引言：在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域，“量子熱學(xué)”可以說(shuō)是一個(gè)“特殊”的學(xué)科，這些特殊性首先彰顯在它的困難度促使多數(shù)非專業(yè)人士望而興嘆；但與此同時(shí)，更多的讀者必然又對(duì)量子熱學(xué)種種迥異于日常世界和感性思維的概念飽含了疑惑與好奇。這些高大、神秘而又困難的形象，早早已趕超了科學(xué)本身，給人類的現(xiàn)實(shí)生活帶來(lái)了巨大影響。無(wú)論是“遇事不決、量子熱學(xué)”的自嘲，還是各類打著“量子××”（如“量子波動(dòng)速讀”）幌子，對(duì)不明就里的大眾進(jìn)行坑蒙誘拐的非法行為，都是借助了“量子熱學(xué)”的這樣一些特點(diǎn)。本文章是對(duì)量子熱學(xué)世界觀的一種闡釋，聚焦于現(xiàn)有“哥本哈根”詮釋的弱點(diǎn)，探討了“多世界展現(xiàn)”的提出動(dòng)機(jī)和內(nèi)涵，并思索其背后的哲學(xué)問(wèn)題，文章是物理、物理與人文社會(huì)科學(xué)的融合，帶有半專業(yè)半科普的性質(zhì)，希望讀者看之后，才能去除對(duì)量子熱學(xué)有更深刻的認(rèn)識(shí)，去除內(nèi)心的“玄幻”感。
序言
量子熱學(xué)的多世界展現(xiàn)是Hugh在耶魯學(xué)院師從John讀銀華提出的。直接功擊了馮·諾依曼和狄拉克提出的量子熱學(xué)公式，也批判赫爾辛基演繹，覺(jué)得“正統(tǒng)”的敘述不能充分描述化學(xué)系統(tǒng)在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)所發(fā)生的事情。量子熱學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)馮·諾依曼—狄拉克塌縮公式（也就是在大多數(shù)教科書中的理論版本）提供了一種不完整和不連貫的檢測(cè)特點(diǎn)，而玻爾對(duì)該理論的描述（稱為赫爾辛基演繹）甚至更糟，它只是規(guī)定了量子熱學(xué)不能解釋檢測(cè)過(guò)程。
Hugh.圖源：維基百科。
對(duì)一個(gè)量子態(tài)進(jìn)行檢測(cè)后，檢測(cè)結(jié)果是概率性的，并且數(shù)學(xué)學(xué)家們刻意回避了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，檢測(cè)后量子態(tài)會(huì)發(fā)生哪些變化？赫爾辛基學(xué)派覺(jué)得檢測(cè)會(huì)造成量子態(tài)發(fā)生不連續(xù)的跳變，即“波函數(shù)塌縮”。在某一可觀測(cè)量的檢測(cè)過(guò)程中，量子態(tài)會(huì)以一定的概率跳變到一個(gè)本征態(tài)上。但波函數(shù)塌縮十分令人吃驚，波函數(shù)塌縮應(yīng)當(dāng)是一個(gè)實(shí)實(shí)在在的化學(xué)過(guò)程，由于它是兩個(gè)數(shù)學(xué)體系，被觀測(cè)物體和檢測(cè)儀器，互相作用的結(jié)果。這樣一個(gè)化學(xué)過(guò)程到底是怎么發(fā)生的？這個(gè)波函數(shù)塌縮發(fā)生在一個(gè)哪些樣的時(shí)間尺度上？能用一個(gè)具體的物理多項(xiàng)式來(lái)描述波函數(shù)塌縮嗎？阿姆斯特丹學(xué)派拒絕回答這種問(wèn)題，她們只是用文字描述了波函數(shù)塌縮，沒(méi)有任何物理公式。
標(biāo)準(zhǔn)塌縮理論的問(wèn)題在于，它要求觀察者一直被視為理論所描述的系統(tǒng)的外部，其后果就是它不能用于提供全宇宙一致的數(shù)學(xué)描述，由于宇宙中包含觀察者。更具體地說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)塌縮理論有兩個(gè)動(dòng)力學(xué)定理：其二是數(shù)學(xué)系統(tǒng)在未檢測(cè)時(shí)以線性確定性的方法演變；另一是數(shù)學(xué)系統(tǒng)在檢測(cè)時(shí)以非線性隨機(jī)形式演進(jìn)。但為什么不能用線性確定性的定理來(lái)描述檢測(cè)儀器和觀察者呢（既然她們都是由更小的、遵循線性確定性的系統(tǒng)所構(gòu)成的）？所以標(biāo)準(zhǔn)塌縮理論在邏輯上并不一致。
