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根据多世界理论,宇宙是由无数个平行世界构成的,宇宙中的所有物体无论大小都由波函数描述。如果我们用ΨU 表示描述整个宇宙的波函数,那么根据多世界理论,这个波函数可以写成
ΨU = Φ1 + Φ2 +⋯+ Φn +⋯ . (1)
这里的每一个波函数Φn表示一个平行世界,它们各自独立演化互不干扰,偶尔发生干涉。
在我们这个平行世界,多世界理论的提出者埃弗里特 (Hugh Everett III,图 1) 出生于1930年11月11日。他父亲是一位工程师和军官,上过大学最后获得了博士学位。他的母亲凯瑟琳 (Katharine Lucille Kennedy) 是她那个时代的新女性。厌倦了家庭主妇生活的她在1935年放弃了自己的教师职业和家庭,成为一位单身职业作家。1953年,凯瑟琳在《纽约时报》发表了一首献给爱因斯坦的诗 (参见附录)。作为一位职业作家,凯瑟琳是成功的但还是无力单独抚养小埃弗里特。所以埃弗里特从小和父亲与富有爱心的继母长大。埃弗里特继承了母亲的反抗精神,喜欢挑战权威。他小时候喜欢作弄大人,开父亲和他同事的玩笑。上的虽然是教会学校,埃弗里特却是坚定的无神论者,并试图证明上帝是不存在的。
图1 埃弗里特(1930—1982)
埃弗里特非常聪慧,小时候喜欢读科幻小说,玩弄各种工具。他12岁时曾经给爱因斯坦写信,声称自己解决了一个难题,当不可抗拒的力碰到不可移动的物体时会发生什么。埃弗里特的信已经找不到了,但爱因斯坦的回信留下来了。爱因斯坦在信中写道:
世界上虽然没有不可抗拒的力和不可移动的物体,但却有一个固执的男孩。他故意为自己制造了一个奇怪的难题,然后费力地把它解决了。 (There is no such thing like an irresistible force and immovable body. But there seems to be a very stubborn boy who has forced his way victoriously through strange difficulties created by himself for this purpose.)
埃弗里特就读的高中叫圣约翰学院 (St. Johns College) ,是一所为军队培养后备军人的私立教会学校。除了军事训练,埃弗里特各科成绩都非常优秀。1948年,埃弗里特进入天主教大学 (Catholic University) 学习化学工程。在大学,埃弗里特不但出色完成了本专业的课程还完成了数学系的课程。
1953年,在大学教授的强力推荐下,埃弗里特被普林斯顿大学物理系录取,开始攻读博士学位。埃弗里特一开始的兴趣在博弈论,他经常参加普林斯顿每周一次的博弈论研讨会,并且在1953年发表了一篇博弈论方面的论文。1954 年秋天,伟大的玻尔访问了普林斯顿,埃弗里特有幸和玻尔近距离接触和交谈。通过进一步和同学以及玻尔的助手讨论,埃弗里特发现当时以玻尔为代表的描述量子测量的波包塌缩理论实在太荒谬了。自小就喜欢挑战权威的埃弗里特决定将量子测量作为自己的博士研究课题,并找了惠勒 (John Archibald Wheeler, 1911—2008) 做导师。几个月之后,1954年的圣诞节前,埃弗里特已经完成了他的新理论,并把它叫做普适波函数理论 (the theory of universal wave function) 。这就是后来为人熟知的多世界理论 (many-worlds theory) 。多世界理论这个名字是德威特 (Bryce DeWitt, 1923—2004) 在20世纪70年代取的[2]。
多世界理论
导师惠勒、博士论文和五角大楼
多世界理论的重生
谁对谁错
世界是量子的
参考文献
[1] Byrne P. The Many Worlds of Hugh Everett III. New York: Oxford University Press. 2010
[2] DeWitt B S, Graham N(eds). The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics. New Jersey: Princeton University Press, 1973
[3] Bennett C, Brassard G, Ekert A K. Scientific American, 1992, 267: 50
[4] Wu B. arXiv: 2005.04812
[5] Deutsch D. The Fabric of Reality. New York: Penguin Books, 1997
[6] Deutsch D. The Beginning of Infinity. New York:Penguin Books, 2011
[7] Everett H. Rev. Mod. Phys., 1957, 29: 454
[8] Cooper L N, van Vechten D. American Journal of Physics, 1969, 37: 1212
[9] DeWitt B S. Physics Today, 1970, 23: 30
[10] 吴飙. 简明量子力学. 北京大学出版社,2020
[11] Gribbin J. Erwin Schrödinger and the Quantum Revolution. New Jersy: Wiley, 2013
[12] https://www.bilibili.com/video/BV17E4 11c77L?from=search&seid=15898764507117096362
附录
UNIFIED FIELD
(FOR A.E.)
Katharine Kennedy Everett
Pure fields of space,
O flowing fields of light,
who shall gauge
these lightning flights
of mind,…only Mind
arching from sun to sun
beyond the blind
groping of scattered minds
who cannot see
the Great Reality
whispers its ultimate Secret
to this mind:
the atom and the universe are One.
吴飙,北京大学量子材料科学中心教授,主要从事量子计算、量子动力学、超冷原子气、几何相位等方面的理论研究。
本文经授权转载自微信公众号“蔻享学术”。
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