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1700918511 后来发生了一件奇妙的事,再一次提醒了我在MIT工作是多么幸运的事——赫兰特·格瑞比安(Hrant Gharibyan),一名20岁的美国本科生问我有没有什么好玩的问题,可以让他研究一下,于是我们组成团队开始研究这个问题。他在这个问题上倾注了极大的热情,像吃爆米花一样狼吞虎咽地读了大量数学书籍,掌握了许多物理学家中鲜有人知的数学工具,如Schur积(Schur products)和频谱优化(spectral majorization)等,我也只有从我的数学家父亲那里听说过这些概念。然后,有一天,当我见到赫兰特时,他露出了胜利的微笑——他真的解决了这个问题!现在,我们的论证过程已经发表。
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1700918516 扫码获取作者和赫兰特的这篇论文。
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1700918518 量子自杀奇案
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1700918520 我总感觉,世界上有两种物理学家——巨擘和凡人。巨擘指的是那些高高在上的历史人物,比如牛顿、爱因斯坦、薛定谔和费曼,他们仿佛都具有超自然的力量,身边围绕着数不清的传说和神话。而凡人则是我生活中经常会遇到的物理学家们,尽管他们都很聪明,但显然都只是你我这样的普通人——直到约翰·惠勒出现(见图7-9)。
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1700918525 图7-9 我记忆中的约翰·惠勒(照片拍摄于2004年,他手里捧着一本为庆祝他90岁生日而出版的书,我则帮忙组织了生日庆典会);接下来是他的研究生理查德·费曼(拍摄于约1943年)、休·埃弗雷特(拍摄于约1957年)和沃依切赫·楚雷克(拍摄于2007年,就在那个冰岛的瀑布旁边)。(图片来源:帕梅拉·康特拉斯科[Pamela Bond Contractor]、马克·埃弗雷特、安东尼·阿吉雷)
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1700918527 1996年,我遇见了惠勒,让我感到醍醐灌顶。在哥本哈根的一间自助餐厅,84岁高龄的他就坐在那里,我们都在那里吃会议午餐。对我来说,惠勒是“最后的巨擘”。他曾经与尼尔斯·玻尔一起研究核物理学。惠勒发明了“黑洞”这个词,他是研究时空泡沫的先驱。费曼和埃弗雷特都是他的研究生。他那野马脱缰般的思想和热情让他成了我的物理学超级英雄。而当时,他就那么坐在那里吃饭,竟然像个普通的凡人!我感到,我必须上前去向他介绍我自己,否则我将永远不会原谅自己,并后悔一辈子。但我非常紧张,越靠近他的桌子,我就越是紧张得说不出话来。过去,我曾经在“学术界食物链”上遭到过前人的鄙视——有两位教授在我话说到一半时就转身走掉了,而他们也只是凡人而已。而接下来发生的事,让我目瞪口呆——我只是一个毫无经验的博士后,一个完完全全的小人物,而惠勒竟然向我报以热情的微笑,并邀请我和他一起共进午餐!他听说我对量子力学感兴趣之后,告诉了我一些他关于存在的新想法,还送给我一些他近期笔记的复印本。他一点没有居高临下的架子,和我说话的方式就像我和他是平等的一样,尽管事实上我们根本不平等。
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1700918529 两个星期之后,我甚至还收到了惠勒发来的电子邮件——巨擘发来的邮件!
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1700918531 在哥本哈根时,与你的谈话十分愉悦,也很鼓舞人心,因为我相信你和我拥有同样的信念,都相信在量子力学的背后,还隐藏着某些深邃而又奇妙、但尚未被发现的原理。这就像爱因斯坦伟大的几何观投下了突如其来的光芒,令牛顿定律黯然失色,并动摇了它的权威性和普适性一样。一定还有一些同样具有颠覆性的未知理论,正等待着人们去发现。
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1700918535 接着,惠勒鼓励我去普林斯顿大学,并在信里写道:“我希望每天都能和你探讨问题。”当时,我正在几个博士后机会之间犹豫不决——我怎么可能拒绝普林斯顿大学的邀请呢?自从我搬到普林斯顿大学之后,我就开始定期去拜访他,并逐渐更多地了解了他。惠勒和他妻子还参加了我的乔迁聚会。他甚至还签署了我的新泽西州结婚证——在我的世界里,这感觉就像是上帝成了我的证婚人一样。
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1700918537 在办公室里,惠勒常会被打扰,所以他聊天时喜欢“转圈”,也就是沿着普林斯顿大学物理系大楼第三层上能俯瞰内部庭院的环形走廊散步。他的讲述让历史故事在我眼前变得栩栩如生,比如,他向我描绘了他看见第一颗氢弹爆炸时的感受。惠勒还让我与本领域的奠基者们之间产生了更加个人化的联系,而这些奠基者在他面前不过是凡夫俗子而已。
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1700918539 我给惠勒看了我最受争议的疯狂论文。在那篇论文中,我探讨了数学宇宙的理念,这也正是本书讨论的内容。结果,他说他很喜欢。然而,尽管审稿人持积极态度,但学术期刊仍然拒绝发表这篇论文,因为编辑认为“推测程度太高”。惠勒鼓励我对拒稿进行申诉,结果竟然奏效了。不久以后,我们为《科学美国人》杂志合写了一篇文章,名为《量子之谜的100年》(100 Years of Quantum Mysteries)。在文中,我们尝试用平实的语言来解释量子平行宇宙和退相干现象。我问他是否真的相信量子平行宇宙的存在,他回答道:“我会在星期一、星期三和星期五找点儿时间来相信它们的存在。”