任何“標(biāo)準(zhǔn)”的量子熱學(xué)教科書就會(huì)告訴你，化學(xué)系統(tǒng)的一切信息都由希爾伯特空間中的元素——態(tài)函數(shù)|ψ?來(lái)完整地描述，但是對(duì)于系統(tǒng)的眾多檢測(cè)只能給出概率性的結(jié)果。態(tài)函數(shù)|ψ?客觀地描述了化學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)，化學(xué)系統(tǒng)仍然持有著態(tài)函數(shù)，與主觀的觀察者無(wú)關(guān)。而態(tài)函數(shù)滿足兩種具有本質(zhì)不同的變化形式：
過(guò)程一：由檢測(cè)所造成的不連續(xù)變化。某個(gè)數(shù)學(xué)量假如具有本征態(tài)|?1?,|?2?,…，這么在進(jìn)行檢測(cè)后態(tài)|ψ?會(huì)以|?ψ|?j?|2的概率跳變到本征態(tài)|?j?。
過(guò)程二：連續(xù)且符合決定論的變化。孤立系統(tǒng)隨時(shí)間的變化滿足波動(dòng)多項(xiàng)式
其中?是個(gè)幺正算符。
于是在量子熱學(xué)中就有兩種迥然不同的量子態(tài)演變形式：(1)波函數(shù)塌縮；(2)量子態(tài)根據(jù)薛定諤多項(xiàng)式進(jìn)行的動(dòng)力學(xué)演變。后者是不連續(xù)非么正的；前者是連續(xù)且么正的。這兩種量子態(tài)演變的不同始于系統(tǒng)的差別：進(jìn)行么正演變的系統(tǒng)是孤立的量子系統(tǒng)，即量子系統(tǒng)與外界沒(méi)有任何能量和物質(zhì)交換；而發(fā)生波函數(shù)塌縮的量子系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)有互相作用。
我們會(huì)認(rèn)為量子熱學(xué)很奇怪，最主要的緣由就是由于波函數(shù)存在于希爾伯特空間中，而非像位置、動(dòng)量都真實(shí)存在于日常生活的歐幾里得空間中，我們看得見(jiàn)摸得著。于是我們得仰賴算符來(lái)聯(lián)系具象的物理（希爾伯特空間）和現(xiàn)實(shí)的數(shù)學(xué)世界，而波函數(shù)是個(gè)黑袋子，你只能像盲人摸象通常去嘗試，但是一摸都會(huì)把象給毀了。波函數(shù)確實(shí)擁有著系統(tǒng)的一切信息，但你若是想要得到這種信息就只能透過(guò)各色各樣的檢測(cè)來(lái)讀出，但是你每次都只能得到部份信息，其余的都遺失了。你們就會(huì)問(wèn)：“波函數(shù)究竟能不能被當(dāng)做實(shí)體，還是僅僅是一個(gè)便捷估算的語(yǔ)文工具，只有在檢測(cè)時(shí)才真正出現(xiàn)？”
波函數(shù)塌縮的悖論
假如把觀察者和他的客觀系統(tǒng)整合成一個(gè)單一的化學(xué)系統(tǒng)，這時(shí)阿姆斯特丹展現(xiàn)便會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。也就是說(shuō)當(dāng)存在超過(guò)兩位觀察者時(shí)，情況都會(huì)出現(xiàn)矛盾。考慮觀察者A對(duì)系統(tǒng)S進(jìn)行檢測(cè)，而(A+S)又是另一位觀察者B的客觀系統(tǒng)，B對(duì)量子態(tài)(A+S)進(jìn)行描述，具有態(tài)函數(shù)ψA+S，只要B不和(A+S)發(fā)生互相作用，態(tài)函數(shù)的變化就滿足過(guò)程二，即使A會(huì)對(duì)S進(jìn)行檢測(cè)。倘若從B的角度來(lái)看事情，沒(méi)有任何過(guò)程一會(huì)發(fā)生，也就是不可能會(huì)有不連續(xù)地塌縮過(guò)程；于是這便出現(xiàn)了矛盾，對(duì)于A而言，當(dāng)他進(jìn)行檢測(cè)時(shí)肯定會(huì)有概率性的過(guò)程一。
以下用一個(gè)小故事來(lái)更清楚的抒發(fā)這個(gè)矛盾。在一間孤立的屋子中有一位觀察者A對(duì)系統(tǒng)S進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)后他會(huì)把結(jié)果紀(jì)錄在電腦上。假定S的態(tài)函數(shù)并非是他即將進(jìn)行檢測(cè)的本征態(tài)，而A作為阿姆斯特丹學(xué)派的支持者，相信檢測(cè)后會(huì)得到由過(guò)程一形成的非決定論的結(jié)果。但是同時(shí)在臥室外邊有另一位觀察者B，他持有整個(gè)屋子的波函數(shù)，包括系統(tǒng)S、測(cè)量?jī)x器和觀察者A。
