到量子尺度上的叠加状态呢
在埃弗莱特最初提出这多世界解释的时候啊
这仍然是一个难以解释的谜题
不过进入七十年代以后呢
泽苏雷克
盖尔曼等科学家提出了一种极其巧妙的理论
他迅速发展并走红至今
已经得到了大部分人的支持
这就是所谓的退向干理论
今天的饭后闲话呢
我们来聊一聊这科学史上的神话六
不管是阿基米德的浴缸
伽利略的斜塔
还是牛顿的苹果
这神话的一大特点就是在当时无人提起
也无据可查
直到漫长的岁月过去
当主角已经是名扬天下的时候啊
他们才纷纷出炉
而且描述的是活灵活现啊
瓦特的茶壶呢
又是一个例子
茶壶故事的最早源头呢
来自瓦特的表姐坎贝尔夫人
她在回忆录中呢
描写了瓦特的阿姨穆尔海德夫人如何训斥了瓦特不干正事
盯着一个茶壶出神的情景
问题是
回忆录呢
写于一七九八年
离开当年呢
又已经过去了差不多半个世纪
他字里行间那种栩栩如昨的叙述
其真实性怎么都令人捏一把汗
这故事的真假呀
我们先不论
关键在于
它到底带给了我们什么教育意义呢
瓦特难道真的是因为茶壶蒸汽的启发而发明了蒸汽机吗
今天我们都知道啊
事实远非如此
早在瓦特出生二十多年前
纽科门就制成了第一台实用的蒸汽机并投入使用
瓦特的杰出贡献在于对其进行了不断的改良
而其中涉及到了大量的物理
化学和机械上的知识
但他们和茶壶里冒出的蒸汽却是风马牛不相及的
可由于神话的暗示作用
至今许多人仍然条件反射般的将瓦特和蒸汽机发明者联系在一起
或许
正是这种把科学史简单化的心态
成就了神话的风行于世吧
另外一个类似的例子啊
是凯库勒的蛇
据凯库勒自称
他因为当年做梦
梦见了一条蛇咬住了自个儿的尾巴
从而灵机一动
发现了苯的环状分子结构
同样
这个声明呢
是他临死前几年才做出的
之前并没有任何的旁证
详查他的笔记和资料
人们并没有发现有这样一个忽然获得突破的日子
有一种说法认为
凯库勒在晚年存心编造了这样一个神话
以掩盖他实际上从别的化学家工作中获得启发的事实
不管怎么说
这以上的所有故事呢
至少还都能查到准确的来源
而所谓爱因斯坦的小板凳就令人一头雾水了
没有任何原始材料可以证明存在着这个可爱的故事
而爱因斯坦呢
也似乎并未留下手工方面的不良记录
正相反
他在小提琴上的天赋说明他是一个双手灵活的人
另外一种说法是
爱因斯坦小时候呢
是一个很笨
学习很差的孩子
靠日后的不懈努力成才
这也完全没有根据
从爱因斯坦的成绩单中呢
可以看出
他的成绩呢
是极为优秀的
当然
根据爱因斯坦本人的自述呢
他直到三岁才学会说话
普遍怀疑呢
他患有诵读困难症
在语言和表达上呢
存在着学习困难
但这个却和小板凳毫无关系
而且
他在语文上的成绩也并不差
一九二九年
爱因斯坦母校的校长为了证明学校的教育水平良好
特地翻阅了爱因斯坦的学习记录
发现啊
他在拉丁文上总是拿一分
在希腊文上也拿到两分
这个德国教育打分的方法是越低越好
也就是说啊
一分是唯优的
事实上啊
这小板凳故事呢
似乎只在国内流行
大概是哪一位中国人的意识创造吧
类似的名人意事啊
还有达芬奇
他原本只是学习用淡彩作画
不知何时便为一个好事之徒啊
赴会
成为了一个学着画鸡蛋的感人故事
还有许许多多别的神话
由于篇幅原因呢
无法一一详述
我们这样走马观花的简单剖析一些科学史上的传奇
并非有意去贬低任何一位科学巨人在历史上的地位
如果说可以达到什么目的的话
那么
除了起到娱乐八卦的效果之外啊
把历史从晕轮效应中还原出来
更准确的刻画出科学发展的详细历程
打破对于历史人物模式化的构建
才是富有意义的行为
当然啊
从另外一个角度来看
这些富有寓言色彩的故事
在教育和宣传上
仍然有着难以取代的效果
甚至我们的史画本身
为了增强可读性
也偶尔会有意无意的呀
向这个戏剧化的方面稍稍靠拢
只不过
我们终究是长大了
总不能老用孩子的天真眼光反复的读着同样的童话吧
您刚才收听到的是由磨铁图书出品的精品有声书上帝制头子嘛量子物理史话
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