賀天平：多世界解釋 量子力學(xué)詮釋中的一支奇葩

作者為國家社科基金項目“哲學(xué)視域下的‘多世界解釋’問題研究”負責(zé)人、山西大學(xué)教授

“測量難題與量子力學(xué)詮釋”是科學(xué)哲學(xué)長久且不斷翻新的話題。20世紀初，量子力學(xué)的發(fā)現(xiàn)引發(fā)物理學(xué)革命，“測量難題與量子力學(xué)詮釋問題”伴隨著這場革命應(yīng)運而生。

問題之根本

根據(jù)量子力學(xué)標準體系，量子系統(tǒng)遵循兩種不同演化方式。在非測量狀態(tài)下，按照薛定諤方程演化，是熵不變、決定論和連續(xù)性的；在測量狀態(tài)下，量子系統(tǒng)發(fā)生突變，是熵增加、非決定論和突變性的。第二種演化使“測量”成為微觀世界中難以理解而又神秘的物理現(xiàn)象，導(dǎo)致眾所周知的“測量難題”。

事實上，測量難題還包括更多內(nèi)容。一是測量結(jié)果難題：為什么微觀世界的測量結(jié)果是統(tǒng)計性、不確定的？這個難題源于波函數(shù)疊加原理和1926年的幾率詮釋，薛定諤形象地將它描述成“薛定諤貓論”，即“貓既死又活著”。愛因斯坦對這種結(jié)果非常不滿，說“上帝不會擲骰子”。二是同時性測量難題：為什么不對應(yīng)的兩個量不能被同時精確測量，而且一個量越精確另一個量越不精確？這個難題源于1927年的測不準原理(也有人稱不確定性原理)。三是測量過程難題：為什么多個疊加態(tài)在測量瞬間突變成某一確定態(tài)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)演化上的間斷性和邏輯推理的跳躍性？這個難題源于1932年馮·諾依曼的五大公理，又稱之為“投影假設(shè)”或“波包塌縮”。四是定域性難題：該難題發(fā)端于1935年的EPR佯謬，要么量子力學(xué)是非定域的，要么是不完備的，到底什么樣正等待貝爾實驗的驗證。

科學(xué)家和哲學(xué)家以“測量難題”為核心，對傳統(tǒng)物理學(xué)的認識論基礎(chǔ)作了根本性修正，對決定論、因果論和實在論等問題進行了深刻辨析，這一系列問題構(gòu)成了所謂的“量子力學(xué)詮釋難題”。通常認為，“測量難題是量子力學(xué)詮釋的核心困難”�？茖W(xué)家和科學(xué)哲學(xué)家圍繞“測量難題與量子力學(xué)詮釋”展開了曠日持久的爭論。埃里則（A.ELITZUR)2005年就指出先后有哥本哈根解釋、標準體系、正統(tǒng)解釋、隱變量理論、模態(tài)解釋等，比較有影響的量子力學(xué)解釋至少有13種之多。

多世界解釋的哲學(xué)魅力

多世界解釋作為其中之一，具有其他解釋沒有的哲學(xué)魅力。多世界解釋堅持了整體論，揚棄了還原論。多世界解釋消解了本體實在在空間結(jié)構(gòu)上的機械分割，把整個宇宙視為“整體”，“說子系統(tǒng)的獨立態(tài)是毫無意義的”；消解了觀察者與客體系統(tǒng)之間的劃分，觀察不是發(fā)生于孤立系統(tǒng)之外的一個新的過程，而是系統(tǒng)內(nèi)部相互作用的特殊情形；認為波動力學(xué)既能描述每一個孤立系統(tǒng)，也能描述每一個被觀察的系統(tǒng)，建構(gòu)了數(shù)學(xué)形式體系與觀察經(jīng)驗之間的某種一致性。多世界解釋的整體論，堅持無誤理論的預(yù)設(shè)是解決物理實際問題的需要，這恰恰反映出當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的趨勢。

