打字猴:1.700918576e+09
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1700918577 第三个条件限制了你在实际操作“量子自杀”实验时的时间必须很快,以免有什么偶然事件救了你的命。比如,我居住的小区平均每几年就会经历一次供电故障,相当于每隔108≈227秒发生一次。这意味着,如果我的量子机关枪不是用电池供电,而是采用插座的交流电,并且我在超过27秒后还活着,那么,这把枪很可能已经因供电故障而失效。因为在我还活着的平行宇宙中,机关枪失效的宇宙数量将多于机关枪运行良好的宇宙数量。我等待的时间越长,就可能遇到越古怪的偶然事件。比如,如若不是出故障(如断电),那么68秒后,我应当预计我还活着的原因是因为机关枪被陨石砸中了……道格拉斯·亚当斯的科幻讽刺小说《银河系漫游指南》中有一个“无限非概率驱动”,可以让你经历极度不可能发生的事情。尽管这样的装置一听就是科幻作品中才会出现的玩意儿,但量子机关枪运行起来就很像一台这样的设备!
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1700918579 我觉得第一个条件十分有趣。假设你的自杀装置并不依赖量子随机性,而是遵循某种类似扔硬币的规律,也就是说,理论上,你能预测结果是正面朝上还是反面朝上,只不过在实际操作中,由于你不清楚硬币的初始运动状态,也没有进行数学运算,所以你不知道具体结果如何。如果是这样,那么,如果实验开始时你只有一个平行宇宙,那一秒后你也只有一个平行宇宙——在其中,你可能已经死了,或者依然活着,这取决于硬币的初始位置和运动状态,所以你主观上并不会感觉到永生。
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1700918581 不过,如果第5章中所讲的第一层多重宇宙是真的,结果会怎样呢?如果是这样,实验开始时,你不止有一个平行宇宙,而是有无数多个,每个平行宇宙中的你的心理状态在主观上都毫无差别,只有硬币的初始位置和速度有一丁点儿无法察觉的细微差异。一秒钟后,在一半的平行宇宙中,你死去了。然而,不管实验重复多少次,总有一些平行宇宙中,你没有中枪,依然坚强地活着。也就是说,这种令人毛骨悚然的随机自杀实验不仅能揭示出第三层(量子)平行宇宙的存在,还能揭示出更一般的平行宇宙。
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1700918583 我知道,这听起来实在太像狂人呓语。我得说:“请勿在家自行尝试”。此外,我将在第10章中解释,我现在已经确信,不管是“量子自杀”还是量子永生都是不可能的,因为它们都严格依赖于某种我认为自然界中不存在的东西——无限可分的数学连续统。但是,谁又真的知道答案呢?在未来,天命之日来临的那一天,当你认为你的生命快要走到尽头了,请记住不要对自己说:“终于活到头了。”因为,也许你还没有活到头。你可能会亲自发现那个不能说的秘密——平行宇宙或许真的存在。
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1700918585 多重宇宙统一了
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1700918587 所有动物都是平等的,但是有一些动物比其他动物更为平等。
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1700918589 乔治·奥威尔(George Orwell),《动物农庄》(Animal Farm,1945)
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1700918591 有一个恼人的想法一直在我的脑海中挥之不去:第一层多重宇宙和第三层多重宇宙在某种程度上是一回事吗?它们是不是统一的,就像麦克斯韦将电和磁统一为电磁学,爱因斯坦将时间和空间统一为时空一样?
