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多世界诠释

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薛定谔猫,开盒的一刻世界分裂。[1]在这种解释中,每一个事件都是一个分支点。
薛定谔猫,开盒的一刻世界分裂。[1]在这种解释中,每一个事件都是一个分支点。

多世界诠释(英语:the many-worlds interpretation缩写MWI)是量子力学诠释的一种。它是一个假定存在无数个平行世界,并以此来解释微观世界各种现象的量子论诠释,其优点是不必考虑波函数坍缩。该理论也被称为相对状态提法、艾弗雷特诠释、普遍的波函数、多宇宙诠释,或者多世界理论。

1957年,最初的相对状态提法由休·艾弗雷特发表[2][3]。后来在1960年代和1970年代,这一提法普及,并由布莱斯·德维特改名为多世界理论[1][4][5][6]退相干方法在解释量子理论方面得到了进一步的探索和发展,[7][8][9]。因而相当受欢迎。多世界诠释是物理学哲学众多平行宇宙假说之一。除了多世界诠释,目前的量子力学诠释主要还包括:退相干诠释、坍缩诠释(又分客观性坍缩诠释和传统的哥本哈根诠释)、隐变量理论(主要是非局域隐变量理论例如德布罗意-玻姆理论)等等。

对共存状态崩溃的解释

当观测一个处于共存状态的量子时,会引起这种共存状态的崩溃,从而使量子只显现粒子的性质[注 1]。多世界诠释认为,观测时分离出无数个平行宇宙,每个宇宙都有一个确定的状态,而我们只是在其中的一个特定宇宙。

1957年美国普林斯顿大学休·艾弗雷特三世最早提出多世界理论[2][3],他假设所有孤立系统的演化都遵循薛定谔方程波函数不会崩坍,而量子的测量却只能得到一种结果,也就是说,量子处于叠加态。艾弗雷特认为测量仪器与被测系统的状态之间有某种关联,称之为相对态(relative state)。艾弗雷特语出惊人地表示,测量带来的不是坍缩,而是分裂(Splitting)的宇宙。宇宙诞生以来,已经进行过无数次这样的分裂。他说宇宙像一个阿米巴变形虫,当电子通过双缝后,这个虫子自我裂变,繁殖成为两个几乎一模一样的变形虫。唯一的不同是,一只虫子只记得电子从左而过,另一只虫子只记得电子从右而过。这样一来,薛定谔的猫再也不必为死活问题困扰,宇宙分裂成了两个,一个有活猫,一个有死猫[注 2]。他的导师惠勒意识到“分裂”(Splitting)这个用词的不妥,易产生误导,他在论文的空白里写道:“分裂?(分身)最好换个词。”

对于多世界诠释,物理学界的反应异常冷淡,1959年艾弗雷特飞去哥本哈根见到玻尔,尼尔斯·玻尔没有作任何评论。

爱因斯坦曾说:“我不能相信,仅仅是因为看了它一眼,一只老鼠就使得宇宙发生剧烈的改变。”[来源请求]德克萨斯大学的布莱斯·德维特(Bryce S. DeWitt)表示:“我仍然清晰地记得,当我第一次遇到多世界概念时所受到的震动。100个略有缺陷的自我复制,都在不停地分裂成进一步的复制,而最后面目全非。这个想法是很难符合常识的。”

艾弗雷特心灰意冷,退出理论物理界,在美国五角大厦武器系统评估组的防御分析协会,主要研究核武与计算机。直至1960及1970年代,布莱斯·德维特重新提出多世界诠释[1],它成为物理界热门的话题之一。

注释

  1. ^ 微观粒子同时存在多个状态,又称为叠加态,这是因为微观粒子具有的性质。
  2. ^ 格利宾在《寻找薛定谔猫》书中写道:“埃弗雷特……指出两只猫都是真实的。有一只活猫,有一只死猫,但它们位于不同的世界中。问题并不在于盒内的放射性原子是否衰变,而在于它既衰变又不衰变。当我们向盒子里看时,整个世界分裂成它自己的两个版本。这两个版本在其他各方面都是一致的。唯一的差别在其中一个版本中,原子衰变了,猫死了;而在另一版本中,原子没有衰变,猫还活着。”

