文章来源:《山西大学学报(哲学社会科学版)》2014年第1期
贺天平,乔笑斐
(山西大学科学技术哲学研究中心,山西太原030006)
摘要:埃弗雷特的科学贡献有二:一是提出了量子力学多世界解释,动摇了长期占据统治地位的哥本哈根解释;二是提出拉格朗日乘数法,成为那个时代解决最优化问题最为有效的方法之一。然而,他在科学界的生涯非常短暂,他将毕生经历奉献于美国的国防事业,成为科学界的一大损失。埃弗雷特的一生是传奇的、崎岖的、充满戏剧性的。文章对于进一步深入了解量子力学多世界解释具有非常重要的学术价值。
关键词:埃弗雷特;多世界解释;拉格朗日乘数法
中图分类号:N06 文献标识码:A 文章编号:1000-5935(2014)01-0115-08
测量难题和量子力学解释一直是物理学哲学的核心课题。多世界解释于1955年提出,一开始备受冷落,直到1967年,经过德·维特的宣传开始逐渐被人们所接受,如今多世界解释已经被物理学家所熟知。而国内对该领域涉猎极少,自《中国社会科学》2012年第1期发表“量子力学多世界解释的哲学审视”之后,才日益受到国内学者关注。为了让人们进一步了解该理论及其发展始末,本文将对量子力学多世界解释的缔造者———埃弗雷特作进一步的挖掘。埃弗雷特被誉为“多世界理论之父”、“平行世界理论之父”,然而,这并不是埃弗雷特最值得骄傲的地方,他更多地被誉为美国成功的国防防御专家和承包商,有权获得美国最高军事机密。就是这样一位天才式的人物不仅有着奇妙的科学思索,还有着坎坷的传奇人生。
一 天才的诞生及当时的量子力学诠释
1930年11月11日,埃弗雷特出生于美国华盛顿。埃弗雷特的爷爷是华盛顿邮局的一名印刷工,后来自己开了一家出版公司,这个公司一直由埃弗雷特的叔叔查尔斯(Charles)经营。30年代中叶,在美国经济大萧条的冲击下,该公司被迫关闭。埃弗雷特的父亲休·埃弗雷特·杰(Hugh Everett Jr)是1928-1936年世界一千码步枪的纪录保持者,1936年加入了华盛顿国民警卫队(DC National Guard),开始了他的军旅生涯。1940年,面对二战的威胁,埃弗雷特的父亲作为一名军事参谋官加入了克拉克(Gen. Mark Clark)的第五集团军,开赴意大利战场。埃弗里特的母亲凯瑟琳·肯尼迪(Katherine Kennedy)是一名优秀的作家,在文学期刊上发表了很多小说和诗歌,她的很多作品在她去世后,由埃弗雷特整理发表在了她的母校华盛顿大学的杂志上。1937年,埃弗雷特7岁,他的父母离婚。之后,埃弗雷特一直跟父亲和继母萨拉(Sarah Everett née Thrift)生活在一起,同时与他的母亲凯瑟琳的关系日渐疏远。后来,凯瑟琳患上了严重的忧郁症,很快离开了人世。[1]3
埃弗雷特的童年是苦涩的,不仅从小遭遇家庭的破碎,而且又赶上美国经济大萧条和二战,生活极其艰难。不过这位未来物理学大厦的撼动者在艰难的环境中锻炼出了坚强的毅力,并且从小就表现出了超乎常人的智力以及对自然世界浓厚的兴趣。
1942年,12岁的埃弗雷特写信给爱因斯坦并提出了一个艰深的问题:“究竟是某种随机性的东西还是一致性的东西掌控宇宙?”爱因斯坦面对这位小天才的问题,非常认真地做了答复:“亲爱的休,不存在不可抗拒的力,也不存在固定不移的物体。但是,似乎存在着一个非常固执的男孩已经成功地为了这一目的突破了由他自己创造的奇异困难。您真诚的爱因斯坦。”[2]偶像的鼓励无疑给埃弗雷特幼小的心灵注入了强大的动力,十年之后,成年的埃弗雷特继续固执地思考他的问题,最终和爱因斯坦一样为探索物理学的终极问题做出了自己的贡献。
1950年,埃弗雷特进入华盛顿的美国天主教会大学学习化学,1953年以全优的成绩获得了学士学位。当时的埃弗雷特家庭并不富裕,他的父亲只是在亚历山大港附近的卡梅伦驻地后勤部工作的一名基层上校。为了能在著名的普林斯顿大学继续深造,埃弗雷特申请并得到了美国国家科学基金会(NationalScienceFoundation)的资助。虽然埃弗雷特对理论物理学拥有浓厚的兴趣,但是他的奖学金资助项目要求他进入数学系从事博弈论的研究。进入普林斯顿后,埃弗雷特一边从事着关于博弈论的数学研究,同时选修了物理系的电磁学和量子力学课程,并在第二年成功转入了物理系,天才的工作也从此真正开始。