圖源：《簡(jiǎn)明量子熱學(xué)》。
可以構(gòu)想B是A的老總，他叫A去做實(shí)驗(yàn)而他只對(duì)檢測(cè)結(jié)果感興趣，于是他記錄了整間屋子初始狀態(tài)的波函數(shù)，由過(guò)程二算得了一段時(shí)間后的態(tài)函數(shù)，其實(shí)赫爾辛基學(xué)派相信此波函數(shù)完整的描述了臥室內(nèi)的所有信息，只是你要想讀出那些信息就得進(jìn)行檢測(cè)。B須要做的檢測(cè)就是“開(kāi)門”這個(gè)動(dòng)作，門打開(kāi)后B便會(huì)與A+S發(fā)生糾纏。
為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假定A在做Stern-實(shí)驗(yàn)，只可能讀出up或down兩種值。可以看出這兒有個(gè)矛盾：對(duì)A而言，當(dāng)他在做檢測(cè)時(shí)波函數(shù)早已被定出來(lái)了（假設(shè)他測(cè)到了up）
他如今開(kāi)始傻笑等著老總B來(lái)開(kāi)門檢測(cè)數(shù)據(jù)。B開(kāi)門后便會(huì)與A+S發(fā)生糾纏，于是有
但對(duì)B而言，他仍然覺(jué)得A處于測(cè)得up和測(cè)得down的迭加態(tài)中
他不曉得A到底測(cè)到了哪些，直至開(kāi)門后可能出現(xiàn)兩種情況：
這個(gè)矛盾就發(fā)生于二人的對(duì)波函數(shù)的理解不一樣，A覺(jué)得波函數(shù)|ψA+S?早已定死了，B即使不走近來(lái)看也照樣寫在哪里，但對(duì)B而言他會(huì)感覺(jué)是自己“開(kāi)門”的這個(gè)動(dòng)作才讓波函數(shù)定出來(lái)，在他推門而入之前都是處于迭加態(tài)。
假定B在三天后才打開(kāi)門步入實(shí)驗(yàn)室，B對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有異議，但堅(jiān)持說(shuō)A是在自己打開(kāi)門的那種時(shí)刻才把結(jié)果記錄在電腦上的，而A其實(shí)會(huì)堅(jiān)持自己早在三天前就記錄好了。這個(gè)故事明晰且深刻地闡明了波函數(shù)塌縮假說(shuō)的內(nèi)在矛盾，假如宇宙中包含超過(guò)一位觀察者，這么採(cǎi)用赫爾辛基演繹便會(huì)造成她們的認(rèn)知出現(xiàn)歧異。
因而，我們必須尋求對(duì)該理論進(jìn)行適當(dāng)?shù)母模騽t采用完全不同的解釋。以下提出若干種防止矛盾的方案：
（1）備選方案一：假定宇宙中只存在一位觀察者。這是唯我論的觀點(diǎn)，我們每位人都必須覺(jué)得他是惟一有效的觀察者，宇宙中不僅他以外的其余部份在任何時(shí)侯都遵循過(guò)程二，除非他進(jìn)行檢測(cè)。
這些觀點(diǎn)可以保持一致，并且會(huì)讓人們倍感不安。非常是當(dāng)你在編撰量子熱學(xué)的教科書時(shí)，你該怎么勸說(shuō)這些不適用于過(guò)程一的人呢？
（2）備選方案二：限制量子熱學(xué)的適用性。可以宣稱當(dāng)量子力學(xué)在描述像是觀察者或檢測(cè)儀器這類宏觀物體時(shí)失效了。
如此做的缺點(diǎn)是含混不清且粗魯。為何宏觀物體是精典的？赫爾辛基演繹沒(méi)有任何解釋，只有一個(gè)輕率的申明，奧斯陸演繹并沒(méi)有給出宏觀系統(tǒng)和微觀系統(tǒng)的具體界線。并且當(dāng)我們非要把宏觀和微觀之間分出一條分界線時(shí)會(huì)出現(xiàn)更多麻煩。假如用碳60做雙狹縫實(shí)驗(yàn)時(shí)也能見(jiàn)到干涉白色，這么更大一點(diǎn)的分子甚至蛋白質(zhì)呢？假如一兩顆原子的運(yùn)動(dòng)要藥量子力學(xué)描述，那一千顆原子呢？而且宏觀的金屬塊其導(dǎo)電性仍然要藥量子力學(xué)來(lái)描述。還有既然世界是由量子規(guī)律所組成的，那為什么我們?cè)诤暧^世界看不到量子現(xiàn)象？甚至我們還可以追問(wèn)到底是哪些造成了塌縮？假如人類的檢測(cè)會(huì)造成塌縮這么植物來(lái)做檢測(cè)也可以嗎？還有塌縮的過(guò)程到底需不須要時(shí)間？
