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量子物理史话-第58部分
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缭谖颐堑牧校攵阅骋怀【咛宓谋热ㄊぁǎㄆ健ǎǜ骸ň褪且桓龊戏ǖ睦纷澹谒侵渲挥幸桓瞿芄环⑸蛭腔ハ嘀涠家丫负趺挥辛怠５牵谑侠猛氖址ǎ颐且部梢远ㄒ逡恍┝硗獾睦纷澹峭戏ǎ”热缥颐遣⒉灰欢ü刈⑹じ汗叵担梢钥悸橇硗獾姆矫姹热缃蚴Ｏ衷谖颐墙辛硪恢执至；驯热峁治挥薪颉ǎń艘桓銮颉ǎń肆礁銮颉ㄒ约啊ń肆礁鲆陨系那颉ā４邮峡矗�4种历史同样符合〃一致条件〃，它们构成了另一个完好的退相干历史族！
现在，当我们观测了一场比赛，所得到的结果就取决于所选择的历史族。对于同一场比赛，我们可能观测到〃胜〃，但换一个角度，也可能观测到〃进了两个球〃。当然，它们之间并不矛盾，但如果我们仔细地考虑一下，在〃现实中〃真正发生了什么，这仍然叫我们困惑。
当我们观测到〃胜〃的时候，我们假设在其属下所有的精粒历史都在发生，比如1：0，2：1，2：0，3：0……所有的历史都发生了，只不过我们观测不到具体的精细结果，也对它们并不感兴趣。可对于同样一场比赛，我们也可能观测到〃进了两个球〃，这时候我们的假设其实是，所有进了两个球的历史都发生了。比如2：0，2：1，2：2，2：3……
现在我们考虑某种特定的精粒历史，比如说1：0这样一个历史。虽然我们从来不会实际观测到这样一个历史，但这并不妨碍我们去问：1：0的历史究竟发生了没有？当观测结果是〃胜〃的时候，它显然发生了；而当观测结果是〃进了两个球〃的时候，它却显然没有发生！可是，我们描述的却是同一场比赛！
DH的本意是推翻教科书上的哥本哈根解释，把观测者从理论中赶出去，还物理世界以一个客观实在的解释。也就是说，所有的物理属性都是超越于你我的观察之外独立存在的，它不因为任何主观事物而改变。但现在DH似乎是哑巴吃黄连有苦说不出。〃1：0的历史究竟是否为真〃这样一个物理描述，看来的确要取决于历史族的选择，而不是〃客观存在〃的！这似乎和玻尔他们是殊途同归：宇宙中没有纯粹的客观的物理属性，所有的属性都只能和具体的观察手段连起来讲！
但DH的支持者辩护说，任何理性的逻辑推理（reasoning），都只能用在同一个退相干家族中，而不能跨家族使用。比如当我们在〃胜，平，负〃这样一族历史中得到了〃1：0的精粒历史发生了〃这样一个结论后，我们绝不能把它带到另一族历史（比如〃没进球，进1球，进2球，进2球以上〃）中去，并与其相互比较。他们把这总结成所谓的〃同族原则〃（single family rule），并宣称这是量子论中最重要的原则。
这一点先放在一边不论，DH的另一个难题是，在理论中实际上存在着种类繁多的〃退相干族〃，而我们在现实中观察到的却只有一个！还是拿我们的量子联赛来说，就单单一场比赛而言，我们在前面定义了一个退相干族，也就是〃胜，平，负〃。这一族中包含了3大种粗粒历史，它们之间都互相退相干。这看上去一点都不错，但问题是，并不只有〃胜，平，负〃这样的分法是可能的，还有无穷种其他的分法，其中的大部分甚至是千奇百怪，不符合常识的，但理论并没有解释我们为何观测到的不是这些另外的分类！
比方说，我们从理论上定义3种历史：〃又胜又平〃，〃又胜又负〃，〃又平又负〃，这3种历史在数学上同样构成一个合法并且完好的退相干族：它们的概率可以经典相加，你无论观测到其中的哪一种，就无法再观测到另外的两种。但显然在实际中，一场比赛不可能〃又胜又负〃，那么DH就欠我们一个解释，它必须说明为什么在现实中的比赛是分成〃胜，平，负〃的，而不是〃又胜又平〃之类，虽然它们在数学上并没有太大的不同！
