打字猴:1.700918323e+09
1700918323 那么,被克隆时有何感觉呢?有随机的感觉!每当你身上发生了一件似乎本质上是随机的、不可预测的事情,这就是一个征兆,说明你可能已经被克隆了。
1700918324
1700918325 休·埃弗雷特的研究依然饱受争议,但我认为他是正确的,波函数永不坍缩。我还认为,总有一天,他会被公认为一位与牛顿和爱因斯坦平起平坐的天才,至少在大多数平行宇宙里会这样。不幸的是,在当前我们所在的这个平行宇宙里,他的研究几乎被遗忘和忽视了十多年。他在物理学领域内找不到工作,变得潦倒、孤僻、嗜烟酗酒,在1982年死于早期心脏病。
1700918326
1700918327 最近,我对埃弗雷特的了解越来越多,因为我在电视纪录片《平行宇宙,平行生命》(Parallel Worlds, Parallel Lives)的拍摄期间认识了他的儿子马克·埃弗雷特(Mark Everett)。制片人希望我向他解释他父亲的研究,我感到由衷的幸运和荣耀。当我站在伯克利那间激进书店里寻找那本书时,我无论如何也想不到,有一天我能和我的这位物理学英雄之间产生个人联系。马克是一名摇滚明星,如果你看过《怪物史莱克》,你一定听过他的歌(见图7-4)。他父亲的命运让家庭饱受折磨,你能在他的许多歌曲中听到这一点。尽管他和姐姐同父亲住在一起,但他们和父亲之间几乎没有任何交流。马克的姐姐后来自杀身亡,留下一份遗书,说她将去往平行宇宙与父亲团聚。
1700918328
1700918329 由于我相信休·埃弗雷特的平行宇宙真的存在,我忍不住想知道它们是什么样的。在我们这个宇宙,埃弗雷特被普林斯顿大学物理系拒绝,转而去了数学系读研究生,一年后才转学到物理系。由于他的时间很紧张,只做了一些量子方面的研究。我想,在其他平行宇宙里,也许他一开始就被普林斯顿大学物理系录取了,这样他就有足够的时间先在主流研究中留下自己的烙印,随后的量子力学研究也就不会这么容易被忽视了。这将为他开启一段与爱因斯坦类似的职业生涯——爱因斯坦的狭义相对论一开始也同样受到铺天盖地的质疑(尤其是因为他并非职业物理学家,而是学术圈的局外人,一名普通的专利局职员),但却并未被忽视,因为爱因斯坦此前的发现已经为自己赢得了名誉。爱因斯坦从此跻身于学术界,继续发现了广义相对论。与爱因斯坦一样,埃弗雷特也有能力成为教授级别的中流砥柱,作出更多和他第一个发现一样的突破和进展。啊,我多想知道,在那些平行宇宙里,他后来又发现了什么奇妙的东西……
1700918330
1700918331
1700918332
1700918333
1700918334 图7-4 休·埃弗雷特的儿子马克是一个摇滚明星,这张照片拍摄于2007年,当时我和他一起在探索他父亲的研究工作。
1700918335
1700918336 有一件事,我觉得埃弗雷特一定会喜欢参与。那是2001年8月,在马丁·里斯位于剑桥大学的家中,他召集了一帮顶尖物理学家,召开了一场非正式的会议,主题正是平行宇宙以及相关话题。对我来说,这是平行宇宙第一次得到了科学界的尊重(尽管依然饱受争议)。我想,许多人看见其他参会者都有谁之后,一定放下了心理包袱,不再因自己拥有这样怪异的兴趣而感到内疚和尴尬,并开始相互打趣,比如,“你来这个可疑的会议干什么”。在一场关于平行宇宙的讨论会中,长时间的精神高度集中让大家都很紧张,我突然意识到,许多分歧其实只是由粗糙的语言引起的误解:许多人所说的平行宇宙其实属于不同的类型,但他们都用了同样的“平行宇宙”四个字!我想,他们一共说了三四种!想通了这一点,我举起手,提出了4个多重宇宙层级的划分规则,正是我在本书中所使用的这套分类方法。