（3）備選方案三：我們選擇放棄過(guò)程一，假設(shè)任何系統(tǒng)都滿足波動(dòng)多項(xiàng)式，包括觀察者和檢測(cè)儀器。檢測(cè)過(guò)程將完全由觀察者和客觀系統(tǒng)所組成的復(fù)合系統(tǒng)波函數(shù)來(lái)描述，亦稱永遠(yuǎn)符合過(guò)程二。
做了這個(gè)假定后將有好多的益處，它在邏輯上十分簡(jiǎn)約，并且還可以應(yīng)用于整個(gè)宇宙，所有過(guò)程一律平等，再也沒(méi)有阿姆斯特丹學(xué)派不愿解釋清楚的“測(cè)量過(guò)程”。我們可以覺(jué)得態(tài)函數(shù)是最基礎(chǔ)的單元，整個(gè)宇宙也可以由態(tài)函數(shù)來(lái)表示，于是此理論被稱為“宇宙波函數(shù)”。其實(shí)既然假定了一切化學(xué)都滿足此函數(shù)，那就要檢驗(yàn)它是否能和日常經(jīng)驗(yàn)達(dá)成一致。
我們要在此理論體系中引入觀察者。觀察者可以被覺(jué)得是手動(dòng)運(yùn)行的記錄設(shè)備而且還能響應(yīng)環(huán)境變化。這種觀察者的行為應(yīng)一直在波動(dòng)熱學(xué)的框架內(nèi)進(jìn)行處理。據(jù)悉，我們將推算出過(guò)程一的“機(jī)率性”是作為這種觀察者的主觀表現(xiàn)，因而將此理論與日常經(jīng)驗(yàn)做對(duì)應(yīng)。可以說(shuō)此理論在客觀上是連續(xù)且符合因果決定論的，而主觀上是不連續(xù)且概率性的。我們提供了更深入的看法去了解量子化的意義，回答怎么讓多個(gè)觀察者共存的問(wèn)題，以及量子熱學(xué)中糾纏性所起的作用。
為了將這純粹的波動(dòng)熱學(xué)理論帶入日常經(jīng)驗(yàn)中，我們須要運(yùn)用復(fù)合系統(tǒng)中的子系統(tǒng)們之間的糾纏性，并用態(tài)函數(shù)描述。復(fù)合系統(tǒng)中的子系統(tǒng)一般不擁有一個(gè)獨(dú)立的態(tài)函數(shù)。也就是說(shuō)復(fù)合系統(tǒng)再也不能被表示為簡(jiǎn)單的一對(duì)子系統(tǒng)態(tài)，只能被表示為好幾對(duì)子系統(tǒng)態(tài)的迭加。諸如一對(duì)粒子的波函數(shù)ψ(x1,x2)難以總寫成ψ=?(x1)η(x2)，而只能寫成：
將不會(huì)再存在粒子一或粒子二的單態(tài)，而只有它們的疊加態(tài)。
事實(shí)上，對(duì)于任意選擇的子系統(tǒng)的態(tài)都存在另一個(gè)子系統(tǒng)的相對(duì)態(tài)與之對(duì)應(yīng)，所以任何子系統(tǒng)的態(tài)都并非完全獨(dú)立的，而是和剩余的子系統(tǒng)的態(tài)有糾纏。而這些系統(tǒng)間的糾纏性形成于系統(tǒng)間的互相作用，但是我們理論的觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)：所有檢測(cè)過(guò)程都可以被簡(jiǎn)單的覺(jué)得是觀察者和客觀系統(tǒng)間的互相作用所形成的強(qiáng)糾纏。
假如我們將觀察者視為（觀察者+客觀系統(tǒng)）這個(gè)復(fù)合系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，這么當(dāng)互相作用發(fā)生后便不會(huì)再存在一個(gè)單一的觀察者態(tài)。只會(huì)得到一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)的迭加態(tài)，包含一個(gè)確定的觀察者態(tài)和一個(gè)確定的客觀系統(tǒng)態(tài)與之相對(duì)應(yīng)。據(jù)悉，我們會(huì)發(fā)覺(jué)這種相對(duì)的客觀系統(tǒng)態(tài)中的每一個(gè)都近似地是檢測(cè)的本征態(tài)，其對(duì)應(yīng)于由觀察者所獲得的值。為此，最終迭加態(tài)的每位元素都描述了一位感知到明晰且一般不同結(jié)果的觀測(cè)者，但是與該觀測(cè)者相對(duì)應(yīng)的客觀系統(tǒng)態(tài)也早已被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的本征態(tài)。從這個(gè)意義上說(shuō)，過(guò)程一的聲稱雖然都弄成每位觀察者的主觀體會(huì)，但是由迭加態(tài)中的元素來(lái)描述。我們還將見(jiàn)到此糾纏性在當(dāng)存在著好幾個(gè)觀察者，并準(zhǔn)許她們彼此間有互相作用時(shí)將起著重要作用，保持理論能前后一致。
