薛定谔在都柏林的演讲后第二年,一个本科化学系毕业的小伙子进入普林斯顿大学数学系,研究军事博弈学,很快他又对理论物理产生了兴趣,一边跟着魏格纳(1963年诺贝尔物理学奖)学习数学物理方法,一边完成了军事博弈学论文,取得了硕士学位。到了博士期间,他发现终于找到了自己的兴趣,于是他抛弃了魏格纳,投身惠勒门下研究量子力学基本原理。
他的同学如此评价他:“他太聪明了!从化学工程到数学,再到物理,其实他整天都在看科幻小说。我想说,这就是天赋。”
这个天赋异禀的小伙子叫做休*艾弗雷特,由于他的父亲和祖父也起了相同的名字:休,所以我们也可以叫他“艾弗雷特三世”。
艾弗雷特在1956年将他博士期间的研究汇编成一篇长论文《没有概率的波动力学》(Wave Mechanics Without Probability),文中他提出一个革命性的观点,他认为 “波函数坍塌”这个违背直觉的设定就应该被“奥卡姆剃刀”砍掉,还不如承认波函数的客观存在,之所以会遇到“薛定谔的猫”这种悖论,那是因为这时“分裂”成多个宇宙,在某些宇宙里面猫死了,某些宇宙里面猫还活着。这两个宇宙“分裂”之后(请注意这里的用词:“分裂”),彼此孤立,再也没有交集,可以认为它们彼此“平行”,因此艾弗雷特的“多宇宙”也被称为“平行宇宙”。在其他一些地方,也有过“多重宇宙”的说法,它们都是一个意思。
猫死猫活的问题被艾弗雷特用多宇宙来解释了有了“多宇宙”,更容易解释的是量子力学里最最神秘的双缝干涉实验。
双缝干涉实验,在每一本中学物理教科书上都可以找得到,托马斯杨用这个著名实验证明了光的波动性。
量子力学发展起来以后,波粒之争再度掀起风云,有人想,如果用电子(或光子)一个个通过双缝,还会产生干涉条纹吗?
你说电子是波,当然应该产生干涉条纹啊,但问题来了,电子明明是一个个通过的,难道它自己和自己干涉了吗?
你说电子是粒子,那问题更大了,这个电子究竟走了哪条缝呢?
实验物理学家说:不要吵,是骡子是马,拉出来溜溜,做个实验验证一下不就完了吗?
随着实验手段的进步,还真有人做出了这样的实验,比如日本科学家外村彰给出的实验结果图案,如下图,分别为11个、200个、6000个、40000个和140000个电子打在屏幕上出现的光点,可看出,随着电子数越来越多,屏幕上逐渐出现了明暗条纹。
单电子干涉实验结果单电子也能产生双缝干涉条纹,似乎已无争论,但好奇心强的人还是想弄明白,电子究竟走的是哪条缝呢?按照艾弗雷特的多宇宙理论,不用烦那么多了,因为根本就不需要“波函数坍缩”这个假设,就记住一点,在某些宇宙里面,电子走左缝,而另一些宇宙里面,电子走右缝。
太给力了!艾弗雷特用一个多宇宙的设定,一下子完美的解释了很多量子现象,EPR佯谬、冯诺依曼的边界问题甚至波粒二象性,解释起来都一目了然了。更重要的是,量子力学终于摆脱了“观察者”这个空中楼阁,虽然多了很多宇宙,但终于回归了现实世界,很多人心里踏实多了,长舒了一口气。
艾弗雷特三世:多世界理论是唯一能够完全一致的解释量子力学和世界现实的的方法。1959年,经过惠勒引见,艾弗雷特满怀憧憬来到哥本哈根,面见玻尔。谁能想到,这竟然成了一次“灾难性”的拜访,对于量子力学的老学究们来说,“多宇宙”已经不止是离经叛道,而简直是异端邪说了!事后,一位玻尔的追随者莱昂罗森菲尔德(Leon Rosenfeld)说,艾弗雷特“愚蠢得难以形容,连量子力学中最简单的东西都无法理解。” 而艾弗雷特自己回忆起这个故事也说到:“(这次访谈)从一开始就注定是地狱……”
后来的另一次会面,玻尔(左三)和艾弗雷特三世(右二)在普林斯顿大学。这次会晤让艾弗雷特心灰意冷,他离开了科学界,进入美国国防部,成为军事专家。后来又出来创业,竟然很快成了百万富翁。而他的“多宇宙”却几乎被丢进垃圾桶里,几乎无人问津。
到了1970年,德威特才从废纸堆里找出了艾弗雷特尘封已久的惊人设想,一下子获得了全世界的瞩目!这是后话。