在这个问题上，DH的辩护者也许会说，理论只有义务解释现实的运作，而没有义务解释现实的存在！我们是从现实出发去建立理论，而不是从理论出发去建立现实！好比说〃1头牛加1头牛等于2头牛〃和〃1头斯芬克斯加1头斯芬克斯等于2头斯芬克斯〃在数学上都是成立的，但数学没有义务解释为什么在现实世界中，实际可供我们相加的只有牛，而没有斯芬克斯这样的怪兽。在这一点上实证主义者和柏拉图主义者往往会产生尖锐的冲突，一个突出的例子是我们在后面将会略微讨论到的超弦理论。弦论用10个维度来解释我们的世界，其中6个维度是蜷缩的，但它没有说明为什么是6个维度蜷缩，而不是5个或者8个维度，这使它受到了一些尖锐的诘问。但实证主义者常常会对这样的穷追猛打感到奇怪：因为只有假设6个维度蜷缩才能解释我们观测到的现实世界（现实世界是4维的），这就够了嘛，这不就是所有的理由吗？哪还来的那么多刨根问底呢？
不过DH的支持者如果护定这样一种实证主义立场的话，他们也许暂时忽略了建立这个理论的初衷，也就是摆脱玻尔和海森堡的哥本哈根解释那可是最彻底的实证主义！不管怎么说，在这上面DH的态度是有些尴尬的，而有关量子力学的大辩论也仍在进行之中，我们仍然无法确定究竟谁的看法是真正正确的。量子魔术在困扰了我们超过100年之后，仍然拒绝把它最深刻的秘密展示在世人面前。也许，这一秘密，将终究成为永久的谜题。
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饭后闲话：时间之矢
我们生活在一个4维的世界中，其中3维是空间，1维是时间。时间是一个很奇妙的东西，它似乎和另3维空间有着非常大的不同，最关键的一点是，它似乎是有方向性的！拿空间来说，各个方向没有什么区别，你可以朝左走，也可以向右走，但在时间上，你只能从〃过去〃向〃未来〃移动，而无法反过来！虽然有太多的科幻故事讲述人们如何回到过去，但在现实中，这从来也没有发生过，而且很可能永远不会发生！这样猜测的理由还是基于某种类似人择原理的东西：假如理论上可以回到过去，那么虽然我们不行，未来的人却可以，但从未见到他们〃回来〃我们这个时代。所以很有可能的是，未来任何时代的人们都无法做到让时钟反方向转动，它是理论上无法做到的！
这看起来很正常，无法逆着时间箭头运动，这似乎天经地义。但在物理上，这却是令人困惑的，因为在理论中，似乎没有什么特征可以显示出时间有一个特别的方向。不论是牛顿还是爱因斯坦的理论，它们都是时间对称的！中学老师告诉你t0时刻的状态，你就可以向〃未来〃前进，推出tn时刻，但也可以反过来向〃过去〃前进，推出tn时刻。理论没有告诉我们为什么时间只能向tn移动，而不可以反过来向tn移动！事实上，在基本层面上，不管时间是正着走还是倒着走，它都是符合物理定律的！但是，一旦脱离基本层面，上升到一个比较高的层次，时间之矢却神秘地出现了：假如我们不考虑单个粒子，而考虑许多粒子的组合，我们就发现一个强烈的方向。比如我们本身只能逐渐变老，而无法越来越年轻，杯子会打碎，但绝不会自动粘贴在一起。这些可以概括为一个非常强大的定律，即著名的热力学第二定律，它说，一个孤立体系的混乱程度总是不断增加的，它的量度称为〃熵〃。换句话说，熵总是在变大，时间的箭头指向熵变大的那个方向！
