物质波与波函数（5.1）

(一)、艾弗雷特的多世界解释

多世界解释由艾弗雷特首创，见于艾弗雷特1957年《宇宙波函数理论》的博士论文中，称作“相对态解释”,虽然得到了他的老师惠勒的支持,但并无多大学术反应。尘封了十几年以后,才又经过德威特、艾伯特、洛克伍德等人的发展,形成了今天较有影响的学术流派。量子力学多世界解释又称为EWG理论。理论缘于量子力学哥本哈根学派的量子测量困难。困难的实质在于,标准量子力学形式体系不能提供被测系统与测量仪器之间相互作用的完备而精确的描述。测量过程中的“波包塌缩”有违相对论的要求。

解决量子力学测量难题，艾弗雷特认为有五种可选方案：

1、宇宙中只能有一个观察者(比如上帝)能引起“波包塌缩”；

2、限制量子力学应用范围，比如不能应用于接近于宏观尺度的系统,包括观察者和测量仪器等；

3、限制波函数描述的有效性,即把观测的有效性限制在观察者A与被测系统S之间,对组合系统A＋S的观察者B失效,以此截断无限长仪器练讨论；

4、采用系综观点,放弃波函数对系统完备描述的主流认识；

5、假设量子力学具有普适性,放弃经典力学的独统地位。

艾弗雷特假设纯粹波动力学对所有物理系统都有效,它能精确描述宇宙的物理状态；波函数是物理实在，量子测量是一个没有“波包塌缩”的自然过程。赵国求则认为，“放弃点粒子描述,采用曲率模型”是艾弗雷特之外的第六种可选方案。这就是量子力学曲率解释。曲率解释将证明,量子测量是一个没有“波包塌缩”的自然过程。稍后，我们将专文讨论。

多世界解释旨在寻求一种量子力学诠释体系，它不仅要消除对经典的（宏观的）观察装置或外部（最终的）观察者的需要，而且还要消除对形式体系作先验操作解释的需要。这一理论的独特之处在于，EWG明确宣布，那种认为物理世界在许多宏观可能性（含于展开式之中）中作出一个具体选择的看法，只不过是一种幻觉，不存在“可能态”向“现实态”的跃迁；这些可能性是全部实现了的，根本没有发生什么“波包塌缩”。 艾弗雷特认为，测量中是观察者的状态分裂成了同时存在的各种本征态,这是一种真实的并存记忆系列,不同的测量结果,表达宇宙彼此独立的真实“世界”之一与记忆储存的吻合。细而言之,测量中被测系统本身不会跳跃、塌缩，每次测量，出现一个确定的测量结果，观察者大脑状态就分裂一次，将记忆中的事件与测量结果对应,获得一个经验感知。这是一次主观表象过程。不是被测系统因测量而“跳跃、塌缩”，而是人脑的认知在“跳跃、塌缩”。玻姆认为，这不是在解释宇宙，而是解释我们对宇宙的认知。

根据艾弗雷特的阐述和德威特的总结，量子力学多世界解释的基本点可概括如下：

（1）、量子力学的数学形式体系是完备的，不需要给它增添任何形而上学的内容。

（2）、不需要引入外在的观察者,不需要上帝的存在。

（3）、谈论整个宇宙的态矢量具有物理意义，宇宙态矢量概念在物理学上是必要的。

（4）、这个宇宙态矢量从不塌缩，作为整体的宇宙遵循严格的决定论。测量中是人脑的认知在“跳跃、塌缩”。

（5）、尽管实验观测装置的各态历经特性得到了量子力学统计解释内在一致性的严格保证，从根本上说，这一特征并不是绝对必要的。

（6）、不需要对量子力学的形式体系作先验的操作解释，统计解释不再被认为是先验的，多世界解释与通常解释之间是元理论与理论的关系。所谓元理论,是“指量子力学的数学形式能产生出它自已的解释”。证明元理论必须回答：量子力学中的概率如何从它的形式体系中出现；若认为系统的态不塌缩,那么,如何使理论与实在对应。量子力学曲率解释对上述两方面都做了详细论证与讨论。

（7）、独立于人的经典实在是不存在的，我们必须对通常的实在观念作彻底的变革。宇宙本是一个观察者参与着的宇宙。宇宙态函数包括被测对象、仪器和观察者。

在量子力学形式体系中，包含着5个公设：态函数公设；力学量算符公设；测量值公设；时间演变方程公设和多体全同性公设。艾弗雷特对正统量子力学的修改是从第三公设开始。为了理论的自洽，他对波函数（态函数）的定义也作了相应调整。整个宇宙的波函数称为“宇宙波函数”。宇宙波函数中既包含观测者和各类测量仪器，又包含被测对象。于是，在多世界解释中既不需要旁观的观测者，也不需要导致宇宙波函数塌缩的“上帝”。

但量子力学曲率解释认为,当观察者写出被测系统和测量仪器的波函数时,观察者的主观介入己在其中,在被测系统、测量仪器和观察者构成的总系统中,观察者作为独立子系统加入其中是多余的。