我們以糾纏的觀點(diǎn)來(lái)再度看這個(gè)實(shí)驗(yàn)。初始時(shí)刻，因?yàn)殂y原子還沒(méi)有飛到測(cè)量屏，她們都對(duì)結(jié)果一無(wú)所知。當(dāng)A完成實(shí)驗(yàn)后，A就和銀原子發(fā)生了糾纏。之后當(dāng)B打開(kāi)實(shí)驗(yàn)室的門，他見(jiàn)到了實(shí)驗(yàn)結(jié)果于是和銀原子和實(shí)驗(yàn)員A發(fā)生糾纏。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)員都覺(jué)得A是在三天前記錄檢測(cè)結(jié)果的。在B打開(kāi)門曾經(jīng)，有兩個(gè)平行世界：另一個(gè)世界里A記錄了“上”；一個(gè)世界里A記錄了“下”。打開(kāi)門以后，B就和原有的系統(tǒng)糾纏上了：一個(gè)世界里他見(jiàn)到記錄本上寫著“上”；另一個(gè)世界里他見(jiàn)到記錄本上寫著“下”。多世界展現(xiàn)不會(huì)造成兩位觀察者的認(rèn)知出現(xiàn)歧異。
在多世界展現(xiàn)里自然界不再有量子世界和精典世界的分辨，所有的系統(tǒng)都是量子的：銀原子是量子的、檢測(cè)屏是量子的、貓是量子的、觀察者也是量子的。無(wú)論多大多小，不同系統(tǒng)之間都可以發(fā)生糾纏，任何系統(tǒng)都可以處于迭加態(tài)。不同的迭加態(tài)只是不同的平行世界。假如有更多觀察者打開(kāi)門看記錄簿，那他都會(huì)和已有的大系統(tǒng)糾纏上，在多世界展現(xiàn)里沒(méi)有任何人是非常的（只有他才可以導(dǎo)致塌縮），所有人都可以用量子態(tài)來(lái)描述。但須要非常注意，并非真的復(fù)制出了兩個(gè)平行世界，質(zhì)量能量也沒(méi)有為此就翻了一倍，這只是同一系統(tǒng)的兩個(gè)狀態(tài)，如同
描述的是“一個(gè)”原子處于兩個(gè)狀態(tài)：一個(gè)載流子向下、一個(gè)載流子向上的疊加態(tài)；而不是兩個(gè)原子。
世界“分裂”
接著來(lái)聊聊多世界展現(xiàn)里的概率是怎樣一回事，形象的可以說(shuō)我們的世界仍然在分岔，在Stern-實(shí)驗(yàn)中，把電子束當(dāng)成一顆顆按次序射入的電子，當(dāng)電子經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)時(shí)會(huì)分裂成兩個(gè)世界，其中一個(gè)世界里的電子往上飛了、而另一個(gè)世界里的往下，假如束流中有n顆電子，這么將會(huì)分裂成2n個(gè)世界。雖然就跟拋硬幣的古典概率類似，正背面出現(xiàn)的概率各半，我們可以很自然的發(fā)覺(jué)大多數(shù)的世界中電子上下分布的數(shù)目差不多（上下兩條痕跡差不多深）。其實(shí)也不排除存在著一些非常辛運(yùn)的世界，這種世界里的電子全都飛到里面去了，比如連續(xù)拋一百次硬幣都出現(xiàn)正面，只是機(jī)率就十分小了。
圖源：維基百科。
概率原本就是大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，假若你只做一次實(shí)驗(yàn)，是沒(méi)有哪些概率可談的，比如我只拋一次硬幣，我也沒(méi)法說(shuō)這枚硬幣是好是壞，只有當(dāng)你大量重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，假定拋一萬(wàn)次硬幣發(fā)覺(jué)有六千次朝上，你就會(huì)懷疑這枚硬幣的加工有問(wèn)題。同理，也只有當(dāng)你發(fā)射好多原子通過(guò)Stern-儀后，才能看見(jiàn)上下分布各一半。
