編著:這篇文章首次出現在FQXi社區網站上。該網站是一個關于物理學、宇宙學以及數學的網站。在這些領域,它為公眾對既有的知識和未來的發現做出深入的理解,從而影響和改變我們對世界的認知。FQXi是我們“科幻文學,科學世界”項目的合作者。你可以在該項目中,提出任何你想得到答案的關于前沿物理學的問題。這篇文章就是為了回答如下問題“平行宇宙存在嗎?”。在FQXi網站,你還可以找到關于這個問題的其它文章以及播客。
“這個人有著優美而深邃的思維。這個無與倫比的天賦使得這位普林斯頓的數學家對博弈論有著深刻的洞見,然而,終其一生,他始終未能克服自己的心魔。”這不是約翰·納什(博弈論專家)的故事,也不是某個諾貝爾獎獲得者或者暢銷自傳書里、更不是奧斯卡獲獎電影里的故事。我們要介紹的主人公,休·艾弗雷特,他的故事完全能夠跟這些故事媲美。正是他提出了量子力學中的平行宇宙理論。
艾弗雷特并不是好萊塢演員羅素·克洛出演的電影角色。這個物理學天才的故事最后是被駐守在加州的調查記者皮特·拜里介紹給公眾的。該記者曾得到FQXi三萬五千美元的資助。拜里的本職工作是調查“企業和政府的瀆職行為”。這是一個與量子物理和平行宇宙毫無關系的課題。但是,在2000年,他的朋友史蒂芬·申克—一個在加州斯坦福大學的物理學家,向他介紹了所謂的“詭異的物理學”。在寫了幾篇頗受歡迎的物理學文章之后,拜里正想找一個更好的可供報道的物理學題材。難道還有什么題材比報道提出多重宇宙的人更有意義的嗎?
于是,像處理其他調查事件一樣,經驗豐富的記者拜里開始著手準備這個故事。他的第一個信息來源于一個俄裔的物理教材打印商—尤金·史可霍色夫。該打印商為艾弗雷特在線寫了個傳記。拜里一下子就被反英雄形象的艾弗雷特吸引住了。他注意到艾弗雷特是個酒鬼,有抑郁癥,在自己的理論未被理解和獲得尊重前就死了(一開始,艾弗雷特的理論被認為是胡說八道)。
隨著拜里的深入調查,一個凡事纏身但有著巨大天賦的物理學家的形象開始浮出水面。
艾弗雷特幼年沒有正常的家庭生活。他的軍人父親和藝術家母親在仍然需要到墨西哥去解除婚姻關系的時候就離了婚。艾弗雷特從來沒有和他也患有抑郁癥的母親和解,但卻非常喜歡他的父親。
然而,在學業上,艾弗雷特總是名列前茅。在普林斯頓讀研究生的第一年里,他就結識了很多前沿的博弈論理論家,并且寫了一篇現在看來在該領域很經典的論文。
在研究生第二年里,他成功的邀請到了德高望重的約翰·惠勒當他的導師(約翰·惠勒在量子物理學和廣義相對論領域曾做出了基礎性貢獻)。他的博士論文里就包含了他的革命性和持久性的多重世界理論。
拜里在艾弗雷特的獨子馬克·艾弗雷特(樂隊Eels的創始人)那里得到了關于這個理論的一些新材料。在地下室里,馬克保存了父親一箱箱的遺物和文件。拜里說:“在那個地下室里,傳記作者能得到做夢才能得到的資料,因為所有的東西塵封未動。我在那里找到了艾弗雷特畢業論文的原稿,我還找到了對他的理論有啟發作用的三篇小論文。這些東西復興了許多關于艾弗雷特真實思考的討論。”
后來,艾弗雷特開始研究量子力學中讓人迷惑的度量問題。19世紀20年代,量子力學的先驅們在哥本哈根開會時,試圖對某些現象給出標準解釋。比如,在被觀察前,量子物體不能在單一狀態下存在而是被一個含有多個狀態疊加的波函數所描述,形象的比喻為在一個盒子里,薛定諤的貓在同一時間即是活的又是死的。然而,一旦度量給定,波函數“奔潰”,量子物體只能選擇一個狀態。
但艾弗雷特不滿意這個解釋。從本質上講,他想知道為什么僅僅因為觀察者的介入,波函數就必須奔潰。他辯解道, 如果觀察者本身成為疊加對象那么波函數就不必奔潰。相反地,由于觀察者和量子物體之間的關聯,觀察者對物體來說可以“分身”成很多副本。如此,每一個量子狀態的可能性都能被滿足。貓能同時活著和死亡,恰恰是因為在平行的世界里。