现在我们考察量子论。在本节我们讨论了DH解释，所有的〃历史〃都是定义得很好的，不管你什么时候去测量，这些历史从过去到未来都已经在那里存在。我们可以问，当观测了t0时刻后，历史们将会如何退相干，但同样合法的是，我们也可以观测tn时刻，看〃之前〃的那些时刻如何退相干。实际上，当我们用路径积分把时间加遍的时候，我们仍然没有考虑过时间的方向问题，它在两个方向上都是没有区别的！再说，如果考察量子论的基本数学形式，那么薛定谔方程本身也仍然是时间对称的，唯一引起不对称的是哥本哈根所谓的〃坍缩〃，难道时间的〃流逝〃，其实等价于波函数不停的〃坍缩〃？然而DH是不承认这种坍缩的，或许，我们应当考虑的是历史树的裁剪？盖尔曼和哈特等人也试图从DH中建立起一个自发的时间箭头来，并将它运用到量子宇宙学中去。
我们先不去管DH，如果仔细考虑〃坍缩〃，还会出现一个奇怪现象：假如我们一直观察系统，那么它的波函数必然〃总是〃在坍缩，薛定谔波函数从来就没有机会去发展和演化。这样，它必定一直停留在初始状态，看上去的效果相当于时间停滞了。也就是说，只要我们不停地观察，波函数就不演化，时间就会不动！这个佯谬叫做〃量子芝诺效应〃（quantum Zeno effect），我们在前面已经讨论过了芝诺的一个悖论，也就是阿喀琉斯追乌龟，他另有一个悖论是说，一支在空中飞行的箭，其实是不动的。为什么呢？因为在每一个瞬间，我们拍一张snapshot，那么这支箭在那一刻必定是不动的，所以一支飞行的箭，它等于千千万万个〃不动〃的组合。问题是，每一个瞬间它都不动，连起来怎么可能变成〃动〃呢？所以飞行的箭必定是不动的！在我们的实验里也是一样，每一刻波函数（因为观察）都不发展，那么连在一起它怎么可能发展呢？所以它必定永不发展！
从哲学角度来说我们可以对芝诺进行精彩的分析，比如恩格斯漂亮地反驳说，每一刻的箭都处在不动与动的矛盾中，而真实的运动恰好是这种矛盾本身！不过我们不在意哲学探讨，只在乎实验证据。已经有相当多的实验证实，当观测频繁到一定程度时，量子体系的确表现出芝诺效应。这是不是说，如果我们一直盯着薛定谔的猫看，则它永远也不会死去呢？
时间的方向是一个饶有趣味的话题，它很可能牵涉到深刻的物理定律，比如对称性破缺的问题。在极早期宇宙的研究中，为了彻底弄明白时间之矢如何产生，我们也迫切需要一个好的量子引力理论，在后面我们会更详细地讲到这一点。我们只能向着未来，而不是过去前进，这的确是我们神奇的宇宙最不可思议的方面之一。
三
好了各位，到此为止，我们在量子世界的旅途已经接近尾声。我们已经浏览了绝大多数重要的风景点，探索了大部分先人走过的道路。但是，正如我们已经强烈地感受到的那样，对于每一条道路来说，虽然一路上都是峰回路转，奇境叠出，但越到后来却都变得那样地崎岖不平，难以前进。虽说〃入之愈深，其进愈难，而其见愈奇〃，但精神和体力上的巨
大疲惫到底打击了我们的信心，阻止了我们在任何一条道上顽强地冲向终点。
当一次又一次地从不同的道路上徒劳而返之后，我们突然发现，自己已经处在一个巨大的迷宫中央。在我们的身边，曲折的道路如同蛛网一般地辐射开来，每一条都通向一个幽深的不可捉摸的未来。我已经带领大家去探讨了哥本哈根、多宇宙、隐变量、系综、GRW、退相干历史等6条道路，但要告诉各位的是，仍然还有非常多的偏僻的小道，我们并没有提及。比如有人认为当进行了一次〃观测〃之后，宇宙没有分裂，只有我们大脑的状态（或者说〃精神〃）分裂了！这称为〃多精神解释〃（manyminds intepr
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