参考文献

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Bryce Seligman DeWitt, Quantum Mechanics and Reality: Could the solution to the dilemma of indeterminism be a universe in which all possible outcomes of an experiment actually occur?, Physics Today, 23(9) pp 30-40 (September 1970) "every quantum transition taking place on every star, in every galaxy, in every remote corner of the universe is splitting our local world on earth into myriads of copies of itself." See also Physics Today, letters followup, 24(4), (April 1971), pp 38-44
  2. ^ 2.0 2.1 Hugh Everett Theory of the Universal Wavefunction, Thesis, Princeton University, (1956, 1973), pp. 1–140
  3. ^ 3.0 3.1 Everett, Hugh. Relative State Formulation of Quantum Mechanics. Reviews of Modern Physics. 1957, 29: 454–462. Bibcode:1957RvMP...29..454E. doi:10.1103/RevModPhys.29.454. (原始内容存档于2011-10-27). 
  4. ^ Cecile M. DeWitt, John A. Wheeler eds, The Everett–Wheeler Interpretation of Quantum Mechanics, Battelle Rencontres: 1967 Lectures in Mathematics and Physics (1968)
  5. ^ Bryce Seligman DeWitt, The Many-Universes Interpretation of Quantum Mechanics, Proceedings of the International School of Physics "Enrico Fermi" Course IL: Foundations of Quantum Mechanics, Academic Press (1972)
  6. ^ Bryce Seligman DeWitt, R. Neill Graham, eds, The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, Princeton Series in Physics, Princeton University Press (1973), ISBN 0-691-08131-X Contains Everett's thesis: The Theory of the Universal Wavefunction, pp 3–140.
  7. ^ H. Dieter Zeh, On the Interpretation of Measurement in Quantum Theory, Foundation of Physics, vol. 1, pp. 69–76, (1970).
  8. ^ Wojciech Hubert Zurek, Decoherence and the transition from quantum to classical, Physics Today, vol. 44, issue 10, pp. 36–44, (1991).
  9. ^ Wojciech Hubert Zurek, Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical, Reviews of Modern Physics, 75, pp. 715–775, (2003)

延伸阅读

  • Jeffrey A. Barrett, The Quantum Mechanics of Minds and Worlds, Oxford University Press, Oxford, 1999.
  • Peter Byrne, The Many Worlds of Hugh Everett III: Multiple Universes, Mutual Assured Destruction, and the Meltdown of a Nuclear Family, Oxford University Press, 2010.
  • Jeffrey A. Barrett and Peter Byrne, eds., "The Everett Interpretation of Quantum Mechanics: Collected Works 1955–1980 with Commentary", Princeton University Press, 2012.
  • Julian Brown, Minds, Machines, and the Multiverse, Simon & Schuster, 2000, ISBN 0-684-81481-1
  • Paul C.W. Davies, Other Worlds, (1980) ISBN 0-460-04400-1
  • James P. Hogan, The Proteus Operation (science fiction involving the many-worlds interpretation, time travel and World War 2 history), Baen, Reissue edition (August 1, 1996) ISBN 0-671-87757-7
  • Adrian Kent, One world versus many: the inadequacy of Everettian accounts of evolution, probability, and scientific confirmation
  • Andrei Linde and Vitaly Vanchurin, How Many Universes are in the Multiverse?
  • Osnaghi, Stefano; Freitas, Fabio; Olival Freire, Jr. The Origin of the Everettian Heresy (PDF). Studies in History and Philosophy of Modern Physics. 2009, 40: 97–123 [2016-08-25]. doi:10.1016/j.shpsb.2008.10.002. (原始内容 (PDF)存档于2016-05-28).  A study of the painful three-way relationship between Hugh Everett, John A Wheeler and Niels Bohr and how this affected the early development of the many-worlds theory.
  • Asher Peres, Quantum Theory: Concepts and Methods, Kluwer, Dordrecht, 1993.
  • Mark A. Rubin, Locality in the Everett Interpretation of Heisenberg-Picture Quantum Mechanics, Foundations of Physics Letters, 14, (2001), pp. 301–322, arXiv:quant-ph/0103079
  • David Wallace, Harvey R. Brown, Solving the measurement problem: de Broglie–Bohm loses out to Everett, Foundations of Physics, arXiv:quant-ph/0403094
  • David Wallace, Worlds in the Everett Interpretation, Studies in the History and Philosophy of Modern Physics, 33, (2002), pp. 637–661, arXiv:quant-ph/0103092
  • John A. Wheeler and Wojciech Hubert Zurek (eds), Quantum Theory and Measurement, Princeton University Press, (1983), ISBN 0-691-08316-9
  • Sean M. Carroll, Charles T. Sebens, Many Worlds, the Born Rule, and Self-Locating Uncertainty, arXiv:1405.7907

参见

外部链接

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