在衆多量子力學的解釋中,多世界的解說一直都是一個疑雲,至今仍然有很多科普作者在引用這個理解,這也給人們的認識造成了很多的誤區。事實上,多世界假說已經被量子力學的研究所否定。下面我們就一起來看看,究竟是怎麼回事。
多世界理論
多世界理論提出的背景
這裡必須要提一下那隻著名的薛定谔的貓。與雙縫實驗所證實的人們的宏觀經驗不再适用于微觀領域不同,薛定谔的貓則讓人們必須放棄熟悉但并不真實的經典觀念,經典力學也因此無法為微觀世界,進而為整個世界提供一個真實的描述。這是量子力學創立之初,物理學家們就已經意識到的問題。
薛定谔的貓觸及到了量子力學的宏觀表現問題,這隻又死又活,或者說是不死不活的貓無法解釋宏觀世界的存在。這說明了量子力學同樣是一個不完備的理論,同樣不能為微觀世界和宏觀世界提供一個一緻的統一描述。薛定谔的貓令人信服地說明了量子力學的不完備狀态。
薛定谔的貓
薛定谔的論證是集中于波函數演化過程的不完備性。薛定谔指出,必須要對波函數的塌縮過程給出物理描述和說明才能完善量子力學。量子力學的這種不完備性并不是哲學上的虛幻,而是真實的物理存在。
由于波函數的塌縮過程中有很多奇異的性質,比如瞬時性和非連續性、超距性等,這導緻一些物理學家為了走捷徑而選擇了多世界假說。因為在多世界假說中,沒有波函數的塌縮,世界又重新回到經典的定域性和因果性。
可以說哥本哈根學派關于波函數的概率解釋已經是革命性質的了,但是他們仍然都是堅持宏觀世界的确定性,這從玻爾的對應原理就可以看出來。畢竟經典物理是我們真切的感覺經驗。然而比玻爾更具革命性的理論出現了。他們認為,宏觀世界與微觀世界一樣是不确定的,存在無限多個世界。
貝爾不等式
相對态引入了“意識”的作用
多世界觀點是真實世界的寫照嗎?如何用多世界理論來解釋不塌縮的波函數為什麼會帶來确定的測量結果呢?薛定谔的貓如何才能擺脫半死不活的狀态呢?1957年,普林斯頓大學的研究生埃弗雷特三世提出了一種可能的解決辦法,他稱之為量子力學的相對态表述。
埃弗雷特認為,觀察者在其中起到了重要的作用。在測量過程中,測量儀器與被測系統的狀态之間發生關聯,當觀察者對儀器進行讀數時,他的狀态也與測量儀器、與被測系統的狀态關聯起來。于是這三者形成了一個符合系統的整體,根據薛定谔方程,被測系統的不确定性将傳遞給整個複合系統,即它也處在疊加态。
疊加态
在複合系統的疊加态中,每一個分支都包含一個确定的觀察者态、一個具有确定讀數的測量儀器态,一個确定的被測系統态,因此,疊加态中的每個分之都描述一個感知到确定結果的觀察者,對于這個觀察者被測系統的狀态似乎已經被轉換成對應的塌縮态。
于是,對于每個由疊加态中的一個分支所描述的觀察者來說,波函數的塌縮似乎已經在主觀水平上發生,而他隻感知到一個确定的結果。很顯然埃弗雷特的觀點是錯誤的,因為,如果隻有一個世界,而這個世界中隻有一個觀察者,那麼他的論證就是不成立的,觀察者的感知狀态同樣是不确定的。
美國物理學家迪威特注意到了這個問題,他與他的學生格拉漢姆給出了更清晰的表述。他們認為,在測量過程中,初始波函數描述的世界分裂為許多個相互不可觀察但同樣真實的世界分支,他們中的每一個都對應于整個系統疊加态中的一個确定的成員态。在每個單獨的世界分支中,一次測量隻産生一個确定的結果,但各個世界分支中的結果并不相同。
這就是後來被世人所熟知的多世界解釋。
多世界解釋是正确的嗎?
事實上,多世界的解釋存在嚴重的問題,不僅有哲學上的問題,也有物理和數學上的困難。其中最明顯的問題就是概率解釋問題,即關于确定性測量結果的概率解釋如何來源于一個決定論的波函數演化,這個波函數包含了對應于所有可能測量結果的狀态。如果所有可能的結果都是已經發生的,那麼結果出現的概率有什麼意義呢?