1700918337
1700918338 尽管埃弗雷特非常聪明,但他有一个重要的问题没有回答:如果一个宏观物体真的可以同时位于两个地方,为何我们从来没有观测到这一现象呢?诚然,如果你测量它的位置,那么,位于两个平行宇宙里的两个你都会发现它位于一个确定的地方。但是,这个回答还不够好,因为精细的实验表明,宏观物体从来不会同时出现在两个地方,即使你根本不观察它们。具体地说,宏观物体从来不会表现出波动的性质,而正是波动造就了所谓的量子干涉模式。不仅埃弗雷特没有解开这个谜,在我的教科书里,也没有任何答案。
1700918339
1700918340 被审查的量子怪诞性
1700918341
1700918342 天哪!竟然起作用了!那是1991年11月,在伯克利的一个夜晚,外面漆黑一片,我正坐在书桌前,在一张纸上捣鼓各种各样的数学符号。我感到胸中涌动着一阵从未有过的兴奋。这是真的吗,我真的发现了如此重要的事情?我需要确认一下。
1700918343
1700918344 我经常想,在科学领域,最难的部分不是找到正确的答案,而是提出正确的问题。如果你遇到了一个相当有趣、成熟的物理学问题,它就会自动告诉你需要什么计算过程才能回答这个问题,剩下的部分就几乎是自动进行的了。即使数学推算需要花上几小时甚至几天的工夫,但感觉起来就像是在钓鱼,鱼儿已经上钩,只消拉一下线就能看到钓到了什么。我很幸运,一不小心就撞上了一个这样有趣的问题。
1700918345
1700918346 当时,我已经学到,与波函数坍缩有关的事可用一种数表来概括,在物理学的行话里,这种数表叫作“密度矩阵”(density matrix)。密度矩阵不仅表示了某个物体的状态(也就是它的波函数),还包含了我对该波函数的不完备知识[35]。比如,如果有个物体能同时出现在两个不同的地方,关于此,我的知识可以被描述为一个2×2的数表,以下是两个例子:
1700918347
1700918348
1700918349
1700918350
1700918351 在这两个例子中,我在其中一个地方找到它的概率都为0.5,这个信息被编码成两个数字,分别写在每个矩阵的对角线上(左上角的0.5和右下角的0.5)。除此之外,每个数表里还有两个数字,用极客的行话说就是“密度矩阵非对角元”,表示量子和经典不确定性之间的区别。当它们都等于0.5时,它们就处于一个量子叠加态(比如薛定谔的猫同时处于死了和活着的两个状态);如果它们都等于0,那我们面对的就是古老而熟悉的经典不确定性,就像我唱歌时找不着调的感觉一样。所以,当你把这些非对角元都换成0的时候,你就让波函数发生了坍缩!
1700918352
1700918353 我们在上一章已经看到,量子力学的哥本哈根解释告诉我们,如果你朋友观察一个物体,但是不告诉你结果,那他就坍缩了波函数,这个物体就会要么在这里,要么在那里,总之肯定处在一个确定无疑的地方,只不过你并不知道是哪个地方。换句话说,哥本哈根解释认为,“观察”这个动作用某种神秘的方式让非对角元都变成了0。
1700918354
1700918355 我很怀疑,是否有某些不那么神秘的物理过程也能做到这一点呢?如果有一个封闭孤立的系统,不与外界发生任何交互,用薛定谔方程很容易证明,那些讨厌的数字永远不会消失。但是,真实的系统却不可能是孤立的,于是我开始问自己,在这些系统中,情况又是如何呢。比如,当你正在读这句话时,空气分子和光子不断撞击着你的身体。所以,如果某个物体同时处在两个不同的地方,当其他物体和它相撞时,那个描述它的2×2数表又会发生什么事呢?