二战之后,大批的科学家移居美国,美国逐渐取代欧洲成为世界科学研究的中心。物理学家们在政府资金的大力支持下主要从事技术开发和理论的应用研究,很少有人关注对终极理论的形而上学的思考。不确定性原理被物理学家们广泛接受,但是很少有人对玻尔的互补性原理感兴趣。玻尔的互补性原理被物理界人士认为太模糊、太哲学化,无法对科学实验做出明确的预设。玻尔关于量子力学的很多哲学性的思考,大多发表在学术期刊上或是在学术会议上才被提及,而年轻一代的物理学家,对量子力学的理解通常只局限于教科书,而在1928-1937年间美国共出版的43个版本的量子力学教科书中,有40本提到不确定性原理,只有8本提到玻尔的互补性原理。[3]
量子力学的哥本哈根解释,经过了玻尔、泡利、海森堡、玻恩等人的发展,尽管他们各自的工作有所差别,但是他们都支持两个观点即非决定论和微观世界与宏观世界的二元分离。在玻尔看来,量子力学的问题不仅仅是一个解释问题,更是一个关于认识论的哲学问题。微观层面上发现的新的物理现象,是传统的物理学完全没有办法解释的,因此传统的认识论必须革新。玻尔作为哥本哈根学派的领袖,堪称20世界最伟大的物理学家、哲学家之一,具有超凡的人格魅力,为量子力学的发展做出了极为重要的开创性工作。玻尔主持的哥本哈根理论物理研究所成立于1921年,几乎为包括海森堡、泡利、狄拉克、惠勒在内的整个一代的物理学家提供了引导。尽管玻尔的互补性原理自一开始提出就受到了爱因斯坦等人的激烈批判,但是到了30年代,批判的声音逐渐微弱,出于对玻尔的尊敬,很多物理学家不想对玻尔提出反驳,同时玻尔的支持者也在努力维持着哥本哈根学派的权威,这一点从后来惠勒对埃弗雷特工作的态度可以看出来。
19世纪30年代之后,哥本哈根解释一直维持着他的学术权威。但是到了50年代,这种状况开始改变。爱因斯坦早期对于互补性原理的质疑逐渐受到了哲学家们广泛的关注。波动力学的创始人薛定谔在一次都柏林的研讨会上,公开对互补性原理提出质疑。1952年,年轻的美国物理学家玻姆提出了隐变量理论,在物理学界引起了极大的反响,对哥本哈根解释造成了极大的冲击。50年代后期,古瑟尔·路德维希(GuntherLudwig)提出了他的热力学解释,他把宏观的测量仪器作为一个热力学系统,这样在量子力学体系里,测量就有了确定的结果。更重要的是,50年代物理学家开始关注宇宙学和广义相对论的问题,他们希望用量子力学来解决引力问题,但是互补性原理并不能解决这些问题。尽管针对每个挑战者,哥本哈根学派都做了有力的回应,但是作为正统解释的哥本哈根解释的地位已经大大地降低,对测量难题的重新思考,已经成为不可忽视的问题。
当时的普林斯顿在美国物理学界享有极高的声誉,很多著名的物理家曾在这里任教,浓郁的学术氛围对埃弗雷特的学术事业产生了很大的影响。爱因斯坦从1933年离开德国之后就一直定居普林斯顿。爱因斯坦在1954年曾做过一次关于量子力学悖论的演讲,并强调:“我不相信仅仅观测者一个简单的行为就使观测结果发生剧烈改变”。爱因斯坦还曾经邀请惠勒和他的学生们到家里喝茶,讨论物理问题。量子力学重要的开创者冯·诺依曼和玻姆也曾在普林斯顿任教,他们分别编写的量子力学教科书是埃弗雷特关于量子问题思考的主要来源(玻姆是美国的马克思主义者,于1951年由于反共产主义的麦卡锡主义者的迫害离开了普林斯顿,因此埃弗雷特没有见过玻姆)。
二 量子力学多世界解释的提出
埃弗雷特真正的科学生涯始于1954年,也就是转入物理系的这一年,他对多世界理论最初的思考,有一段传奇的经历。在一次毕业聚会上,埃弗雷特遇到了物理学泰斗玻尔的助手彼得森(Petersen)。彼得森对量子力学研究有着近乎宗教般的热忱。24岁的埃弗雷特此时已经是一个能力极强的思考者,对于量子力学的基本问题已经进行了长时间的思考,他和彼得森侃侃而谈,表达了自己完全不同于传统的独特理解。这次漫谈具有非常重要的意义,为他后来的工作奠定了坚实的基础。