另一個嚴重問題是,多世界觀點必須解釋測量結果出現的概率為相應波函數分支幅度的平方。為此,它就必須要增加更多新的假設,這不符合科學研究的基本原則,同時也讓多世界觀點變得越來越複雜。
目前,為了解決多世界觀點所存在的問題,新的多世界變種不斷出現,但沒有一個令人完全滿意。多世界觀點的根本問題仍然在于它沒有解釋清楚什麼是一次測量。這種認為發生一次測量,宇宙就分裂一次,但如果沒有解釋清楚測量過程,這種多世界解釋沒有任何意義。
新的多世界變種不斷出現
邁不過去的坎——測量
在多宇宙觀點中,試圖用分裂的宇宙來代替波函數塌縮。為了完善這個理論,物理學家們提出了各種方法,比如退相幹法、一緻曆史法等等,但是這些努力的最終結果仍然是不能令人滿意的,他們所完成的隻是貝爾意義上FAPP。
這是因為,物理上沒有一個确定的退相幹标準。究竟退相幹到什麼程度才算是分裂呢?所以,退相幹理論并不能從根本上解決測量的難題。說到底,物理學家們仍然逃不過去描述測量過程,即描述從量子到經典的轉變過程。這個困境從量子力學建立起來之後就一直存在,是所有研究量子力學的物理學家們的一道邁不過去的坎。
實驗驗證
多世界假說與實驗結果相違背
多世界假說違背概率規則,與實驗事實不符,是多世界假說的一個緻命傷。例如,對波函數幅度不同的兩個分支疊加态進行測量,按照多世界假說的預言,宇宙将分裂成兩個拷貝,在每個拷貝中有一個測量結果,于是兩個測量結果出現的概率将是相同的,而根據哥本哈根的概率規則,它們應當等于相應分支的波函數摸的平方,所以是不同的。
1985年,英國物理學家得益奇為了解決多世界假說中的測量問題和概率解釋之間的沖突,提出了另外一個變種——世界差别表述。在這個表述中,得益奇用無限多個數目不變的世界出現差别來取代宇宙分裂過程。盡管如此,仍然沒有能從根本上解決概率解釋問題
正因為如此,多世界假說其實是一個錯誤的理論。
概率統計
結束語
相信小夥伴們讀到這裡的時候,已經搞明白了,多世界假說其實是為了解釋波函數塌縮所引入的另外一種假設,它非但并沒有從根本上解決量子力學中的概率問題,同時也與實驗事實相違背,是一個錯誤的理論。
就是這樣一個錯誤的理論,直到今天,仍然有大量的科普作者在宣傳推廣,這不得不說是這些科普作者的硬傷。這個錯誤的理論還帶來了另外一種極端的變種——多心靈理論。
可以這樣說,100多年來來人類科學的成果要超過之前人類知識的總和,但同時,科學給人類所帶來的困惑同樣也要超過之前人類已有的困惑的總和。
事實證明,蘇格拉底說對了——知道的越多,才知知道的越少。
作者:郭哥聊科學(科普作家、物理學專業人士)
附錄:
平行宇宙是否符合佛教的宇宙觀?節選:
先說标準答案:不符合,二者之間沒有任何關系。
佛教的宇宙觀是:一個以須彌山為中心的世界是宇宙的最小單位,稱為一個“小世界”,一千個這樣的小世界是一個小千世界,一千個小千世界加起來是一個中千世界,一千個中千世界加起來是一個大千世界;合成三千大千世界。所謂的“三千大千世界”是個計量單位,與平行宇宙沒有關系。
平行宇宙,這是一個數學推理得到的概念,或者說是一種形而上學的哲學概念。平行宇宙并不屬于科學理論。科學理論必須提供出可以驗證的方法,而平行宇宙無法做出任何的驗證。而佛教的理論,嚴格意義上屬于巫學範疇,也并不是科學理論。從等級上來說,平行宇宙要比佛教的世界觀更加高級。這是因為,哲學要高于巫學。
平行宇宙學說并不是科學理論
佛教确實有“三千世界”之說,但是這種說法并不為奇。“三千世界”與平行宇宙并沒有關系,它們之間可謂一絲一毫的關系都沒有。很多人誤以為“三千世界”學說很厲害,認為這是佛陀這個人很早就知道了宇宙的數量衆多,所以佛陀特别厲害。其實,這是他們極其錯誤的認識。
所謂的“三千世界”,隻不過是一個很低級、粗淺的概念,即使一個不懂科學知識的小孩子也可以随意說出這樣的話。但是,提出一個"概念"并沒有多大的用處,還得讓這個概念符合數學模型,并且給出實驗方法來驗證這個概念。否則,這個概念就隻不過概念,它就永遠成為不了科學理論。
比如:
我随手在黑闆上稍一比劃,說:500000年後,我相信月球和地球之間會建設起一條宏偉壯觀的地月軌道。那麼,假設未來的某一天,工程師們真的在月球和地球之間建設了一條太空運輸軌道,我是不是就一躍成為了“太空軌道之父”了?當然不是了!
