林德宏:多重宇宙理论是思辨物理学

2018-06-27 10:06 来源:《南京林业大学学报.人文社会科学版》 作者:林德宏

Multiverse Theory Is Speculative Physics

  作者简介:林德宏,南京大学人文社会科学荣誉资深教授。

  原发信息:《南京林业大学学报.人文社会科学版》第20174期

  内容提要:1957年埃弗莱特提出量子力学的“多世界”诠释,用“世界的分裂”取代波函数的坍缩。后来“多世界”被理解为“多宇宙”,各个宇宙不发生相互作用,又称为“平行宇宙”。暴胀理论认为,宇宙可以不断创生。泰格马克提出数学宇宙假说,认为数学结构都是宇宙,多重宇宙的数目多得惊人。多重宇宙论是思辨物理学,因为我们不可能获得平行宇宙的任何信息,只能对其作思辨性讨论。多重宇宙论的基本信念是一切皆有可能,所有的可能都会成为现实。其方法原则:思维的逻辑即事物的逻辑,逻辑的可能即现实的可能;数学模型即实体,数学存在即物理存在;想象即现实,随意想象即科学想象。用这样的信念、逻辑、数学观念和随意想象来研究多重宇宙论,只能是思辨物理学。多重宇宙论有一定的哲学意义:为人择原理提供新的论证;多重宇宙自我选择,无需上帝的设计;多重宇宙各不相同,不可能有唯一的终极理论;加深我们对想象的本质的理解。温伯格对多重宇宙论的辩护值得商榷,霍金也持多重宇宙论观点,并认为哲学已死,但笔者认为多重宇宙论会演变为一种哲学理论。

  In 1957,H.Everett proposed the multi-world interpretation of quantum mechanics and replaced the wave function collapse with "the disruption of the world".Later on,the "multi-world" was understood as "multiverse".According to him,multiverse,also called "parallel universes",do not interact with each other.In inflationary theory,universes can create constantly.Max Tegmark put forward the mathematical cosmological hypothesis that mathematical structures are universes and there are a large number of universes.Multiverse theory is speculative physics,and we can only make speculative discussions on it due to the impossibility of obtaining the message of the parallel universes.The basic ideology of multiverse theory is that everything is possible and all possibility can be reality.Its principles are as follows:the logic of thoughts is the logic of things; the logical possibility is the possibility in reality; a mathematical model is an entity; mathematical being is physical being; imagination is reality and random imagination is scientific imagination.With these principles,multiverse theory can only be speculative physics.Multiverse theory has a certain philosophical significance in providing a new proof to anthropic principle.According to multiverse theory,multiverses select on their own without the design of the God,and there are different universes without the only ultimate theory.All these will deepen our understanding of the nature of imagination.Steven Weinberg's defense of m

  关键词:多世界诠释/多重宇宙理论/思辨物理学  multi-world interpretation/multiverse theory/speculative physics

 

  

  霍金在近年出版的《大设计》中说:“哲学死了。哲学跟不上科学,特别是物理学现代发展的步伐。”①他在《时间简史》中曾说:“在19和20世纪,科学变得对哲学家,或除了少数专家以外的任何人而言,过于技术化和数学化了。哲学家如此地缩小质疑范围……这是从亚里士多德到康德以来哲学的伟大传统的何等的堕落!”②

  哲学未死,也未堕落,但霍金对科学哲学状况的批评是有道理的。

  2017年是埃弗莱特提出多世界理论的60周年。后来“多世界”被理解为“多宇宙”,暴胀理论开创了多重宇宙的研究,从“世界分裂”发展为“宇宙繁殖”。笔者不揣浅陋,对此发表一些“质疑”性的看法。

  一、埃弗莱特的多世界诠释

  量子力学中的叠加态,是难于思议的一种状态——微观粒子可以同时处于不同的状态,可是我们从未看到过叠加态。为此哥本哈根学派提出了波函数坍缩的诠释:我们在观察时,众多状态在瞬间坍缩为一个状态。这种解释也不好理解。波函数创立者薛定谔提出了被称为“薛定谔之猫”的质疑性思想实验,以期表明量子力学在宏观条件下的不完备。

  埃弗莱特不同意波函数坍缩的说法,提出了新的解释:观察并未使波函数坍缩,而是使世界分裂,叠加态的不同状态分别处于不同的世界之中。观察者和猫都一分为二,在一个世界里,观察者看到活猫;在另一个世界里,另一个观察者看到死猫。这就像一只阿米巴变形虫分裂成两只。这两个世界其余部分都相同,它们之间没有任何相互作用,故称为平行世界。埃弗莱特用数学语言表述了他的看法。他用世界分裂取代波函数坍缩,指出波函数也适用于宏观物体,主张微观世界与宏观世界的统一;他还放弃概率解释,坚持决定论。

  埃弗莱特为了一只猫是死是活的解释,竟不惜让世界分裂,其丰富想象和理论勇气,实属不凡。但观察使世界分裂,这不符合常理。对此他说:“有人主张这一理论所展示的世界图景与我们的经验相抵触,因为我们根本觉察不到分裂过程。这些人们的观点就像人们质疑哥白尼的理论一样。哥白尼认为地球在运动是一个物理事实。那时候,人们认为这种观点不符合常理,因为我们感觉不到这种运动。在这两种情况中,这些人的观点都会被攻克。”③

  但为了一只猫,竟如此颠覆世界,这代价也太大了,不符合思维经济原理。爱因斯坦在谈到波函数坍缩时说:“我不能相信仅仅是因为看了它一眼,一只老鼠就使宇宙发生剧烈的改变。”④埃弗莱特用世界分裂来取代波函数坍缩,宇宙的变化岂不更加“剧烈”?对此他未作正面回应。其实他的诠释只是一种想象,而想象无需成本。他并不考虑观察是如何使世界分裂的,通过什么方法、消耗何种能量以及分裂的物理过程和后果。他所说的世界不是现实的物理世界,而是一种逻辑推理中的概念。

  波函数坍缩和世界分裂都只是一种说法,都是出于纯粹的逻辑需要,都不是经验的概括;思考的仅仅是逻辑的可能性,是随意想象中的可能性,都是思辨的看法。

  埃弗莱特论文发表后的十几年,几乎无人问津,但后来遇到了德威特这位难得的知音。德威特毫不讳言他第一次接触多世界概念时所受到的震动:“这种想法是很难符合常识的。这是一种彻头彻尾的精神分裂症。”⑤1974年雅默在《量子力学的哲学》一书中着重评介了多世界诠释。他说:“多重宇宙理论无疑是迄今为止科学史上最大胆和最雄心勃勃的理论之一。”⑥从此“多世界”被理解成“多宇宙”,并引发出多重宇宙理论的研究。

  1976年,德威特说,多世界“不只是科幻作家的噱头,它们还是量子物理学家的救命稻草!”⑦有人认为这个诠释“推动了量子力学哲学基本原理的更新”⑧。1997年剑桥大学牛顿研究所就量子力学的诠释问题对90位与会者进行调查,赞同波函数坍缩的8人,接受埃弗莱特观点的30人,不赞成任何观点或拿不定主意的50人。埃弗莱特的老师惠勒2001年说:“这次调查仍清楚地表明,该是更新量子力学教科书的时候了。”⑨2014年,泰格马克对埃弗莱特的评价是:“总有一天,他会被公认为一位与牛顿和爱因斯坦平起平坐的天才,至少在大多数平行宇宙里会这样。”⑩

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(责任编辑:李秀伟)
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