1955年的夏天,埃弗雷特将他关于量子力学的思考写成了一本长达137页的手稿《宇宙波函数理论》(The Theory of the Universal Wave Function),由他的妻子南希·戈尔(Nancy Gore)打印和整理(这个草稿直到1973年才被重新整理出版)。同年9月,埃弗雷特将两篇简短的论文交给了他的导师惠勒(Wheeler)。惠勒曾经做过玻尔的博士后和玻尔合作发展出核裂变理论,并且作为首席科学家参与过曼哈顿计划,主要从事原子核结构、粒子理论、广义相对论及宇宙学等研究。几天后,惠勒答复,首先他认为这两篇论文都是很重要的工作,第一篇“相互作用关系的定量测量”(Quantitative Measure of correlation)可以准备发表。但是关于第二篇“波动力学中的概率问题”(Probability in Wave Mechanics),他讲到:“老实说,我完全没信心将它拿给玻尔看,因为它几乎是完全不可理解的。”而且在埃弗雷特提到“观测者在测量过程中分裂”时,惠勒在批注中写道“分裂?换一个更合适的词”。在总结中,埃弗雷特用一个有记忆的阿米巴变形虫比喻世界的分裂[4],惠勒批注道,“这个分析看起来完全是迷惑读者的诡辩”[1]6。
惠勒虽然完全理解埃弗雷特工作的重要性,但是他拒绝挑战玻尔的权威,并多次强调埃弗雷特的理论是对哥本哈根解释的补充而不是背叛。惠勒的劝导可谓用心良苦,在理论物理界长期工作的他,完全明白冒昧的挑战权威意味着什么,要想被学界接受就必须做出必要的让步。显然埃弗雷特并不理解老师的用意,即便最后依照惠勒的要求做出了退让,但是内心一直对哥本哈根解释表示怀疑,并在后来写给德·维特的信中,他直截了当地表达了他的质疑。
在量子世界里,粒子以叠加态的形式存在,例如一个电子,在非测量过程中以叠加态的形式存在,同时拥有不同的位置、动量和自旋。但是,在测量过程中,一旦测量完成,就只能得到一个确定的结果,即测量之后仅仅能得到叠加态的其中一个态,而不是全部。这与宏观世界截然不同,宏观世界人们从来没有观测到有叠加态的存在。薛定谔方程描述了量子系统波函数随时间的演化,而演化过程本身是决定性的并且在时间上是可逆的。而在测量过程中,数学上严格推演的叠加态却坍缩为其中的一个态,这样就打破了波函数演化在数学上的连续性。这就是著名的测量难题。哥本哈根解释在处理测量难题时主要可归结为两点,一点是认为宏观和微观是天然分离的,分别遵循不同的规律;另一点是对坍缩问题只给出了概率解释,对其本质却一无所知。
埃弗雷特对测量问题重新进行了思考,把宏观和微观世界合并起来考虑测量难题,以此来消解传统解释微观和宏观完全分离的局面。他把被测量系统、测量工具和观测者整体一起看做一个量子系统,并且用一个宇宙波函数来描述,就这样宏观物体也纳入了量子体系中,在这个宇宙波函数描述的孤立系统中,波函数是决定性演化的,不需要坍缩。同时在这个假设下,观测者的波函数,会在每次测量后发生分叉,宇宙波函数会包含叠加态的所有分支,也就是说叠加态的每种可能都会实际的发生。观测者在每测量一次之后世界就发生了一次分叉,每个平行的世界仅能感觉到发生在自己世界中的一个结果。根据薛定谔方程的数学形式,每个分支都独立存在,每个分支的演化也完全不受其他分支的影响。比如一个处于叠加态的电子有A和B两个状态,一次测量后,在一个分支中,观测者看到电子处于A状态,而在另一个分支中,观测者看到电子处于B状态。每个观测者仅能观测到自己所处世界中的那个态,每个分支都同样实在地存在。他称这种解释为相对态解释[5]。
埃弗雷特并不是质疑正统解释的第一人,但是他在薛定谔方程的基础上,为他的相关态解释构建了严密的数学结构和逻辑形式,提出了宇宙波函数的假设,无疑是非常新颖、非常具有启发意义。但是,平行宇宙的假设,作为他理论的一个推论,也不可避免地出现了。这也是一开始他的理论无法被人们所接受的一个很重要的原因。
