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现在，当我们观测了一场比赛，所得到的结果就不是“客观唯一”的，而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”，但换一套体系，就可能观测到“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，这仍然让人困惑。
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当我们观测到“胜”的时候，我们省略了它下面包含的全部信息。换句话说，在计算中我们实际上是假设所有属于“胜”的精细历史都同时发生了，比如1∶0，2∶1，2∶0，3∶0，……所有这些历史都发生了，并互相纠缠着，只不过我们没法分辨而已。可对于同样一场比赛，我们换一组历史族，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，……。
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那么，现在我们考虑某种特定的精细历史，比如说1∶0这样一个历史。虽然我们没有能力观测到这样精细的一个历史，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！
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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，还物理世界一个客观实在的解释。但现在，它似乎是哑巴吃黄连―有苦说不出。“1∶0的历史究竟是否为真”这样一个物理描述，看来确实要取决于历史族的选择，而不是“客观存在”的！实际上，大家可能已经发现了，这里的“历史族”和我们之前说到的“系综”其实是同一个意思，也就是说，在DH解释里，一个物体有着怎样的“属性”，这依然不取决于它本身，而取决于你将它归类到哪种系综里面。总而言之，DH和系综解释可谓换汤不换药，宇宙有什么样的历史，依然是我们主观上定义出来的！
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更麻烦的是，就算我们接受宇宙不是“完全客观”的，也不能解决所有问题。因为反过来，它偏偏也不是“完全主观”的。上面说到，在DH理论中，我们可以随心所欲地构造出种类繁多的“退相干历史族”，但问题是，这些历史族绝大多数都在现实中从未出现过！还是拿我们的量子联赛来比喻。我们前面定义了两种退相干历史族：“胜，平，负”和“进0球，进1球，进2球，进2球以上”。这两种定义在数学上都成立，更关键的是，它们在现实中也都会出现，也就是说，你确实会观测到“胜”或者“进1球”这样的结果。
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然而，从数学上而言，其实还有无穷种定义退相干族的办法，其中包括各种千奇百怪的方式，但DH却并没有告诉我们，为何在现实中只有少数几种会被观测到。
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比方说，我们可以定义3种奇特的粗略历史：“又胜又平”“又胜又负”“又平又负”。虽然奇特，但这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，在实际中我们从未观测到一场比赛“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！
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上面的说法你可能觉得有点不好理解，其实这就相当于在问：为什么每次观测薛定谔的猫，它的状态不是“死”，就是“活”，而不会有第三种可能？在日常生活中，这原本不是一个问题，然而在量子论看来，这却是相当值得奇怪的事情。因为按照量子论的看法，“死”和“活”无非是一组特定的坐标系，当猫的态矢量本征态落到其中一个数轴上的时候，就产生了“死”或者“活”的结果。但是，我们知道，在数学上坐标系并不是唯一的，我们完全可以随心所欲地定义各种不同的坐标系来描述一个具体的矢量。所以问题就来了：为什么在实际的观测中，上帝永远给我们选择同一种坐标系？为什么我们非要拿“死”和“活”这两种基本态作为数轴，而不能变换一下，改成其他状态组成的坐标系呢（例如又死又活之类）？这在量子力学中被称为‘优先基矢’问题。所以DH同样面临着这个困难，它依然无法回答，虽然数学上存在着无穷多种可能性，但现实中为什么我们始终只能观测到少数几种退相干族，而不是“一切皆有可能”？
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在这个问题上，DH的辩护者可能仍然会用实证主义来为自己声辩，可不管怎么说，它的处境始终是有些尴尬的。虽然近年来DH的体系颇能吸引一些人的目光，但大部分物理学家对其还是抱着静观其变的中立态度，表现出一种不置可否的无所谓态度来。退相干理论虽然被广泛接受，不过它本身是建立在量子基本方程上的，也就是说，它无法真正解决量子论中的观测难题。虽然在DH中它被运用得炉火纯青，但它和别的解释却也并不矛盾(1) ！时至今日，有关量子力学的大辩论仍在进行之中，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
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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，各个方向并没有什么区别，你可以朝左走，也可以向右走，但在时间上，你却只能从“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！这样的猜测基于以下理由：假如时间旅行是可能的，那么虽然我们还做不到，未来的人类总可以吧？但我们从未见过有未来的人类“回到”我们这个时代，所以有很大的可能性，不管在未来哪个时代，人们都无法回到过去，让时钟反转是理论上无法做到的！
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时间无法倒流！这听起来天经地义，然而多少年来科学家们却始终为此困惑不已。因为在物理理论中，并没有哪条原则规定，时间只能往一个方向前进。事实上，不管是牛顿还是爱因斯坦的理论，都是时间对称的。好比中学老师告诉你一个体系在t0 时刻的状态，你就可以借助物理公式，向着“未来”前进，推出它在tn 时刻的状态。但同样，你也可以反过来，倒推出-tn 时刻，也就是“过去”的状态。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！
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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，其量度称为“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！