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1700918593 一方面,它们的性质似乎大相径庭:第5章所说的第一层平行宇宙在三维空间中与我们相隔甚远,而本章所描述的第三层平行宇宙在三维空间内却与我们重叠,只有在波函数栖身的无限维度抽象空间——希尔伯特空间中才会分离。但从另一个角度看,第一层多重宇宙和第三层多重宇宙却有许多相同之处。贾米·加里加和亚历克斯·维兰金写的一篇论文中说,由宇宙暴胀创造出的第一层平行宇宙中所包含的所有事件序列,可能与埃弗雷特的量子平行宇宙中的事件完全相同。
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1700918595 我也得出了同样的结论。图7-10说明了这种观点。如果一个量子事件引发了两个处于量子叠加态的事件,你的未来即将分裂成两个平行的量子分支,那么,在你意识之外的那个量子平行事件,不仅发生在另一个量子分支中,也会发生在你所在的这个量子分支中,只不过发生在距离极其遥远的空间里。
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1700918597 除此之外,还有一个困扰我的人——安东尼·阿吉雷。阿吉雷是我最要好的朋友之一,我们的生活上有许多相似之处——我们都有两个年幼的儿子,都试图在工作和生活中找到平衡点,我们都着迷于宏大的问题。我们还一起创建了基本问题研究所(Foundational Questions Institute, http://fqxi.org/),这是一个慈善资助组织,专门资助那些被传统基金会所回避的、高风险、高回报的物理学研究。那么,他困扰我的问题是什么呢?“是否有一些平行宇宙真的比其他平行宇宙更平等呢?”他问道。
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1700918602 图7-10 第一层平行宇宙和第三层平行宇宙的对比。第一层平行宇宙在空间里距离我们极其遥远,但某些第三层平行宇宙却就在此处,只不过量子事件将现实分裂成了不同的平行情节。然而,第三层平行宇宙并不会增加第一层和第二层平行宇宙之外的情节。
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1700918604 阿吉雷之所以会问这个问题,是因为在前文,我对量子概率所进行的阐述都是基于同样的五五开概率,也就是说,两个量子分支出现的可能性均为50%(比如在量子扑克牌实验中,扑克牌倒下时正面朝上和正面朝下的概率都是50%)。在这个前提下,我的诠释严丝合缝,没有漏洞。然而,假如概率并不相同,那可就不好办了。比如,假如扑克牌一开始有轻微的倾斜,以至于概率(也就是波函数的平方)发生改变,使得正面朝上的概率变为2/3,背面朝下的概率变为1/3。但此时,图7-2并不会发生变化——4次试验后,依然有2×2×2×2=16种结果,其中最典型的情况依然是50%正面朝上,而非2/3正面朝上。
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1700918606 埃弗雷特扭转了局面,他预测说,最多的那种情况将变成2/3,而非50%。他是如何做到的呢?埃弗雷特的方法是声称,其中一些结果在实际测量中存在的次数比其他结果更多。具体地说,对存在的测量结果可用波函数的平方来计算。这十分奏效。从那时起,许多论文作者都意识到,波函数平方是一个好主意,但阿吉雷却让我认识到,这在埃弗雷特优雅的理论中是一个刺眼的瑕疵。人们经常问我是否相信埃弗雷特的平行宇宙是真实的,假如我回答“是的,但是……嗯……唔……其中一些比另一些更真实一些”,这听起来真的很逊。
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1700918608 2008年3月,阿吉雷告诉我一个想法(一会儿我将详细解释),是他哈佛大学的教授大卫·雷泽尔(David Layzer)提出的一个可能的解决办法。我们在贝尔蒙特(Belmont)咖啡馆兴奋地讨论了两个小时,在餐巾纸上写满了数学符号[40],但还是徒劳无功。我们的数学过程总是不对劲,算不出结果。这个问题一直萦绕在我的心头。
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1700918610 两年后,我又开始沉溺于这个问题。这一次,我发现了量子引力学理论家吉姆·哈特尔(Jim Hartle)写于1968年的一篇论文,我认为这篇文章里蕴藏着拼图的另一半。但是,2010年3月6日深夜,当我坐在位于温彻斯特的公寓里奋力演算时,我却无论如何也没法把两个谜一般的拼图拼在一起。沮丧至极,我决定出去,在镇上走走。令我惊讶的是,只在清冽的冬日空气中待了5分钟,我的脑子突然开窍了!我突然想出了一个一箭双雕的解决方法,既能统一第一层和第三层多重宇宙,又能理解不平等的概率问题。那天晚上,我一直工作到凌晨3点,第二天又花了整整一天的时间,一直处在一种狂喜和亢奋的状态中,那种感觉只有亲身经历过的人才能完全理解。我觉得,这是自19年前“重复发现”了退相干现象以来,我最兴奋的时刻之一。我完全停不下来,直到打印出一份4页的论文框架给阿吉雷看。