1700918356
1700918357 这就是那个奇妙的“自问自答”问题,剩下的一切秘密都会自动展开。为了简化,我把那个物体和与之相撞的一颗粒子看作一个孤立的系统,用薛定谔方程来计算接下来会发生什么事。
1700918358
1700918359 几个小时后,我坐在那里,面前摆着几大张纸,密密麻麻写满了数学符号。我喘了一口气,那些非对角元会变得非常接近0,就像波函数坍缩了一样!当然,它并没有真正坍缩,平行宇宙依然存在,却出现了一种崭新的效应。有了这种效应,不管你从什么方向看、从哪个角度闻,波函数都像是坍缩了一样,看起来和真正的坍缩没什么两样。这样,我们就无法观察到一个物体同时位于两个地方。所以,量子怪诞性并没有消失,它只是被审查了!就像新闻被审查一样,事情并不是没有发生,只是你看不见而已。
1700918360
1700918361 我的结论是,量子力学需要进行保密:某个物体的位置只有在不为世界所知晓的情况下,才能同时处于两个位置的叠加态。如果秘密被泄露了,所有量子叠加态效应就会瞬间坍缩,变得不可观测,从我们实际观察到的角度看,也就是说物体瞬间变成了“这里”和“那里”二选一的状态,只不过你不知道是哪一个。
1700918362
1700918363 那如何才算泄露秘密呢?如果一个实验室技术人员测定了它的位置,把它记录在纸上,这很明显是一种信息泄露。但是,还有很多情况都可以被看成是秘密泄露,哪怕只是一个光子撞到了这个物体上,关于位置的信息也被泄露了——物体的位置信息就被编码进了光子接下来的位置信息中。根据所撞物体所在的位置不同,1纳秒后,这颗光子将处在两个十分不同的位置(见图7-5)。所以,只要你能测定光子的位置,你就能计算出镜子的位置。
1700918364
1700918365 在上一章的开头部分,我曾陷入深深的疑惑,不明白波函数坍缩是否一定需要人类观察者作为条件,还是说机器人也可以。现在,我已确信,此事与意识毫不相关,因为一颗小小的粒子也能做到这件事——单个光子撞到一个物体上,对该物体的影响,等同于它被一个人观察到。我意识到,量子力学里所说的观测并不是指人类有意识的观测,而仅仅是指信息的交换。最后,我终于理解了为什么我们永远看不到宏观物体同时处在两个位置,即使它们实际上确实同时位于两个位置:这并不是因为它们个头很大,而是因为它们很难被分离成孤立的系统!
1700918366
1700918367 一般情况下,一个保龄球每秒会受到1020和1027个空气分子的撞击。很显然,从定义上说,我们不可能看见一个不被光子撞击的物体,因为物体能被我们看见正是因为撞击在它表面的光子(也就是光)进入了我们的眼睛。所以,即使一个保龄球同时处在两个地方,它的量子叠加态也会早在我意识到它之前就消失在视线中。相比之下,如果你用一台绝好的真空泵不断向外泵出尽可能多的空气分子,那么,一般来说,一颗电子在大约1秒的时间内不会撞到任何东西。这个时间对证明诡异的量子叠加态行为来说,已经远远足够了。比如,一颗电子在原子内绕一圈只用花费10-15秒,所以,在如此“漫长”的1秒钟时间内,它同时出现在原子各个方位的能力几乎不会受到什么影响。
1700918368
1700918369 此外,如果一个空气分子撞到一个保龄球,并把保龄球的位置信息编码入自己的位置信息(见图7-5),由于这个分子很快就会和其他空气分子相撞,那么,保龄球的位置信息就会迅速传递给其他分子。
1700918370
1700918371 这很像维基解密在网上公布了一些绝密的信息,这个信息会被人拷贝,接着,拷贝的版本也会被拷贝……很快,情况就变得不可控制,根本不可能再把这个信息从公众视线中完全剔除,再次变成保密状态。对保龄球来说,如果你不能再把它的信息变成秘密,它就不可能继续维持量子叠加态。现在,我终于明白了我们为什么看不到第三层平行宇宙了!
1700918372
[ 上一页 ]  [ :1.700918323e+09 ]  [ 下一页 ]