但是須要注意你從單一風(fēng)波中是難以分辨量子概率跟精典概率的（這也是造成愛(ài)因斯坦和玻爾吵了好幾年的誘因之一），盡管我們說(shuō)導(dǎo)致量子概率跟精典概率的背后原理不同（精典概率是因?yàn)闊o(wú)知所造成），但當(dāng)你只看一個(gè)粒子的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)你是完全未能分辨它到底是量子概率還是精典機(jī)率。假如你只做一次Stern-實(shí)驗(yàn)，電子出現(xiàn)在上方或下方的概率，和拋一枚硬幣出現(xiàn)正面或背面的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)你而言沒(méi)哪些不同。只有當(dāng)你研究?jī)蓚€(gè)粒子之間概率的關(guān)聯(lián)，例就像時(shí)觀察載流子單態(tài)兩邊的粒子，你就會(huì)發(fā)覺(jué)量子概率會(huì)違背貝爾不方程。
圖源：維基百科。
最后討論一下薛定諤的貓。在奧斯陸演繹中檢測(cè)行為會(huì)造成世界發(fā)生變化，薛定諤的貓?jiān)咎幱诩壬炙赖臓顟B(tài)，而是人類打開(kāi)袋子的觀看行為把貓給“看死了”。但在多世界展現(xiàn)中的檢測(cè)行為只會(huì)改變觀察者自身，貓的波函數(shù)早已被定出來(lái)了，只是當(dāng)人類打開(kāi)箱午時(shí)人類的記憶和貓的波函數(shù)發(fā)生糾纏。打開(kāi)袋子前的狀態(tài)是：|alive?|ψ?，貓活著且人類沒(méi)有記憶；打開(kāi)袋子后弄成|alive?|sawalive?和|dead?|sawdead?兩個(gè)平行的世界，一切都是按波函數(shù)的幺正演變，檢測(cè)的當(dāng)下沒(méi)有頓時(shí)劇烈變化。
依據(jù)多世界展現(xiàn)量子物理三大理論量子糾纏觀察者原理，這個(gè)波函數(shù)的兩個(gè)份量代表了兩個(gè)平行的世界：一個(gè)世界里貓還活著；另一個(gè)世界里貓?jiān)缫阉懒恕＿@兩個(gè)世界同樣真實(shí)，平行存在。一定要注意，這個(gè)波函數(shù)描述的是同一個(gè)系統(tǒng)，即袋子內(nèi)的兩個(gè)狀態(tài)；并不是說(shuō)一只活貓分身弄成了兩只貓：一只活的、一只死的。
當(dāng)觀察者完成了對(duì)狗狗的觀察過(guò)后，觀察者和小狗之間就產(chǎn)生了量子糾纏。完成觀察后，小貓的每位狀態(tài)（“死”和“活”）、觀察者的每一個(gè)可能狀態(tài)（“看到貓死”和“看到貓活”）都不再獨(dú)立。檢測(cè)后，小狗早已不再是一個(gè)獨(dú)立存在了，它和觀察者糾纏在一起。此時(shí)我們對(duì)狗狗狀態(tài)的描述必須構(gòu)建在觀察者某個(gè)狀態(tài)的前提下，反之亦然。也就是說(shuō)，倉(cāng)鼠狀態(tài)是相對(duì)于觀察者狀態(tài)存在的，而觀察者的狀態(tài)也是相對(duì)于狗狗狀態(tài)而存在的。這就是“相對(duì)態(tài)”：系統(tǒng)的每位迭加態(tài)仍舊存在，但它們是相對(duì)于觀察者存在的，反之亦然。
這么在每位迭加分支中，觀察者的感知狀態(tài)將會(huì)怎樣呢？覺(jué)得，因?yàn)樵趶?fù)合系統(tǒng)的迭加態(tài)中，每一個(gè)分支都包含一個(gè)確定的觀察者態(tài)、一個(gè)具有確定讀數(shù)的檢測(cè)儀器態(tài)、以及一個(gè)確定的被測(cè)系統(tǒng)態(tài)，因而，態(tài)迭加中的每位分支都描述一個(gè)感知到確定結(jié)果的觀察者。
Bryce提出了一個(gè)更為清晰的敘述，在檢測(cè)過(guò)程中，由初始波函數(shù)描述的世界分裂為許多個(gè)互相不可觀察但同樣真實(shí)的世界分支，它們中的每一個(gè)都對(duì)應(yīng)于整個(gè)系統(tǒng)迭加態(tài)中的一個(gè)確定的成員態(tài)。可以覺(jué)得是儀器和環(huán)境的糾纏造成退相干因而引起世界分裂。于是，在每位單獨(dú)的世界分支中，一次檢測(cè)只形成一個(gè)確定的結(jié)果，盡管各個(gè)世界分支中的結(jié)果并不相同，也可以把不同的“平行世界”理解成統(tǒng)計(jì)熱學(xué)中的系綜。“多世界展現(xiàn)”也因而得名。
Bryce.圖源：維基百科。
在這兒必須提一下歷史誘因，“多世界”這個(gè)名子確實(shí)不好，讓你感覺(jué)世界在分裂一樣（也不喜歡宇宙會(huì)“分裂”的這些說(shuō)法），本人原先把此展現(xiàn)稱之為“宇宙波函數(shù)”或“相對(duì)態(tài)敘述”（他在論文的任何一個(gè)版本中都沒(méi)有提及過(guò)“多世界”或“平行世界”），是后來(lái)可能出于懸疑或標(biāo)題黨目的才取了多世界這些聽(tīng)上去很蜷曲的名子，也為此創(chuàng)造了無(wú)數(shù)借此為題的懸疑作品。