惠勒對這個觀點印象深刻,并介紹給了量子力學界的重量級人物尼爾斯·波爾。波爾當時主要負責哥本哈根解釋。但是波爾沒有理會這個觀點。因此,艾弗雷特的畢業論文被砍掉了幾乎四分之三,而且還被重新組織以便與波爾的觀點的沖突減到最小。1957年,當文章發表的時候,沒有立刻引起太多的反響。
波爾的反對重挫了艾弗雷特的積極性,他決定放棄待在學術界了。在畢業論文發表之前,他在五角大樓智庫找了份工作,研究核戰。在那里,他發現放射性物質的失控能引起比任何人能夠想象到的更為嚴重的后果。他也研究過進攻性核武器和防御系統的“成本-效應”優化問題。他還寫了高度機密的氫彈目標程式第一個軟件“單一集成操作軟件”的大部分源代碼。
“艾弗雷特本身就是個奇愛博士”,拜里說:“本質上,他是個冷戰的技術專家。這兒有一些他親自設計的的場景。而且他相信,在他的平行宇宙里發生過。”
但艾弗雷特以后的生涯與平行宇宙這個深奧問題沒太多關系。他早期的工作倒贏得了一些地下追隨者。其中之一就是拜里曾經與之交談過的惠勒的前學生、拉莫斯國家實驗室的沃杰克·祖瑞克。他說艾弗雷特給了一代物理學家以量子的方式了解宇宙的機會。這個與波爾的經典宇宙理論完全不同。
在19世紀60年代和70年代,理論物理學家、《現代物理評論》雜志的執行編輯布萊斯·德惠特發表了艾弗雷特的博士論文并高度贊揚了他的理論。盡管德惠特并沒有完全同意艾弗雷特的觀點,但被他的智慧所折服。德惠特曾寫信給艾弗雷特說“并沒有感覺到自己被分身”時,艾弗雷特反擊說批評哥白尼的人也曾說從來沒感覺到他們自己在天堂里穿越過。
同時,艾弗雷特和同僚們也創建了一個私營公司,專門為五角大樓運行分類好的計算問題。但幾年后,公司破產了,艾弗雷特結束了僅僅為了生計而做的自己并不敢興趣的計算問題。
私底下,艾弗雷特也在掙扎。他嗜酒到每頓中餐要喝大量的馬提尼酒,還在工作場所內外追求女色。他吃生漢堡,一天要抽三包煙。更要命的是,他與他的家庭完全失去了聯系。盡管收到過多次警告,他很吃驚自己十幾歲的女兒試圖自殺。此事發生的一個月后,艾弗雷特以51歲的年紀于1982年死于很嚴重的心臟病。
很可惜的是,艾弗雷特沒能看到自己的工作在現在的物理學家和宇宙學家中贏得的尊重。
有一些杰出的量子計算機科學家甚至認為量子計算機的能力來源于其它宇宙中解決復雜問題的“單元”的疊加,然后在這個宇宙中把答案重新組裝起來。在2007年,《自然》期刊的封面專門紀念了艾弗雷特理論誕生50周年。
當然,現在這個理論仍然有爭議,許多人發現它太難懂了。加拿大安大略省滑鐵盧周界理論物理研究所的克里斯·福奇斯認為這是一個對宇宙的空洞的解釋。在哥本哈根解釋后,它沒有告訴我們任何能導致量子理論發展的新內容。
“關于哥本哈根解釋的一個自然反應就是它只描述了一個特定的方向,所以這(艾弗雷特的理論)是一個有意義的工作,因為到最后,我們確實得拋棄認為觀察者是量子世界不可分割的一部分這個想法。這個理論確實這樣做了。” 福奇斯說,“但是,這一個世界的認知對另一個世界可能不是非常有效。在這當中,你又要付出什么代價呢?”。
拜里沒有科學背景,但他認為正是他過去的記者調查的經歷發現了艾弗雷特故事的主要價值。“我的一個技巧就是閱讀大量的政府官樣文章,收集一些有趣的事件。現在,我已閱讀了大量的物理學文章。雖然大部分只閱讀了其中的方程,但已經收集了足夠一本書的故事。”
申克認可作為一個記者,拜里從新的層面詮釋了艾弗雷特的生活,描述了一個帶有人類缺陷的偉大科學家的點點滴滴。
“皮特從大量的文件中,挑選整個故事的本質部分,”申克說:“這并不僅僅是把一篇文章打印出來,然后試圖理解它的意思的問題。他從整個人類群體的表象下面發掘,追根究底找出到底發生了什么,才寫出了這個故事。”
所以,拜里相信存在這樣一個平行世界,艾弗雷特在里面不用這樣悲慘地受盡生活的折磨嗎?
“當你想找出人們在另一個宇宙中怎么生活的時候,其他大部分的宇宙很可能或多或少跟艾弗雷特生活過的這個宇宙一樣。所以,在大部分宇宙中,他可能過得不快活”,拜里說:“但也存在著無數的宇宙,在那里面,他不但過得很快樂而且還得了諾貝爾獎。”