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第33部分(第1/4 页)

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以看成由许多二维平面构成一样),每个“世界”都只能感受到那个“真实”的矢量在其中的投影。因此在每个“世界”看来,宇宙都是不同的。但实际上,宇宙波函数是按照薛定谔方程演化的叠加态。

但还剩下一个问题:如果说每一种量子态代表一个“世界”,为什么我们感觉不到别的“世界”呢?而相当稀奇的是,未经观测的电子却似乎有特异功能,可以感觉来自“别的世界”的信息。比如不受观察的电子必定同时感受到了“左缝世界”和“右缝世界”的信息,不然如何产生干涉呢?这其实还是老问题:为什么我们一“观察”,量子层次上的叠加态就土崩瓦解,绝不会带到宏观世界中来?

非常妙的解释是:这牵涉到我们所描述“世界”的维数,或者说自由度的数量。在上面的例子中,我们举了A和B分别生活在x轴和y轴上的例子。因为x轴和y轴互相垂直,所以A世界在B世界上根本没有投影,也就是说,B完全无法感觉到A所生活的那个世界究竟是怎样的。但是,这是一个非常极端的例子,事实上如果我们在二维平面上随便取两条直线作为“两个世界”,则它们很有可能并不互相垂直。态矢量在这两个世界上的投影在很大程度上仍然是彼此“相干”(coherent)的,B仍然能够在很大程度上感受到A世界的观测结果,反之亦然(参见附图)。

但是,假如不是2维,而是在很多维的空间中,我们随便画两条直线,其互相垂直的程度就很可能要比2维中的来得大。因为它比2维有着多得多的维数,亦即自由度,直线可以寻求在多个方向上的发展而互不干扰。如果有一个非常高维的空间,比如说1000亿维空间,那么我们随便画两条直线或者平面,它们就几乎必定是基本垂直了。如果各位不相信,不妨自己动手证明一下。

在双缝实验中,假如我们不考虑测量仪器或者我们自己的态矢量,不考虑任何环境的影响,单单考虑电子本身的态矢量的话,那么所涉及的变量是相对较少的,也就是说,单纯描述电子行为的“世界”是一个较低维的空间。我们在前面已经讨论过了,在双缝实验中,必定存在着两个“世界”:左世界和右世界。宇宙态矢量分别在这两个世界上投影为|通过左缝》 和|通过右缝》两个量子态。但因为这两个世界维数较低,所以它们互相并不是完全垂直的,每个世界都还能清晰地“感觉”到另外一个世界的投影。这两个世界仍然彼此“相干”着!因此电子能够同时感觉到双缝而自我干涉。

请各位密切注意,“左世界”和“右世界”只是单纯地描述了电子的行为,并不包括任何别的东西在内!当我们通过仪器而观测到电子究竟是通过了左还是右之后,对于这一事件的描述就不再是“左世界”等可以胜任的了。事实上,为了描述“我们发现了电子在左”这个态,我们必须动用一个更大的“世界”,叫做“我们感知到电子在左”世界,或者简称“知左”世界。这个世界包括了电子、仪器和我们本身在内,对它的描述就要用到比单个电子多得多的变量(光我们本身就有n个粒子组成)。“知左”世界的维度,要比“左”世界高出不知凡几,现在“知左”和“知右”世界,就很难不互相垂直了,这个戏剧性的变化在于拥有巨大变量数目的环境的引入:当电子层次上的量子态叠加被仪器或者任何宏观事物放大,我们所用于描述该态的“世界”的维数也就迅速增加,这直接导致了原本相干的两个投影变成基本垂直而互不干涉。这个过程叫做“离析”或者“退相干”(decoherence),量子叠加态在宏观层面上的瓦解,正是退相干的直接后果。

用前面所引的符号来表示可能会直观一些,在我们尚未进行观测时,唯一的不确定是电子本身,只有它是两个态的叠加。此时宇宙的态可以表示为:

(a|通过左缝》 + b|通过右缝》)×|未进行观测的我们》×|宇宙的其他部分》

×号表示“并且”(AND),这里无非是说,宇宙的态由电子态,我们的态和其他部分的态共同构成。在我们尚未进行观测时,只有电子态处在叠加中,而正如我们讨论过的,仅涉及电子时,这两个态仍然可能在另一个世界里造成投影而互相感觉。可是,一旦我们进行了观测,宇宙态就变成:

(a|通过左缝》|观测到左的我们》 + b|通过右缝》|观测到右的我们》)×|宇宙的其他部分》

现在叠加的是两个更大的系统态:“|通过左缝》|观测到左的我们》”和“|通过右缝》|观测到右的我们》”,它们可以简并成

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