在相對(duì)態(tài)敘述中，檢測(cè)儀器M和被測(cè)系統(tǒng)S產(chǎn)生一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)，它們?cè)跈z測(cè)之前都分別具有明晰定義的狀態(tài)。檢測(cè)被覺(jué)得是檢測(cè)儀器和被測(cè)系統(tǒng)間的互相作用，在它們互相作用了以后，不再可能通過(guò)獨(dú)立狀態(tài)描述任一系統(tǒng)。每位系統(tǒng)惟一有意義的描述是相對(duì)態(tài)函數(shù)：比如給定M狀態(tài)的S的相對(duì)狀態(tài)或給定S狀態(tài)的M的相對(duì)狀態(tài)。而覺(jué)得，在一系列檢測(cè)以后的S狀態(tài)由迭加態(tài)給出，每位狀態(tài)對(duì)應(yīng)于S的檢測(cè)歷史。
覺(jué)得觀察者和被測(cè)系統(tǒng)所組成的大系統(tǒng)在觀察后會(huì)分裂，每位分裂對(duì)應(yīng)于觀察到的不同或多個(gè)可能的結(jié)果。這種分裂生成一棵樹(shù)，如右圖所示。為此，引入了“平行世界”這個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述觀察者的完整檢測(cè)歷史，其大致對(duì)應(yīng)于該樹(shù)的單個(gè)分支。
左上角的淺黃色小方塊表示系統(tǒng)處于純態(tài)。右上角的斜白色小方塊表示觀察者看見(jiàn)以精典概率出現(xiàn)的混態(tài)。我們看見(jiàn)的混態(tài)是對(duì)復(fù)合系統(tǒng)求部份跡的結(jié)果。連續(xù)檢測(cè)會(huì)生成一棵樹(shù)。圖源：維基百科。
在多世界展現(xiàn)中，薛定諤多項(xiàng)式永遠(yuǎn)適用。檢測(cè)過(guò)程可以將波動(dòng)多項(xiàng)式應(yīng)用于包括觀察者和被測(cè)物體的整個(gè)系統(tǒng)。每次檢測(cè)都可以被覺(jué)得是造成觀察者和被測(cè)物體所組成的大系統(tǒng)的波函數(shù)弄成兩個(gè)或更多個(gè)難以互相作用的分支的迭加態(tài)，或則說(shuō)分裂成許多“平行世界”。
一旦子系統(tǒng)間互相作用，它們的狀態(tài)才會(huì)顯得互相關(guān)聯(lián)或糾纏在一起量子物理三大理論量子糾纏觀察者原理，再也不可能將它們視為彼此獨(dú)立的狀態(tài)（也只有當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)處于糾纏態(tài)時(shí)討論相對(duì)態(tài)才有意義）。在相對(duì)態(tài)敘述中，每位子系統(tǒng)的狀態(tài)如今都與其相對(duì)態(tài)互相關(guān)聯(lián)，于是現(xiàn)今必須將每位子系統(tǒng)視為與其互相作用的其他子系統(tǒng)相關(guān)。
再以薛定諤的貓為例，放射性物質(zhì)有幾率衰弄成|1>觸發(fā)毒藥把貓毒死，然后人都會(huì)很傷心，所以原子、貓、人兩者糾纏在一起：
α|0>?|alive>?|happy>+β|1>?|dead>?|sad>
若對(duì)此純態(tài)求部份跡，將會(huì)得到：|α|2|0>β|2|1>α|2的概率貓會(huì)活出來(lái)。
推論
多世界展現(xiàn)可以簡(jiǎn)單地總結(jié)為兩句話：
檢測(cè)的本質(zhì)是糾纏，而且檢測(cè)是個(gè)么正過(guò)程。檢測(cè)并不一定須要宏觀儀器，它完全可以通過(guò)將被測(cè)系統(tǒng)與微觀量子態(tài)糾纏來(lái)完成。
觀察者看見(jiàn)的結(jié)果是對(duì)純態(tài)糾纏態(tài)求部份跡后得到的密度矩陣。因?yàn)槟悴⒉粫缘米约簳?huì)被分到那個(gè)平行世界里，所以對(duì)于在每位平行世界內(nèi)的人并非決定論的。