某些人喜歡誇誇其談所謂的“三千世界”“一花一世界”“宇宙是外星人的細胞”之類,其實這些假設充其量是一些無依無據、形而上學的思辨。但是,我們絕對不能把思辯等同于科學理論。北師大的田松指出:
思辯與科學理論之間,可以說是有天壤之别。比如,我們把提出“日心說”的優先權給予哥白尼,而不是古希臘的阿裡斯塔克;把提出“原子論”的優先權給予道爾頓,而不是留基伯或德谟克裡特。
所以說,“三千世界”之類無非就是一個簡單的思辨,既不可能與科學理論和客觀世界有聯系,也并非什麼真正有意義的學問,隻不過是小孩子都足以提出的戲言罷了。
佛教的世界觀,其主要的核心就是須彌山信仰。
學術界早就明确指出來,須彌山信仰原本起源于古印度的婆羅門教,佛教後來進行了繼承和創造。佛教的須彌山信仰認為,宇宙的中心就是須彌山。從須彌山的山腳,一直到山頂,分布着各層級的天國,住着數量難以計數的天人。依據專業學者的可靠考證,須彌山是有原型的,它的原型就是在我國西藏普蘭縣的岡仁波齊峰。
岡仁波齊峰(Kangrinboqe),山頂高度海拔6656米,是中國岡底斯山脈主峰,也是岡底斯山脈第二高峰,位于西藏自治區西南部普蘭縣北部。藏語意為神靈之山。岡底斯藏語稱“岡仁波齊”或“崗仁波齊”,意義是雪山之寶。在佛教的理論假說之中,岡底斯聖山是八千萬世界之中西方的俄摩隆仁或西方極樂世界之地,曾誕生八千萬賢能并傳播佛法的聖地。印度教(古稱婆羅門教)認為,該山為濕婆的居所,世界(宇宙)的中心。佛教繼承了這一說法。
西藏境内的岡仁波齊峰,在當時被認為是宇宙的中心
由此可見:
由于佛陀對世界的知識非常匮乏,以為岡仁波齊峰就是整個宇宙的中心,所以在此錯誤的認知基礎上發展了須彌山信仰。由此可見,須彌山信仰和我們的客觀宇宙其實并沒有任何的聯系。讓我們仔細了解一下佛教的宇宙觀,看看到底是怎麼一回事:
佛陀是如此解釋三千大千世界的:
“佛言:比丘,如一日月所行之處,照四天下,如是等類,四天世界。有千日月所照之處,此則名為一千世界。諸比丘,千世界中,千月千日千須彌山王、四千小洲、四千大洲、四千小海、四千大海、四千龍種姓、四千大龍種姓、四千金翅鳥種姓、四千大金翅鳥種姓、四千惡道處種姓、四千大惡道處種姓、四千小王、四千大王、七千種種大樹、八千種種大山、十千種種大泥犁、千閻摩王、千閻浮洲、千瞿陀尼、千弗婆提、千郁單越、千四天王天、千三十三天、千夜摩天、千兜率陀天、千化樂天、千他化自在天、千摩羅天、千梵世天……諸比丘,此千世界,猶如周羅(周羅者隋言髻),名小千世界。諸比丘,爾所周羅一千世界,是名第二中千世界。諸比丘,如此第二中千世界,以為一數,複滿千界,是名三千大千世界。諸比丘,此三千大千世界,同時成立,同時成已而複散壞,同時壞已而複還立,同時立已而得安住。如是世界,周遍燒已,名為散壞;周遍起已,名為成立;周遍住已,名為安住;是為無畏一佛刹土衆生所居。”
我來解釋一下這段經文:
一日月所行之處(佛陀虛構編造的世界以須彌山為中心,日月圍繞須彌山山腰運行),照四天下(四大部洲),如是等類,四天世界(四天王天。上述既佛教最小的世界單位“小世界”)。有千日月所照之處,此則名為一千世界(一千世界既一“千世界”,一個千世界。一千個同樣的小世界名為“千世界”既“小千世界”)……諸比丘,此千世界,猶如周羅(周羅者隋言髻),名小千世界。諸比丘,爾所周羅一千世界,是名第二中千世界。諸比丘,如此第二中千世界,以為一數,複滿千界,是名三千大千世界。
由此可見,佛教的“三千大千世界”僅僅是一個計量單位。
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