1957年3月,埃弗雷特接受惠勒的建议,对论文原稿进行了大量删剪和修改,仅保留了原来三分之一的内容,最终完成了他36页的博士论文。后来据惠勒回忆“我非常清楚埃弗雷特论文的深度,但是同样发现它的内容几乎是不可理解的,连我自己都难以理解,更不用说其他人……我的真正意图只是为了让它看起来更容易理解一些[1]8。”同年4月,埃弗雷特正式向答辩组递交了他的论文,惠勒和他的同事巴格曼(V. Bargmann)在评语中写道:“埃弗雷特对问题的构思以及解决方法完全是原创性的,这篇论文对于我们理解量子力学的结构具有重大意义”。最后他们推荐答辩组接受他的论文。4月23日,埃弗雷特顺利通过了口头答辩,答辩组总结道,申请人成功通过了测试,他处理的是一个非常困难的主题并且明确地、清晰地、逻辑严密地为他的结论做了辩护,他展示出了坚实的数学功底,敏锐的逻辑分析以及出色的表达自己的能力。
三个月后《现代物理学评论》发表了埃弗雷特的论文,标题为“量子力学的相对态解释”(Relative State Formulation of Quantum Mechanics)。德·维特(Bryce De Witt)是量子引力论的主要奠基人之一,当时是现代物理学评论杂志的编辑。德·维特为埃弗雷特的论文写了一个八页的评论,他认为埃弗雷特的工作看起来更像是哲学而不是物理,他同时也敏锐地发现埃弗雷特对系统外的观测者的预示和爱因斯坦的惯性定律非常类似。尽管德·维特认可埃弗雷特理论的数学结构和物理假设,但是他并不同意埃弗雷特的关于世界分裂的推论以及平行世界的假设。虽然埃弗雷特并不完全认同德·维特的质疑,但有人关注和评论他的理论他还是非常高兴,特别是像德·维特这样的学术权威。
在给德·维特的回信中埃弗雷特首先表示非常感谢德·维特的评论,接着对理论的实在性提出了自己的理解:
让我澄清这样一种观点,对哥白尼日心说的最基本的质疑就是,地球运动作为一个物理事实和我们的日常经验不符。但是一个包含地球运动的理论只要和地球上的居民无法感觉地球运动这一事实的理论相一致就是可接受的如牛顿定律。因此为了辨别理论是否与我们的经验相悖,要看理论自身预言的经验本身是什么样的。
用这个理论(指他的多世界理论)的视角来看,叠加态的所有元素都是“真实的”,没有那个比他更加真实。[6]
对于已有的传统解释,埃弗雷特也提出了质疑。
我确信,这个理论是目前最简洁合理的解释。隐变量理论,对我来说,是累赘而虚伪的。哥本哈根解释由于对经典物理学的先天依赖,注定是不完备的,同时从宏观世界推导出来的“实在”这个哲学怪物,也完全不适用于微观领域。[6]
1959年,在惠勒的帮助下,埃弗雷特到哥本哈根拜访玻尔并试图和他讨论多世界理论。事实证明这次会晤对埃弗雷特来说是一个彻头彻尾的灾难。多年之后,埃弗雷特回忆起这段经历时说:“地狱,一开始就注定是地狱”。这位75岁的科学元老拒绝去讨论任何“理论新贵”(any new upstart theory)。在短暂的会面中,玻尔也似乎完全没有给埃弗雷特表达的机会。玻尔的追随者罗森菲尔德在谈及埃弗雷特的这次拜访时,形容埃弗雷特是不可思议的愚蠢,简直无法理解量子力学中最简单的事情。呆了六个星期后,埃弗雷特极其失望地离开了哥本哈根,从此再也不想提起这段灰暗的记忆。对于埃弗雷特的工作,在他的论文发表后,便立刻陷入了沉寂。很少有人再讨论他的理论甚至连他的老师惠勒也不愿再提及。对一个科学家来说最大的伤害不是激烈的反驳而是对他的彻底无视,就像是一个演员,准备了美轮美奂的表演却无人欣赏,这种漠然的无视深深地刺痛了他敏感的神经,尽管他的理论在熟识他的人当中得到了一定的认可。伟大的发明,就像是宿命,一开始往往很难得到人们的认同,当已经年迈的伽利略不得不接受审判,向教会表达自己的忠诚,当孟德尔在教堂的后院孤独的种豌豆时,连他们自己也想不到二百年后的今天他们的成就会最终得到广泛的承认。天才的悲剧就在于此,他们总是太聪明、太孤独、太超前于时代。不过从某种意义上来说,埃弗雷特也是幸运的,这样的沉寂一直持续了十几年之后,终于还是得到了承认。埃弗雷特的理论后来在70年代被著名的量子力学史专家马克斯·雅默(Max Jammer)称为“20世纪保守最好的秘密之一”[7]。
三 离开学术界开始新的生涯