在量子熱學(xué)幺正演變的框架內(nèi)，多世界展現(xiàn)不引入任何附加的假定，成功地描述了檢測(cè)問(wèn)題，因而指責(zé)阿姆斯特丹演繹。多世界展現(xiàn)放棄了奧斯陸演繹的塌縮假定，由于它會(huì)造成個(gè)別化學(xué)系統(tǒng)遵守的規(guī)則與其他系統(tǒng)的不同，且沒(méi)有明晰的方式可以分辨這兩種類型的系統(tǒng)。但是，在這個(gè)客觀決定論的多世界展現(xiàn)中，量子熱學(xué)的概率性將在主觀層面上重新出現(xiàn)，它作為觀察者的相對(duì)現(xiàn)象。因?yàn)橛^察者并不曉得自己會(huì)被分到那個(gè)平行世界里，所以對(duì)于在每位平行世界內(nèi)的人并非決定論的。
多世界展現(xiàn)解決了奧斯陸演繹最為人非議的兩個(gè)缺陷：(1)內(nèi)在邏輯的不自洽；(2)模糊的量子—經(jīng)典界線。并且我們還聽(tīng)到，純粹的波動(dòng)熱學(xué)構(gòu)成了一個(gè)完整且確切的化學(xué)理論，而且與標(biāo)準(zhǔn)塌縮理論給出了相同的經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)。檢測(cè)問(wèn)題只是一種誤讀，這些誤會(huì)是由于毋須要地添加一個(gè)假定而得出的——即假定“測(cè)量”本身是個(gè)特殊的操作。革除檢測(cè)的多世界展現(xiàn)在物理形式上十分簡(jiǎn)約，并且能適用于全宇宙的系統(tǒng)。
借助“純粹的波動(dòng)熱學(xué)”來(lái)解決檢測(cè)問(wèn)題，使用“宇宙波函數(shù)”來(lái)描述宇宙的化學(xué)狀態(tài)，它描述了以完美連續(xù)且線性的形式演進(jìn)的態(tài)之迭加。他對(duì)檢測(cè)問(wèn)題的解決方案是將隨機(jī)非線性動(dòng)力學(xué)從標(biāo)準(zhǔn)塌縮理論中剔除，并將由此形成的純粹波動(dòng)熱學(xué)（只有時(shí)間依賴的薛定諤多項(xiàng)式）作為完整的物理理論。他的目標(biāo)是將標(biāo)準(zhǔn)塌縮理論的經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)推測(cè)為觀察者的主觀經(jīng)驗(yàn)，觀察者自己也是被理論描述的數(shù)學(xué)系統(tǒng)。于是我們構(gòu)建一套“相對(duì)態(tài)的量子熱學(xué)理論”來(lái)解釋觀察者的主觀經(jīng)驗(yàn)。
當(dāng)年，曾受到的嚴(yán)厲批評(píng)：“測(cè)量引起的分支狀態(tài)共存，意味著世界會(huì)在多次檢測(cè)中不斷地分裂，并且沒(méi)有任何觀察者實(shí)際感遭到各個(gè)分支的共存。”對(duì)這個(gè)問(wèn)題的回答也是思辨式的，他效仿了伽利略面對(duì)天主教宗的指責(zé)時(shí)的辯論。他說(shuō)：“哥白尼的日心說(shuō)預(yù)言了月球在動(dòng)，但月球上的人的經(jīng)驗(yàn)從來(lái)沒(méi)有直接覺(jué)得到月球在動(dòng)。不過(guò)，從日心說(shuō)發(fā)展下來(lái)的完整理論——伽利略從慣性的觀點(diǎn)解釋了月球上的人為哪些會(huì)覺(jué)得不到月球在動(dòng)。理論本身可以解釋理論預(yù)言與經(jīng)驗(yàn)的表觀矛盾，這一點(diǎn)正是成功理論的深沉和精妙所在。”于是從此成為多世界展現(xiàn)的一大助力者。
多世界展現(xiàn)才能對(duì)于奧斯陸學(xué)派沒(méi)有解釋清楚的“測(cè)量過(guò)程”給出一個(gè)說(shuō)法。我們覺(jué)得任何系統(tǒng)都滿足波動(dòng)多項(xiàng)式，包括觀察者和檢測(cè)儀器。檢測(cè)過(guò)程將完全由觀察者和客觀系統(tǒng)所組成的復(fù)合波函數(shù)來(lái)描述，亦稱所有過(guò)程都符合波動(dòng)多項(xiàng)式。在此理論下，態(tài)函數(shù)永遠(yuǎn)不會(huì)塌縮，一切都符合嚴(yán)格的決定論。態(tài)函數(shù)被自然地分解成相互正交的基底，而此正反映著世界被連續(xù)地分裂成大量的彼此間平行但互相等價(jià)的真實(shí)世界。這些波動(dòng)熱學(xué)的概念，連同糾纏性的機(jī)制，產(chǎn)生了一個(gè)邏輯自洽的演繹，而且可以讓多個(gè)觀察者共存。
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作者簡(jiǎn)介
張君睿
復(fù)旦大學(xué)科學(xué)哲學(xué)專業(yè)20級(jí)研究生，研究方向?yàn)閿?shù)學(xué)哲學(xué)。