今天的多世界解释包含德威特、艾伯特、洛克伍德等人的进一步发展。

德威特强调多世界解释的客观意义。他认为，物理实在由彼此独立、信息不通的真实世界组成；总态矢总是自然分解成彼此垂直的局域态的叠加,而每个局域态对应一个真实世界；概率表现在波函数的振幅中,并解释为观察者在该局域态中发现“自己”的概率，这样观察者成了一个可考贝的对象；艾弗雷特主张意识分裂，德威特则强调世界的自然分解；艾弗雷特主张无首选基矢，德威特则认为有首选基矢,并与局域态对应，但后者有违背理论简单性原则之嫌。

艾伯特、洛克伍德强调多世界解释的主观意义，有单心灵(SMV)解释与多心灵(MMV)解释之分。

单心灵(SMV)主张：

（1）、量子力学的概率,是指测量中观察者(或心灵)对测量结果所拥有的信念；

（2）、测量中观察者的心灵态(精神态)的演化不是决定论的,而是概率的；

(3)、世界在测量中并不分裂,而是与大脑叠加态的某一分支(局域态)对应的心灵体念到了一个真实的世界,其它分支则是无心的；

(4)、心灵处于某一定态的概率完全是由观察者＋仪器＋被测系统的物理状态所决定。单心灵(SMV)主张的最大问题是出现了无心的大脑，即有脑无心。

多心灵(MMV) 主张：为了克服有脑无心谬误，艾伯特、洛克伍德提出了修正。

（1）、与观察者联系的不是单心,而是心灵的无限集合,心灵的集合按决定论演化,而每一个单心灵则严格按SMV演化；

(2)、大脑的叠加态与心灵的叠加态对应,心灵态出现的概率等于对应的大脑态出现的概率。于是每一个感知主体有无穷多心灵相伴随,而每一个心灵态又与脑的不同物理态相伴生。一场有脑无心的危机似乎克服了,但这是以无穷多心灵的同时出现为代价的!一个感知主体同时有无穷多心灵相伴生?这不又成了一人多魂?

多世界解释对薛定谔猫悖论作如下解释:

在量子力学通常解释的第一公设中，还包含态叠加原理，即当 是体系处于 的态时，它同时也部分地处于 态中。艾弗雷特在多世界解释中，将原先正统量子力学中的“状态”，换成了各种可能的“世界”；相应的“态叠加原理”到了多世界解释中就成了“世界叠加原理”。即当体系处在世界 中时，它同时了部分地处于世界 中。多世界解释意味着，当猫有等量机会成为“活猫”或“死猫”时，宇宙波函数就分裂成两个世界分支；其中一个世界中猫是活的，同时这个世界中观测者看到“活猫”；而另一个世界中猫是死的，同时该世界中观测者看到“死猫”。这里，世界在分裂,观察者也在分裂,是多世界解释各种思想流派的综合应用。

多世界解释的优点：

（1）、多世界解释承认波函数的客观实在性,认为“量子力学中的运算符号如同经典力学中的运算符号一样描述物理实在”；

（2）、去掉了观察者的特殊地位,没有“波包塌缩”；

（3）、提出元理论概念,认为“量子力学的数学形式能产生出它自已的解释”；

（4）、鼓励在实验上寻找平行世界的存在，作出新发现。

对多世界解释的批评有：

（1）、它依然是线性非定域的，而这种非定域性很容易由玻姆的量子势得出，玻姆认为量子力学的数学形式体系是不完备的，这与多世界解释的前提假设相矛盾；

（2）、多世界解释假设宇宙分裂出现的实际点，就是作出测量的点，但是什么是一次“准确测量”却无法交待清楚。EWG无法说清波函数，可观测量和经典极限的真正含义，无法说清“量子引力”场的涨落，包括“真空涨落”和“时间涨落”。此外，多世界解释的时间可逆性同测量历史的不可逆性也有矛盾；

（3）、多世界解释有滥用数学的现象，引入了远离现象世界的“其他世界”，付出宇宙无限增值的代价；

（4）、物理学家们大多喜欢使用“可能性”等表述方式，而不喜欢“多世界”之类的表述，EWG解释中的其他世界对我们来说是不可观察和不可交流信息的，因而纯粹是一种理论虚构,这种不可知的平行世界毫无意义；

（5）、世界演化的不可逆与薛定谔方程的可逆性相矛盾,分裂了的世界有可能再集生吗?观察者的分裂,世界的分裂能保证物质、能量、动量守恒吗?现实生活中我们也从未感知过世界的分裂及宏观客体的自相干存在,多世界解释纯粹是一种思维创造。

宇宙波函数具有物理实在性,多世界解释应属波本体论,那么宇宙波是什么物质的波动,物质的粒子性在多世界解释中又如何定义?这些，多世界解释都没有做出明确回答。

多世界解释的逻辑起点是：量子力学的波动描述具有完备性和普适性；世界足够复杂，宇宙态矢量内涵物理实在，且从不塌缩；测量中是人脑的认知在“跳跃、塌缩”。

 

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