天才的头脑从来不会缺少创造的源泉,在失望地离开物理界之后,埃弗雷特又把他异乎寻常的创造力投入到了新的领域中,取得了更加辉煌的成绩。
1956年,埃弗雷特的导师惠勒离开美国到荷兰的莱顿大学接受教职,埃弗雷特不得不推迟他的论文答辩,同时埃弗雷特加入了美国国防部的五角大楼武器系统评估小组(Pentagon Weapons Systems Evaluation Group,简称WSEG)。同年十月,在参加了在圣地亚实验室(Sandia Laboratories)的一个前沿培训班之后,他开始认识和熟悉了计算机建模,后来他的所有工作几乎都是和计算机分析相关的。埃弗雷特正式开始从事核武器的研究,计算核战争可能导致的死亡率和放射性物质的含量。1957年初,埃弗雷特开始主持领导武器系统评估组的数学部,期间他提出了发展超级计算机的构想,在军事战略上为选择氢弹试验目标提供了最优化战略分析,设计了用轰炸机、核潜艇、导弹实施核打击的最优化部署。当然,在国防部很多研究都是严格保密的,可以推测这些仅仅是埃弗雷特所从事工作的一小部分。1965年,埃弗雷特这样总结了他在武器系统评估小组所做的工作:
负责研究数学技术和数学模型;挑选,规划和运行WSEG的计算设备;主持领导WSEG的研究计划;开发了大量军事领域的数学建模技术;开发了大量的计算机程序,子程序和实用的方法来支持WSEG的计划。[1]9
不得不提的是,埃弗雷特在他的军事顾问生涯中又做出了两个值得骄傲的突出贡献。一个是在1960年,他主持撰写了“武器系统评估小组第50号文件”,这份文件至今未解密,但是根据专家的推测,第50号文件是关于如何有效使用核武器的评估报告。这份报告得出的结论是核战争必然导致共同毁灭,即核战争没有最终胜利者。这个结论在决策层引起了很大的轰动,同时给那些试图先发制人的发动核战争消灭苏联等社会主义国家的战争狂热者一剂强烈的定心丸。事实证明埃弗雷特的分析工作,要比仅仅出于人道主义关怀的呼声有用得多。
另一个突出的贡献是产生于1959的哥本哈根之旅,尽管和玻尔的会面是令人失望,但是在哥本哈根的一个小旅馆里,埃弗雷特构想出了解决博弈论最优化问题的一套有效的数学方法,即拉格朗日乘数法(Lagrange multiplier method),也被后来称为埃弗雷特算法(Everett algorithm),这也是他除了多世界解释之外另一个重要的学术贡献。在数学最优化问题中,拉格朗日乘数法(以数学家约瑟夫·路易斯·拉格朗日命名)是一种寻找变量受一个或多个条件所限制的多元函数的极值的方法,但是不可用于非连续不可积的方程。但是实际应用中,常常需要求解一些不连续不可积的方程,埃弗雷特所做的工作就是将拉格朗日乘数法加以扩展来求解这些方程。这一方法的后来进展,得益于哈尔德(Hald)和查恩斯(Charnes)关于旅行售货员问题(the traveling-salesman problem)的研究工作(关于售货员如何走遍每个城市,同时使所走路线最短)。虽然如今埃弗雷特因他的多世界理论而享有了极高的知名度,但是他对拉格朗日乘数法的扩展具有更加重大的实际意义,这种方法被应用到了非常广泛的领域,包括战争部署、工业生产线的调配甚至学校公共汽车的行程路线安排。
1964年,埃弗雷特和原来几个在武器系统评估小组的几个同事,成立了隶属于加利福尼亚的圣巴巴拉市防御研究公司(Defense Research Corp)的拉姆达部(Lambda Division)。除了主要的军事研究项目,他们也部分从事系统分析和计算机建模的民用领域的研究。1965年,埃弗雷特和另外四名同事又成立了独立的拉姆达公司,同时被选为公司负责人。公司里的研究人员可以说是一个精英团队,来自包括物理学、数学、化学在内的各个学科领域。每位成员都拥有极强的解决复杂问题的能力,经常被安排处理极为复杂和充满挑战的工作。公司主要致力于为著名的纳什均衡发展一个实际应用的模型,特别是在战争中的两难问题。1971年,埃弗雷特开始关注贝叶斯理论(一套数学的方法关于如何从过去的事件中吸取经验来预测未来事件)的应用并建立了贝叶斯机器的原始模型(一个拥有一定学习能力的机器并能做一些简单判断)。