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1700918541 我平生很少哭泣,但是在2008年,当我得知约翰·惠勒去世的消息时,我忍不住流下了眼泪。我曾深受惠勒的感动和启发。在他的追悼会上,有许多人都和我感同身受。会后自由分享时,我讲述了他对我的意义。我说,如果用一个词来概括他对我的影响,那就是“鼓舞人心”。一位如此杰出和知名的人物,却愿意放下身段鼓励他人,这是怎样的一种心胸。正如另一位吊唁者所说的那样:“他以同样的尊严对待所有人。”这个描述真的很恰当。他鼓励我跟随自己的内心,探索我真心热爱的领域。而惠勒“鼓舞人心”的最佳证明,就是这满屋子的人,他们都是很棒的人,从五湖四海赶来,只因他们都曾获得过他的鼓励。而这些人,现在都载入了名副其实的“物理学名人录”。
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1700918543 我还记得一天下午,我骑自行车载惠勒回他位于草甸湖(Meadow Lake)老年公寓的家时,我很兴奋地向他提及我最近冒出来的一个疯狂想法,我称之为“量子自杀”(Quantum Suicide)。我花了很多时间来思考,到底有没有实验能证明埃弗雷特的平行宇宙是真的。最后,我终于想出了一个办法。
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1700918545 出人意料的是,这个实验只需要一些极易获得的低科技设备。当然,它还需要你来充当一个乐于奉献的实验员,因为它相当于一个快速重复版本的薛定谔的猫实验——只不过把猫换成你。你所需的仪器叫作“量子机关枪”,它会根据量子测量的结果来发射子弹;具体地说,每次枪的扳机被触发,它就会让一个粒子处于叠加态,也就是同时处于两个状态(比如,同时顺时针旋转或逆时针旋转)。接下来,测量这个粒子。如果粒子处在第一个状态,机关枪发射子弹;如果粒子处在第二个状态,枪就只会发出一声清脆的咔哒声,而不发射子弹。触发的机制不是我们讨论的重点,所以我们不展开讲[38],我们只假设说,量子测量和实际开枪之间的时间极其短,短于人类感知的速度,比如0.01秒。
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1700918547 现在,假设你将量子机关枪设置为自动模式,在该模式下,它每秒钟会自动启动一次。不管你是否相信埃弗雷特的平行宇宙理论,你都可以预测你会听见一串看似随机的声音,由枪响和咔哒声随机交替出现,比如“砰-咔哒-砰-砰-砰-咔哒-咔哒-砰-咔哒-咔哒”。突然,你做了一件激进的事,你把脑袋放到了枪管前方,然后等待着。那么,你预计接下来会发生到什么呢?
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1700918549 这取决于埃弗雷特的平行宇宙是真的还是假的!如果平行宇宙是假的,那么量子测量只有一种确定的结果,所以1秒钟过后,你要么死了,要么活着,概率都是50%。如果你运气一般般,那么,听到一两声咔哒之后,你就一命呜呼了。n秒后你还活着的可能性为1/2n,所以,1分钟后你还没死的可能性极其小,小于10-18。然而,假如埃弗雷特的平行宇宙是真的,那么,1秒钟后会出现两个平行宇宙——其中一个你活着,另一个你死了,血溅四方。换句话说,一定有一个你在扳机扣下前后都保有知觉,所以你有100%的概率会听到咔哒声,而非枪响。
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1700918551 再等久一点,你会发现一件惊人的事情——当你把脑袋放到枪管前时,看似随机的“砰”和“咔哒”序列突然全部变成了“咔哒-咔哒-咔哒-咔哒-咔哒-咔哒-咔哒……”。在10声咔哒以后,你就能得出结论:你以99.9%的置信度排除了波函数坍缩,因为如果波函数坍缩真的发生的话,你已死去的可能性已经超过了99.9%。1分钟以后,你还坚持埃弗雷特是错误的可能性已降到了10-18以下。此时,你也许会怀疑机关枪是不是坏掉了,于是你把头移开,想检查一下,结果你会发现,它就像被施了魔法一样,立刻变回了正常的随机发射序列。
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1700918553 假设你已确信埃弗雷特是正确的,于是叫来一个朋友见证你的实验,此时事情却没那么顺利。由于你只会在一个平行宇宙中幸存,而他却出现在所有平行宇宙中,所以大多数情况下,她会在几秒后看见你死去。所以,如果你想说服朋友相信你,那他们只会相信一件事:你已经疯了。
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1700918555 惠勒认为这很有趣。我说,如果一个无所不能的精灵来到一位物理学家临终的病榻前,告诉他,为了回报他一生对好奇心的追逐,决定向他透露他所选择领域的终极答案,我想许多物理学家都会欣然接受。然而,假如这个精灵禁止他向别人透露这个答案,他还会高兴吗?也许,量子力学最大的讽刺就是,如果埃弗雷特是正确的,那将发生类似的事情:你已准备好去另一个世界了,却会一直经历“量子自杀”——你可能已经确信量子平行宇宙是真实的[39],但你却无法说服别人!
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1700918557 当然,你并非完全不可能说服你的朋友,只要你做一个更加宏大的“量子自杀”实验,比如把量子开关连接到一个原子弹上面,这样你就只会出现在两个平行宇宙中——要么你和你的朋友全都活着,要么你们都牺牲了。但是,从那以后,他们可能也不想再和你做朋友了。
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1700918559 量子永生?
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