多世界解釋堅持了決定論，揚棄了非決定論。根據(jù)多世界解釋，態(tài)函數(shù)始終都按照薛定諤方程線性和決定論演化；測量過程不存在從“可能”到“實際”的轉(zhuǎn)變，最后結(jié)果依然是各種“可能”的疊加，而不是某一種“可能”，從而消除了突變論；多世界解釋進一步證明了玻恩概率是形式體系本身的一個結(jié)論，無需給概率以先驗解釋，從而消除了概率論。需要強調(diào)的是，多世界解釋堅持了決定論，揚棄了非決定論，并沒有恢復(fù)嚴格決定論，因為測不準原理和玻恩概率作為量子力學(xué)基本屬性是無法或缺的。

多世界解釋堅持了一元論，揚棄了二元論。多世界解釋用一個態(tài)函數(shù)刻畫整個宇宙，實現(xiàn)了本體上的一元論；所有的系統(tǒng)都按照薛定諤方程演化，實現(xiàn)了演化模式上的一元論；尤其是多世界解釋消除了物質(zhì)與意識的對立，最終彌合了被測系統(tǒng)與觀察系統(tǒng)、主體與客體、宏觀領(lǐng)域與微觀領(lǐng)域的分離。

多世界解釋徹底改變了傳統(tǒng)的世界觀。它超越了傳統(tǒng)量子力學(xué)的束縛，超越還原論、走向整體論；解構(gòu)二元論、回歸一元論；消解非決定論、堅持決定論。三者環(huán)環(huán)相扣，相輔相成，推動了量子力學(xué)哲學(xué)基本理念的更新。

多世界解釋的最新進展

多世界解釋從“平行世界”發(fā)展到“交叉世界”，徹底變革原有理論體系。多世界解釋體系認為：波函數(shù)可以對世界進行完備性描述；微觀的量子規(guī)律是普適的，也可以對宏觀世界進行描述；所有的世界都是平行的，互不影響，互不作用。所以說，多世界是“平行世界”。2014年，懷斯曼等人在《物理學(xué)評論》上發(fā)表了多世界解釋的最新形式——“交叉世界”。該解釋幾乎完全顛覆多世界解釋的理論體系：世界本身的存在不唯一，有很多和我們一樣的世界同時客觀存在著；所有的世界和我們所處的世界一樣，擁有相同的宇宙結(jié)構(gòu)和物理學(xué)特征；不同的世界之間是相互交叉的，而不是平行的；量子效應(yīng)的存在，原因在于不同世界之間的相互作用。交叉理論給出了一幅關(guān)于世界全新的本體論圖景，它用極少的假設(shè)，推出了微觀領(lǐng)域的諸多現(xiàn)象。

多世界解釋面臨實驗驗證的責(zé)難及辯護。多世界解釋目前還沒有得到實驗證實，難免遭到科學(xué)家的質(zhì)疑。事實上，這不應(yīng)該成為接受多世界解釋的阻礙。一是基于邏輯優(yōu)越性的辯護。多世界解釋完全基于量子理論本身給出解釋，沒有任何額外的假設(shè)，構(gòu)建了一個客觀的理論，比其他詮釋具有極大的簡潔性。二是基于不可證偽性的辯護。雖說多世界解釋不可證實，但也沒有被證偽。經(jīng)驗有時候是受理論制約的，不能因為還沒觀測到理論預(yù)言就去否證一個理論，相對論的證實不也被推遲了很多年嘛！三是基于不斷修正性的辯護。多世界解釋也是一個不斷演進的理論，從“相對態(tài)解釋——德·維特理論——多視域解釋——多心靈解釋——多歷史解釋——多纖維理論”的發(fā)展，在不斷修正和完善中為自己辯護，不久的將來，一定可以找到證實自己的直接依據(jù)。

多世界解釋是量子力學(xué)詮釋中的一支奇葩，正如蓋爾曼所說，“量子力學(xué)的一種適當(dāng)?shù)恼軐W(xué)描述竟被推遲了這么久，這無疑是由于玻爾對整整一代物理學(xué)家洗了腦，使他們以為這一任務(wù)早在50年前已經(jīng)完成了的緣故�！笨磥�，關(guān)于“測量難題與量子力學(xué)詮釋”以及多世界解釋本身還有很長的路要走。