后来,拉姆达的前员工约瑟夫·乔治·考德威尔(Joseph George Caldwell)回忆起在拉姆达的生活,“每到周五的下午就是拉姆达员工的‘雪利酒时间’(Sherry Hour),每个月都有方形舞晚会和扑克牌比赛,还有每年一度的家庭野餐,埃弗雷特在维尔京群岛(Virgin Islands)买了一套海滩公寓,度假的时候我们大都住在那里,埃弗雷特的太太南希是一个非常和善、平易近人的女士。”[1]12考德威尔也提到了一些关于埃弗雷特的私人生活:“他的家里有一个室内游泳池,他喜欢在高档饭店吃饭,他非常喜欢拍照并将他的迷你相机随时带在身边”。
1973年,埃弗雷特离开了拉姆达并和他的朋友唐·莱斯勒(Don Reisler)成立了一家数据处理公司DBS。主要从事一些系统的分析和设计,比如一种新的保护电脑文件和程序的方法,一种检测电脑系统运行效率的方法,小车最优化路线的方法等等。70年代埃弗雷特开始热衷于他的创业生涯。他和伊莱恩·莱斯勒(Elaine Tsiang Reisler)成立了一个软件公司Mono-Wave。这个公司是埃弗雷特成立的唯一一个至今还在运营的公司,主要开发声音识别系统。同时,埃弗雷特还拥有一家旅行社和一家租赁公司。
对于他一生的工作,在他死后的讣告中这样总结:
他对国防安全做出了重大贡献,在博弈论的应用领域和政策最优化问题中做出了突出成就,在武器系统评估小组接受并出色完成了最艰难最具挑战的工作,他是公认的领导者,每个人都认真的遵从他的建议和领导。同时,在实际问题的解决中,埃弗雷特总是超前于他的时代。例如,在19世纪50年代,他编写了一种计算机文本编辑和版面设计的程序(现在被称为word文档编辑器),后来他把它形容为他曾做过的最为复杂的工作。埃弗雷特算法被广泛应用于数学领域,这个算法是那个时代最为有效的工具…[1]10
四 量子多世界理论重获承认
正值埃弗雷特事业高峰的时候,德·维特开始重新关注埃弗雷特的理论,1970年,德·维特在《当代物理学》(Physics Today)上发表了关于多世界理论的文章,埃弗雷特的理论终于重见天日。1973年,在学生内尔·格雷汉姆(R.Neill Graham)的帮助下,德·维特整理出版了一套论文集《量子力学多世界解释》,其中收录了埃弗雷特早期的完整论文。出版几个月后就有485本精装版326本平装版被售出,其中一半多被售往国外。埃弗雷特也逐渐地被物理学家所提及,普通的读者也通过流行科幻小说杂志《模拟》(Analog)开始认识了他。不久之后,多世界作为一个科幻题材很快得以流行,并且为了表示纪念很多科幻故事的人物也以埃弗雷特的名字命名,如在美国的流行科幻剧《星际之门》(Star Gate)中命运号的上将指挥官名字就是埃弗雷特。不过多世界的发现,科幻小说家似乎远早于科学家,1938年杰克·威廉姆斯(Jack Williamson)在《多重的时间》(The Legion of Time)这样描述:“在亚原子非决定论的幻觉中,地平线产生出无限可能的分支”。不过科幻小说关于多世界的描述和埃弗雷特的解释是根本上不同的,埃弗雷特强调观测者仅仅能观测到世界的一个分支,但科幻小说通常处理成多重世界反直觉的交叉。
1977年的春天,埃弗雷特接受了德·维特和惠勒的邀请到德克萨斯大学奥斯丁分校参加一个关于人类意识和电脑意识问题的研讨会,此时的埃弗雷特已经非常富有,他和他的家人驾着黑色加长林肯来到了奥斯丁。在这里他第一次见到了德·维特并受到了极为热情的款待。由于埃弗雷特特殊的习惯,他还被特许在大学的礼堂里抽烟。埃弗雷特毫无疑问成了这次研讨会的明星,不论走到哪里都被一大群学生簇拥着,他也第一次尝到了自己的理论被重视的感觉,也非常喜欢和学生的这种面对面的交流。
当时,虽然埃弗雷特的理论得到了广泛传播,但是仍存在很大的争议。不过,必须承认的是,物理学家们再也不能忽视他提出的问题了。斯坦福大学的理论物理学家史蒂芬·申克(Stephen Shenker)这样评论:
大约在70年代末,我第一次听说埃弗雷特的解释时,我认为这简直太疯狂了。而现在,在弦论和量子宇宙学中讨论的问题与埃弗雷特的解释非常类似,加上最新的量子计算机的发展,这些问题看上去不再是不切实际的胡思乱想。[8]
1970年,海德伯格大学的泽(H.D.Zeh)首次提出了退相干理论。根据退相干理论,当系统与测量仪器和外界环境相互作用后,就会发生退相干过程。这样就可以解释为什么我们在实际中只能感知到彼此已无相干性的经典分支,而无法感知具有相干性的量子叠加态,从而进一步证明了多世界解释。
在埃弗雷特离开德克萨斯之后,为了让他重回物理界,惠勒计划在加利福尼亚建立一个理论物理研究所,研究量子力学的深层问题,埃弗雷特也表达了他重回物理界的愿望,但是最终由于种种原因这个计划未能实现。这无疑又在埃弗雷特的旧伤口上撒了一把盐,从此埃弗雷特在很长一段时间拒绝谈论任何关于自己物理学研究的过去。
如今多世界解释已经广泛地被人们所接受。1988年,政治学者罗伯(L.D.Raub)对72位宇宙学家和量子物理学家进行了一次关于多世界解释的调查。其中,认为“多世界解释是正确的”比例为58%;“不同意多世界解释”的比例为18%;“可能它是正确的,但现在我并不确信”的比例数为13%;“我不知道”比例数为11%。1999年7月,在剑桥的牛顿研究所举行了一次关于量子计算的会议,其间人们对量子力学解释再一次进行了投票表决,刷新了量子力学解释排名。其中,坚持多世界解释者为30人;哥本哈根解释为4人;修正的量子动力学(GRW等)有2人;隐变量解释有2人;其他解释(包括未决定者)有50人。[9]2001年2月,惠勒和泰格马克(MaxTegmark)发表了一篇纪念量子发现一百周年的文章。在这篇文章中,他们认为,退相干理论和最新的实验表明,多世界解释已经取代了正统的哥本哈根解释,而成了大多数物理学家都认可的量子力学的新的正统解释。[10]
20世纪80年代至今,基于多世界解释的越来越多的诠释理论涌现。第一种进路是“视域或心灵”的认知思路,第二种进路是“历史概念”的认知思路,第三种进路是“纤维”的认知思路。[11]多世界解释已经远远超出了埃弗雷特最初发展的模式,演变出了更加广泛的物理和哲学上的内容,并得到了广泛认可和传播。
五 伟人的逝去
1982年7月19日的一个早晨,迈克发现自己的父亲已经停止了呼吸。时年52岁的埃弗雷特死于突发性心脏病。过度的吸烟、酗酒,喜欢垃圾食品以及长时间的忧郁可能是导致他突然死亡的很重要的原因,他本人也从来不相信医学的警告,认为高胆固醇会影响健康纯粹是胡说。
虽然埃弗雷特在事业上和科学研究中取得了极大的成就,但是这并不能掩饰他做为一个人道德和性格的瑕疵。他之前的同事莱斯勒(Reisler)这样评价“他是个毫无同情心的人,他总是冷漠无情的对待他的工作,毫无人情味可言。”
埃弗雷特在武器评估小组的同事,约翰·巴里(John Y.Barry)也对他的道德品质表示怀疑。在70年代,巴里代表摩根公司(J.P.Morgan)雇佣埃弗雷特开发预测股市的方法,埃弗雷特也接受了摩根公司的经费。但是,“在取得成功之后,埃弗雷特却拒绝将代码交给摩根公司并声称拉姆达公司已经支付了全部的预算。后来他还将以此为基础开发的系统卖给了联邦政府。他利用了我们…总之,他聪明,富有革新精神,但是圆滑,靠不住并且私下里是个酒鬼。”[1]13埃弗雷特甚至把生活本身看作一场博弈,他认为生活的目的就是尽可能享受最多的快乐,他从事物理学研究,从事战略分析,从事计算机建模,只是因为这些工作能给他带来快乐和成就感。[12]
在家庭生活中,他的心似乎也从来没有真正属于过他的家庭。他不是个好父亲,也不是个好丈夫,据他的儿子迈克回忆:“父亲,作为一个物理学家从来没有陪伴过我,在家里,除了嘲弄与讽刺,我感觉不到他的一丝爱意。”儿时的迈克就非常自闭,不得不经常去看心理医生,他逃学,吸食大麻和毒品,用了5年时间才彻底戒除了毒瘾。后来,迈克来到洛杉矶,组建了一支摇滚乐队,并取得了很大成功。他在他的很多作品里都表达了极其浓郁的悲伤和孤独。他对他父亲的工作几乎没有任何了解,直到他的父亲去世,他才开始了解他父亲的事业和成就,并且对其表示了宽容和原谅。