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1700918612 图7-11中表达了我的关键想法。假设你在做前文介绍的量子扑克牌实验时,扑克牌的初始状态有轻微的倾斜,使得它倒下时正面朝上、并让你赢得100美元的概率为2/3。在经典学派的观念里(见图7-11中每个方框的最左边),实验开始时只有一个你。但根据波函数是否坍缩,实验结束时可能有一个或者两个版本的你——如果哥本哈根解释是正确的,那么只会随机产生一个确定的结果;如果埃弗雷特是正确的,则会产生两个平行宇宙,每个宇宙中包括一个你,其中一个你因赢钱而高兴,另一个因输钱而沮丧。
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1700918614 现在,让我们假设第5章中提到的第一层多重宇宙是真实存在的——这也正是现代宇宙学的观点。这意味着,在空间中极其遥远的地方,有无数多个完全相同的你,身处无数多颗完全相同的行星上,正要开始做一个完全相同的实验,图7-11中用一排中性的面孔来表示。这些你以及你的实验器具都是由许许多多粒子组成的。在计算中,我把薛定谔方程运用在了描述所有这些粒子的波函数上。
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1700918619 图7-11 第一层和第三层多重宇宙是如何统一起来的。每个圆圈都代表一颗你赌量子扑克牌正面朝上的行星。在测量之前,你的心情很平静;但在测量之后,你有可能因赢钱而开心,也可能因输钱而沮丧。扑克牌的初始状态有轻微的倾斜,这样你赢钱的概率为2/3。这些行星彼此之间都非常遥远,比如,在每个方向上都相距1古戈尔普勒克斯米,但为了简化和表达关键信息,我把它们紧密地排列在一起。
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1700918621 结果会发生什么呢?如果波函数坍缩,那么,对整个无限的空间(也就是第一层多重宇宙),你将仅得到一个随机的结果,也就是说,在2/3的行星上,你很开心,而在1/3的行星上,你很沮丧——这完全在意料之中,没什么好惊讶的。但如果埃弗雷特是正确的,即波函数永不坍缩,那么,整个无限的空间都将处于多个状态的量子叠加态,每个状态中,都有一些行星上的你很开心,另一些你很沮丧。现在,出人意料的地方来了——在无垠空间的叠加态中,每一个状态都是完全相同的,而每个状态中的无数颗行星中,你开心的行星数量占该状态中行星总数量的2/3!每个状态中,任何一个有限的行星序列(也就是高兴和沮丧的你的序列),都能在其他状态中的某处找到一个完全相同的序列。你可能会认为,一定有一些空间的状态是不同的,比如,会不会存在一个状态,其中每颗行星上的你都很高兴。然而,使用薛定谔方程和希尔伯特空间的数学特征进行计算后,我能证明,你实际得到的波函数等同于一个由无数完全相同的状态组成的叠加态。阿吉雷和我认为这个发现十分惊人,原因如下。
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1700918623 第一,波函数是否坍缩的大争论终于入土为安,结论令人大跌眼镜,竟然是:它根本不重要!从图7-11中可看出,不管埃弗雷特是正确还是错误,都会有2/3的行星上你很高兴。实际上,争论的双方都有些受伤。哥本哈根解释引入了这个饱受争议的“坍缩事件”,纯粹是为了甩掉讨厌的平行宇宙,从而得到一个独一无二的结果。然而,从图7-11中你可以看出,这个方法不再奏效——即使波函数坍缩,你还是会得到包含两个结果的平行宇宙。埃弗雷特诠释的标志是第三层(量子)平行宇宙,但你从图7-11中能看出,你几乎可以忽略它们,因为它们完全相同,无法区分。从这个意义上说,第一层和第三层多重宇宙就是一回事。只要第一层多重宇宙所栖身的空间是无限大的,你就可以忽略所有的第三层平行宇宙,因为它们实际上是完全相同的,没有丝毫差别。也许,第三层平行宇宙也能和第二层平行宇宙统一起来,但我们还不能证明这一点。
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1700918625 第二,图7-11通过将埃弗雷特的多世界诠释引入我们熟知的三维空间中,展示了不等概率的起源——不同的结果并不仅仅发生在难以捉摸、数学化的希尔伯特空间中,也发生在我们自身所处的、用望远镜来研究的空间内,只不过位于极其遥远之处。这里的关键点是,当扑克牌已倒下,但你还未睁开眼检查结果时,你并不知道自己是许多版本中的哪一个,因为截至目前,每个你的主观感觉都完全相同,无法区分。此时,你可以把自己看成这些版本中的一个随机成员。由于你知道在所有的你当中,有2/3的你睁开眼后会看见扑克牌正面朝上,那你就会思考:你接下来将看到一个随机的扑克牌状态,但它正面朝上的概率为2/3。这与法国贵族们最初为优化赌博策略而提出的概率概念很相似:如果在一场牌局中,你只知道你将会遇到多个概率相等的情况中的其中一种(比如,发到你手中的牌有许多种不同的方式),这样你就可以说,你赢钱的概率等于你赢钱的情况在所有情况中所占的比例。
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