在我之前的两篇“Out There”博文中,我展示了两种截然不同的量子力学诠释方式,进而也展示了两种截然不同的理解我们人类与宇宙之间关系的方式。加州理工学院的肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)主张多世界诠释,认为现实不断地分裂成不同的版本。马萨诸塞大学波士顿分校的克里斯·福克斯(Chris Fuchs)则支持QBism,这是一种通过与环境互动来参与单一现实的诠释。
但这远非理解量子力学的唯一可能方式。这些不同的思想复杂而微妙,但最让我着迷的是驱动它们的具体关切。理论物理学家想知道和我们一样(至少我一样)的问题。是否存在其他现实,还是只有这一个?我们是被动地参与宇宙,还是与宇宙的其他部分有着根本的联系?
在我的报道过程中,我收到了著名物理学家、牛津大学荣誉教授罗杰·彭罗斯爵士的充满激情的回复,他一直在研究一种称为客观塌缩的理论。他认为,当一个量子物体与其周围环境相互作用并“塌缩”到一个特定的、可测量的位置时,会发生一个真实、可观察的过程。我还与纽约州立大学石溪分校的科学史学家和哲学家罗伯特·P·克里斯进行了简短但尖锐的交流。他专注于量子力学的哲学意义。(关于他对科学意义的更多看法,请参见他的新书《工坊与世界》。)
彭罗斯和克里斯都以截然不同的原因拒绝了多世界诠释。他们也都致力于将物理学与人类经验联系起来。请继续阅读,如果他们的答案让您感到头晕,请不要担心。
首先,罗杰·彭罗斯爵士:
如今,许多物理学家认为多世界诠释是量子力学的默认理解。您为何不同意?
如果您认为量子力学的定律是神圣不可侵犯的,那么您就会走向多世界诠释。对我来说,这是荒谬推理。如果我们走向这个方向,那么我们必须改变量子力学制定的规则。
我始终无法理解为什么如此多的理论家如此坚持量子力学的定律不应被改变。毕竟,量子力学创始人中至少有四位最杰出的代表人物持有不同观点:阿尔伯特·爱因斯坦、埃尔温·薛定谔、路易·德布罗意,甚至保罗·狄拉克。我在我的书《时尚、信仰与幻想在新物理学中的作用》的第 4 部分讨论了这一点。
您是否可以描述一下“客观塌缩”,即您理解的当我们测量一个物体并观察它从多种可能物理状态塌缩到单一现实时的替代性方式?
存在许多客观塌缩理论。我坚信,当引力涉及时,规则必须改变。匈牙利的 Frigyes Károlyházy 和 Lajos Diósi 提出了这类方案。我自己的想法也倾向于此,但我倾向于强调广义相对论和量子力学之间基本原理的不兼容性——尤其是伽利略-爱因斯坦等效原理(即引力与加速度之间的等价性)与量子力学的线性叠加原理之间的不兼容性。
这里存在一种根本性的张力,可以通过合适的引力客观塌缩理论来解决。支持这种张力的论据很有说服力,而且我从未见过反驳这些理由的论点。用通俗的语言解释它们并不容易。但其含义粗略来说是,如果我们试图将一个相当大的物体同时置于两个位置的量子叠加态中,那么它将自发地跳到其中一个位置,其平均时间可以从理论上计算出来。

罗杰·彭罗斯爵士从未同时出现在两个地方,而且他想知道为什么。他的理论是,引力会迅速导致大尺度物体表现出经典而非量子行为。(来源:David Berry)
David Berry
是否有办法对客观塌缩进行检验——捕捉物体从一种状态塌缩到另一种状态的过程?
如果叠加态是在薛定谔的死猫和活猫之间,那么它将几乎瞬时地跳到一种状态或另一种状态(因为猫从量子角度来看非常大)。如果是同时存在于两个位置的一粒沙子之间,那么它将几乎(但略微慢一点)瞬时地跳到其中一个位置。另一方面,对于一个质子来说,可能需要宇宙的年龄。为了进行一次可行的实验来观察这种效应,我们需要一个质量介于两者之间的物体。
您在进行能够区分客观塌缩和多世界诠释的实验方面是否取得了任何进展?
是的,确实如此;德克·鲍姆斯特(Dirk Bouwmeester)(同时任职于荷兰莱顿大学和加州大学圣巴巴拉分校)为此实验已工作十余年,他预计在未来几年内将对引力客观塌缩进行一次决定性的检验;到目前为止,他的预测相当一致。
我不确定他目前的目标是让多大的物体进入两个位置的量子叠加态,但此前他曾谈论过将其用于一个微小的镜子,其尺寸约为头发丝厚度的十分之一,这个微小的镜子将被置于两个略微不同的位置的量子叠加态中。根据引力客观塌缩理论,镜子塌缩到其中一个位置需要几秒钟或几分钟的时间。
还有其他关于此类实验的建议,包括我的一位同事、诺丁汉大学的伊韦特·富恩特斯(Ivette Fuentes)提出的一个建议。她提议使用玻色-爱因斯坦凝聚体来运行测试。但鲍姆斯特的实验是迄今为止发展最成熟的一个。
您曾批评多世界诠释是一个有意义的科学概念。您认为它更应该属于哲学的范畴吗?
多世界诠释——至少是它的推广方式——甚至不属于哲学的范畴,因为它依赖于对“世界”和“现实”等概念未经质疑的、甚至是愚蠢的看法。
如果多世界诠释或 QBism 不能解释日常经验——也就是说,为什么我觉得自己是独一无二的那个版本——它们还能作为有用的量子诠释吗?
从哲学上解释科学意味着将科学语言的术语与人类经验联系起来。您无法用多世界诠释做到这一点。但对于 QBism 这样的替代性诠释,您可以做到,尽管这需要一些努力。
物理学家未能就一种单一的、明确的量子力学诠释达成一致,这是一个问题吗?您认为前进的方向是什么?
听着,物理学家未能就一种诠释达成一致,这并非问题。任何科学工作都无法解决这个问题。这是哲学家的工作。物理学是一项高度复杂的活动,它得益于有时会发生冲突的概念和信念,从而产生仅靠增加物理学知识无法解决的悖论和问题。
物理学家可以通过粗略的、将就的方式,用哥本哈根诠释这样的权宜之计来掩盖这些悖论和问题,但这并不能让它们消失。您需要系统性的批判性反思,而这正是哲学所要做的。
欲了解更多科学观点和新闻,请在 Twitter 上关注我:@coreyspowell