迈克的姐姐伊丽莎白(Elizabeth)不幸地嫁给一个沉湎于毒品的男人,后来自己也染上了毒瘾,变得精神恍惚,曾多次试图自杀。1982年就在埃弗雷特去世的前一个月,迈克及时发现了试图自杀并且已经无意识的伊丽莎白,并立即把她送往医院,晚上埃弗雷特得知女儿自杀未遂的消息后,只是视线从报纸上短暂的移开然后淡淡地说:“我不明白她为何如此悲伤”。[8]1996年,39岁的伊丽莎白吃了过量的安眠药自杀了,在她的钱包里留下一个小纸条,说她将跟着他的父亲进入另一个宇宙。女儿的死严重摧毁了南希的健康。两年后,埃弗雷特的妻子南希死于肺癌,迈克陪伴了她最后的岁月,独自体验着家人接连逝去的哀伤。
对于伟大的人物,人们通常总是习惯性的将其想象为完美的化身,但这都是人们思维的误区,对于埃弗雷特我想我们应该表现出应有的宽容。他总是若有所思地沉浸在自己的思维世界中,思考那些持久困扰人类的终极问题,对他来说现实世界似乎比想象更加虚幻。
尽管离开了物理界,但是埃弗雷特对物理梦想从来都没有消失,1973年在和朋友唐·莱斯勒成立了DBS时,两人一起约定将他们所有的论文草稿锁进箱子,并且十年之内不打开箱子也不讨论相关内容,一心一意经营他们的生意。假如十年后他们成功了,他们将有时间阅读和探讨这些内容,假如失败了一样有时间,因为十年都不能成功那么注定也不可能成功。就在埃弗雷特逝世的前一两年,在一次午餐时,莱斯勒提起了一个严肃的话题:生命的意义是什么?如果明天就是世界末日会如何总结自己的一生。埃弗雷特说,他非常满足自己曾拥有的一切,并且会了无遗憾地去。[1]22然而就在他十年之期的最后一年,他毫无征兆地离开了,或许他从来没想到自己会这么突然地离去。在某种程度上说,埃弗雷特从来没有真正进入物理界去从事自己喜欢的工作,这对这位伟大的物理天才来说绝对是一种讽刺,了无遗憾?怎么可能了无遗憾。如果埃弗雷特的平行世界真的存在,我们可以想象或许在某个世界中埃弗雷特的理论一开始就受到了广泛认同,他在自己喜欢的物理界继续努力,做出了更加重要的工作,并在某一年光荣地登上了诺贝尔奖的奖台,而此时年迈的他厌倦了鲜花和掌声,在一个僻静的小屋里叼着烟静静思考着属于他自己的问题,随手翻开自己最初工作的手稿,望了望窗外,已经是黎明。
参考文献:
[2] 张丽.量子测量中的多世界解释理论研究[D].中共中央党校,2011:45.
[3] Osnaghi S, etal. The origin of the Everettian heresy[J]. Studies in History and Philosophy of Modern Physics, 2009.
[5] Hugh Everett. Reative State Formuation of Quantum Mechanics [J]. Reviews of Modern Physics, July 1957: 454-462.
[7] 雅墨.量子力学的哲学[M].秦克程,译.北京:商务印书馆,1989:597.
[8] Peter Byrne. The Many World of Hugh Everett [J]. Scientific American, 2007(12): 98-105.
[9] 张丽.量子测量中的多世界解释理论研究评述[J].哲学动态,2010(7):85-90.
[10] Max Tegmark, John Archibald Wheeler: 100 Years of the Quantum [J]. Scientific American, Feb. 2001:68-75.
[11] 贺天平.量子力学多世界解释的哲学审视[J].中国社会科学,2012(1):48-61.
[12] Crease Robert P. The father of parallel universes [J]. Nature, June.2010:1010-1011.
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