有關多重世界詮釋理論（Many-worlds theory）的第二部分。

今年加州理工的理論物理學家卡羅爾(Sean Carroll)出版了一部新書，題為"Something Deeply Hidden: Quantum Worlds and the Emergence of Spacetime"（《深藏不露：量子世界和時空的湧現》，以下簡稱《深藏不露》）。本文是對這部著作的書評同時又簡要的介紹了量子力學的多重世界詮釋。

在《深藏不露》的開頭，卡羅爾引用了伊索寓言中狐狸和葡萄的故事。一隻飢餓的狐狸試圖去夠藤上的一串葡萄，結果發現夠不到，又不想認輸，於是宣稱葡萄不能吃，轉身跑了。卡羅爾說，這則寓言涵概了物理學家如何看待量子力學的古怪含義。

1950s年代提出的“多重世界”理論認為平行世界時時刻刻彼此分離

平行宇宙之父

卡羅爾希望這種情況能停止。他認為，用多世界理論，狐狸就可以吃到葡萄。該理論由美國物理學家休·埃弗雷特於20世紀50年代末提出，它把我們的宇宙看作無數相互分離的平行世界中的一個，一納秒接著一納秒，沒有交叉或通訊。

加州理工學院的理論物理學家 Sean Carroll

60年過去了，多重世界理論是人類歷史上最奇異但又完全合乎邏輯的理論之一，它直接從量子力學的基本原理髮展而來，沒有引入任何外部元素。它已經成為流行文化的一種主題，儘管許多受其啟發的電影和電視劇情節總是無視這一理論，就像2011年的影片《另一個地球》那樣，強調平行世界之間的聯繫。

在《深藏不露》這本書中，卡羅爾很有說服力地解釋了多世界理論及其後埃弗雷特時代的演化，以及為什麼我們的世界看起來如是。卡羅爾稱埃弗雷特的智慧結晶是“我們關於現實的最佳視點”，這在很大程度上是因為它純粹的邏輯性質。

抓住波函數

量子力學是現代亞原子物理學的基本框架。它已經成功地經受住了近一個世紀的考驗，包括法國物理學家愛斯派克特(Alain Aspect)確認糾纏(entanglement)——或特定種類量子現象間的超距作用——的實驗。在量子力學中，世界是通過兩種基本成分的組合展現的。一種是光滑的、完全確定的波函數：一種以粒子位置和特徵的多種可能性形式表達粒子信息的數學表述。第二個是實現其中某一可能性並消除所有其他可能性。關於這是如何發生的眾說紛紜，但這可能是由於對波函數的觀察，或者由於波函數進入了經典世界的某些部分。

許多物理學家表面上接受了1920s年代由玻爾(Niels Bohr)和海森堡(Werner Heisenberg)從觀念上拼裝的哥本哈根詮釋(Copenhagen interpretation)【注：這句話並不嚴謹】。但由於幾個原因，哥本哈根詮釋難以被接受。其中一個事實是波函數是不可觀測的，預言是概率性的，使函數塌縮的原因是神秘的。

覲見“教皇”玻爾，右二為H.E. (見微頭條說明)

我們如何理解這種坍縮波？方程起作用，但是波函數"是什麼"是解釋量子力學爭論的關鍵。卡羅爾概述了哥本哈根解釋的幾種替代方案，以及它們的優缺點。

一種選擇是愛因斯坦和玻姆等人所倡導的隱變量方法，該方法基本上認為波函數只是暫時的修正，物理學家最終將取代它。另一種被福克斯(Christopher Fuchs)稱為量子貝葉斯主義【注：quantum Bayesianism，有時簡稱QBism，參見前文《量子貝葉斯主義》，實際上量子力學的詮釋遠不止這兩種】的理論認為，波函數本質上是主觀的。因此，它僅僅是我們就測量結果應該相信什麼的一個指南，而不是亞原子世界真實特徵的一個名稱。在海森堡晚年，他提出，我們必須改變對現實本身的看法。回顧亞里士多德提出的"潛能"(potency)概念——就像橡樹子在適當的背景下長成橡樹的潛力一樣——他認為波函數代表了一種"中等"(intermediate)層次的現實。

愛因斯坦、玻爾及量子理論之戰

卡羅爾認為，多世界理論是理解量子力學最直接的方法。它接受波函數的現實。實際上它說，整個宇宙只有一個波函數，且只有一個。它進一步指出，當一個事件在我們的世界中發生時，波函數中包含的其他可能性不會消失。相反，新的世界被創造出來，每一種可能性都是現實。該理論在量子力學概念框架內的純粹的簡單性和邏輯啟發卡羅爾稱其為"勇敢的"方法。他斷言，不要擔心那些額外的世界——我們看不見它們，如果多世界理論是正確的，我們就不會注意到它們的不同。許多其他的世界與我們的世界平行，但卻隱藏得如此之深，以至於它們"就像被鬼魂居住一樣"。

愛因斯坦和玻爾

分叉的貓

對物理學家來說，這個理論很有吸引力，因為它解釋了量子力學中的許多困惑。例如，在薛定諤關於"半死不活"貓的思想實驗中，貓只是分叉到不同的世界，每個世界只留下一隻貓在盒子裡。卡羅爾還指出，該理論為某些複雜現象提供了更簡單的解釋，比如黑洞為何輻射。此外，這一理論可能有助於對量子力學與相對論如何結合等難題提出一些仍屬猜測性的想法。

薛定諤的半死不活貓

關於量子力學的實在論立場

《深藏不露》是針對非科學家的，又稍稍兼顧那些仍在為量子力學的意義爭論不休的物理學家。卡羅爾向讀者介紹從普朗克到現在量子物理學發展的最新狀況，並解釋了為什麼在闡述多世界理論之前很難解釋它。該書的核心是關於該理論含義的"蘇格拉底式對話"(Socratic dialogue)。這段介於哲學上敏感的物理學家和科學上敏銳的哲學家之間的插曲，旨在掃除非科學家可能持有的直覺上的保留（態度）。

然而，對於卡羅爾輕鬆活潑、未經檢驗的關於現實的觀點，非科學家們可能會有揮之不去的問題。像許多物理學家一樣，他假設現實就是科學理論所說的那樣……難道我們必須追隨海森堡的領導嗎?也就是說，我們是否必須依靠工具來討論哲學家們幾千年來發展起來的現實複雜性，來解釋為什麼狐狸很難得到那些葡萄？

多怪異的想法！

原文文獻：

Nature 573, 30-32 (2019)，https://www.nature.com/articles/d41586-019-02602-8.