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现在我们来考察量子论。在本节我们讨论了DH解释。在DH中，所有的“历史”都是定义完好的，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，之后的历史将会如何退相干，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？盖尔曼和哈特尔等人也试图从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。
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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，时间就不会动！这个佯谬叫作“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，我们拍一张静态照片，因为时间极短，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”的叠加。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！
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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，而真实的运动恰好就是这种矛盾本身！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？
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时间的方向是一个饶有趣味的话题，它很可能牵涉深刻的物理定律，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。也许很多人没有意识到，但时间只能向着未来流逝，而不能反过来，这件事情正是我们神奇的宇宙最不可思议的性质之一。
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上帝掷骰子吗？：量子物理史话（升级版） [:1700958660]
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Part. 3
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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个方向上顽强地冲向终点。
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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”（many-minds intepretation），它名副其实地算得上一种精神分裂症！还有人认为，在量子层面上我们必须放弃通常的逻辑（布尔逻辑），而改用一种“量子逻辑”来陈述！另一些人不那么激烈，他们觉得不必放弃通常的逻辑，但是通常的“概率”概念则必须修改，我们必须引入“复”的概率，也就是说概率并不是通常的0到1，而是必须描述为复数！华盛顿大学的物理学家克拉默（John G．Cramer）建立了一种非定域的“交易模型”（transactional model），而他在牛津的同行彭罗斯则认为波函数的缩减和引力有关。彭罗斯宣称只要空间的曲率大于一个引力子的尺度，量子线性叠加规则就将失效，这里面还牵涉量子引力的复杂情况诸如物质在跌入黑洞时如何损失了信息，诸如此类。即便是我们已经描述过的那些解释，我们的史话所做的也只是挂一漏万，只能给各位提供一点最基本的概念。事实上，到今天为止，每一种解释都已经衍生出无数个变种，它们打着各自的旗号，都在不遗余力地向世人推销自己，这已经把我们搞得头昏脑涨，不知所措了。现在，我们就像是被困在克里特岛迷宫中的那位忒修斯（Theseus），还在茫然而不停地摸索，苦苦等待着阿里阿德涅（Ariadne）―我们那位可爱的女郎―把那个指引方向、命运攸关的线团扔到我们手中。
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量子论迷宫
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1997年，在马里兰大学巴尔的摩郡分校（UMBC）召开了一次关于量子力学的研讨会。有人在与会者中间做了一次问卷调查，统计究竟他们相信哪一种关于量子论的解释。结果是这样的：哥本哈根解释13票、多宇宙8票、玻姆的隐变量4票、退相干历史4票、自发定域理论（如GRW）1票，还有18票都是说还没有想好，或者是相信上述之外的某种解释。到了1999年，在剑桥牛顿研究所举行的一次量子计算会议上，又做了一次类似的调查，这次哥本哈根4票，修订过的动力学理论（它们对薛定谔方程进行修正，比如GRW）4票，玻姆2票，而多世界（MWI）和多历史（DH）加起来（它们都属于那种认为“没有坍缩存在”的理论）得到了令人惊奇的30票。但更加令人惊奇的是，竟然有50票之多承认自己尚无法作出抉择。在宇宙学家和量子引力专家中，MWI受欢迎的程度要高一些，据统计有58%的人认为多世界是正确的理论，而只有18%明确地认为它不正确。但其实许多人对各种“解释”究竟说了什么是搞不太清楚的，比如人们往往弄不明白多世界和多历史到底差别在哪里，或许它们本来就没有明确的分界线。就算是相信哥本哈根的人，他们互相之间也会发生严重的分歧，甚至关于它到底是不是一个决定论的解释也会造成争吵。量子论仍然处在一个战火纷争的时代。玻尔、海森堡、爱因斯坦、薛定谔……他们的背影虽然已经离我们远去，但他们当年曾战斗过的这片战场上仍然硝烟弥漫，他们不同的信念仍然支撑着新一代的物理学家，激励着人们为了那个神圣的目标而继续奋战。
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想想也真是讽刺，量子力学作为20世纪物理史上最重要的成就之一，到今天为止，它的基本数学形式已经被创立了超过90年。它在每一个领域内都取得了巨大的成功，以至和相对论一起成为支撑物理学的两大支柱。90年！任何一个事物如果经历了这样一段漫长时间的考验后仍然屹立不倒，这已经足够把它变成不朽的经典。岁月将把它磨砺成一个完美的成熟的体系，留给人们的只剩下深深的崇敬和无限的唏嘘，慨叹自己为何不能生于乱世，提三尺剑立不世功名，参与到这个伟大工作中去。但量子论是如此与众不同，即使在它被创立了90年之后，它竟然还没有被最终完成！人们仍在为了它而争吵不休，为如何“解释”它而闹得焦头烂额，这在物理史上可是前所未有的事情！想想牛顿力学，想想相对论，从来没有人为了如何“解释”它们而操心过，对比之下，这更加凸显了量子论那独一无二的神秘气质。