1700962539
上帝掷骰子吗？：量子物理史话（升级版） [:1700958657]
1700962540
上帝掷骰子吗？：量子物理史话（升级版） 12 New Adventures 新探险
1700962541
1700962542
上帝掷骰子吗？：量子物理史话（升级版） [:1700958658]
1700962543
Part. 1
1700962544
1700962545
1953年，年轻但是多才多艺的物理学家穆雷·盖尔曼（Murray Gell-Mann）离开普林斯顿，到芝加哥大学担任讲师。那时的芝加哥，仍然笼罩在恩里科·费米的光辉之下，自从这位科学巨匠在1938年因为对于核物理理论的杰出贡献而拿到诺贝尔奖之后，已经过去了近16年。盖尔曼也许不会想到，再过16年，相同的荣誉就会落在自己身上。
1700962546
1700962547
虽然已是功成名就，但费米仍然抱着宽厚随和的态度，愿意和所有的人讨论科学问题。在核物理迅猛发展的那个年代，量子论作为它的基础，已经被奉为神圣而不可侵犯的经典，但费米却总是有着一肚子的怀疑，他不止一次地问盖尔曼：
1700962548
1700962549
“既然量子论是正确的，那么叠加性必然是一种普遍现象。可是，为什么火星有着一条确定的轨道，而不是从轨道上向外散开去呢？”
1700962550
1700962551
自然，答案在哥本哈根派的锦囊中唾手可得：火星之所以不发散开去，是因为有人在“观察”它，或者说有人在看着它。每看一次，它的波函数就坍缩了。但无论费米还是盖尔曼，都觉得这个答案太无聊和愚蠢，必定有一种更好的解释。
1700962552
1700962553
可惜在费米的有生之年，他都没能得到更好的答案。他很快于1954年去世，而盖尔曼则于次年又转投加州理工，在那里开创属于他的伟大事业。加州理工的好学生源源不断，哈特尔（James B. Hartle）就是其中之一。60年代，他在盖尔曼的手下攻读博士学位，对量子宇宙学进行了充分的研究和思考，有一个思想逐渐在他的脑海中成形。那个时候，费曼的路径积分方法已经被创立了20多年，而到了70年代，正如我们在史话的前面所提起过的那样，一种新的理论―退相干理论在Zurek和Zeh等人的努力下也被建立起来了。进入80年代，埃弗莱特的多宇宙解释在物理学界死灰复燃，并迅速引起了众人的兴趣……一切外部条件都逐渐成熟，等1984年格里菲斯（Robert Griffiths）发表了他的论文之后，退相干历史（DH）解释便正式瓜熟地落了。
1700962554
1700962555
1700962556
1700962557
1700962558
盖尔曼Murray Gell-Mann 1929—
1700962559
1700962560
我们还记得埃弗莱特的MWI：宇宙在薛定谔方程的演化中被投影到多个“世界”中去，在每个世界中产生不同的结果。这样一来，在宇宙的发展史上，就逐渐产生越来越多的“世界”。历史只有一个，但世界有很多个！
1700962561
1700962562
当哈特尔和盖尔曼读到格里菲斯关于“历史”的论文之后，他们突然间恍然大悟，开始叫嚷：“不对！事实和埃弗莱特的假定正好相反：世界只有一个，但历史有很多个！”
1700962563
1700962564
提起“历史”（History）这个词，我们脑海中首先联想到的恐怕就是诸如古埃及、巴比伦、希腊罗马、唐宋元明清之类的概念。历史学是研究过去的学问。但在物理上，过去、现在、未来并不分得很清楚，至少理论中没有什么特征可以让我们明确地区分这些状态。站在物理的角度谈“历史”，我们只把它定义成一个系统所经历的一段时间，以及它在这段时间内所经历的状态变化。比如我们讨论封闭在一个盒子里的一堆粒子的“历史”，则我们可以预计它们将按照热力学第二定律逐渐地扩散开来，并最终达到最大的热辐射平衡状态。当然，也有可能在其中会形成一个黑洞并与剩下的热辐射相平衡，由于量子涨落和霍金蒸发，系统很有可能将在这两个平衡态之间不停地摇摆，但不管怎么样，对应于某一个特定的时刻，我们的系统将有一个特定的态，把它们连起来，就是我们所说的这个系统的“历史”。
1700962565
1700962566
在量子力学中，由于普朗克尺度的存在，时间是“不连续”的。当我们讨论“一段时间”的时候，我们所说的实际上是一个包含了所有“时刻”的集合，从t0 ，t1 ，t2 ，一直到tn 而一个系统的“历史”，实际上就是指对应于时刻tk 来说，系统有相应的态Ak 。
1700962567
1700962568
接下来，我们还是以广大人民群众喜闻乐见的比喻形式来说明问题。想象一支足球队参加某联赛，联赛一共要进行n轮。那么，这支球队的“历史”无非就是：对应于第k轮联赛（时刻k），如果我们进行观测，则得到这场比赛的结果Ak （Ak 可以是1∶0，2∶1，3∶3，……）。
1700962569
1700962570
好，现在问题来了。我们还记得，在量子力学里如果对一个电子的动量进行“测量”，得到的结果并非唯一不变，它取决于我们的测量方式。由于不确定性原理的存在，我们可以把这个动量测得非常准确，也可以测得非常模糊，而两者都是“正确”的。
1700962571
1700962572
同样，如果测量一支球队的“历史”，也可能得到不同的结果。显然，假设我们测量得无限精细，那就会得到每一场比赛的无限信息，比如具体的比分、进球的方式、观众到场人数……为了简便起见，我们假定一场比赛最精细的信息就到具体比分为止，那么，如果精确地测量球队的历史，大约就会得到以下结果：
1700962573
1700962574
1∶2，2∶3，1∶1，4∶1，2∶0，0∶0，1∶3，……
1700962575
1700962576
大家可以看到，每一场比赛，我们都测得了最精细的信息，即具体比分。这样的历史，我们称为“精细历史”（fine-grained history）。
1700962577
1700962578
1700962579
1700962580
1700962581
密度矩阵
1700962582
1700962583
不过，很多时候我们也可以换一种“粗略”的方式进行测量。比方说，我们不需要具体知道几比几，只需要大概知道胜负结果就可以了。在这种指导思想下对一支球队的“历史”进行测量，得到的结果大约如下：
1700962584
1700962585
负，负，平，胜，胜，平，负，……
1700962586
1700962587
可以看到，这个测量结果“省略”了很多信息。现在我们只知道一场比赛的胜负，却不知道具体进了几个球，失了几个球，因此，这可以称为一种“粗略历史”（coarse-grained history）。
1700962588