坍缩假说 | ZhiHu Archive

宏观退相干（Macroscopic decoherence）——也就是常说的「多世界（many-worlds）」理论——其核心思想是：那些支配微观事件的已知量子定律，仅仅是原封不动、毫无改变地在所有宏观层级上继续发挥作用罢了。回想当年，人们还不知道退相干为何物——在有任何人敢于设想「为微观物理极其精确推导出的法则可能普遍适用于全宇宙」之前——人们以为到底发生了什么？

最初的推理逻辑似乎是这样的：

当我通过计算得出，这个光子被吸收的复数振幅是 $(-1/3)i$ 时，我手头的实验统计数据表明，在 $1000$ 次实验中光子大约被吸收了 $107$ 次，这个频率完美地吻合了 $1/9$ ，也就是振幅模长的平方。

于是变成了这样：

振幅就是概率（只不过要通过模长平方来换算）。

最后变成了这样：

一旦你测量了某个事物并知道它没有发生，那它发生的概率就瞬间归零了。

如果按字面意思去理解，这就意味着：是知识本身——甚至是有意识的觉察——导致了这种「归零（坍缩）」。这实际上就是维尔纳·海森堡（Werner Heisenberg）最初提出的理论形式！

但是，随着时间的推移，人们对于将二元论的语言引入基础物理学感到越来越不安——而且他们理应感到不安！于是，最初的那套说辞被一种客观的「坍缩」概念所取代：它认为，波函数除了其中一个部分存活下来，其余的所有部分都会被某种物理机制瞬间摧毁；而且这种机制肯定是在叠加态膨胀到人类宏观尺度之前的某个时刻被触发的。

现在，既然你都已经可以随便假设波函数的一大块部分能就这样凭空消失了，你或许会忍不住想问：

难道就必须只留下一个幸存者吗？也许有许许多多的世界幸存了下来，只不过它们幸存下来的频率是由它们累积的模长平方决定的；因此，只要你身处一个典型的幸存世界里，你观测到的实验统计数据自然就能完美匹配玻恩法则（Born rule）。

然而，在现代学术界占据主流的坍缩理论，却死死地只假设有唯一一个幸存的世界。为什么？

因为这些坍缩理论是在这样一个时代被炮制出来的：在那个时代，根本没有任何物理学家脑子里闪过过「可能存在不止一个世界」的念头！人们把「测量必定产生唯一的结果」视为天经地义——这个假设潜藏得如此之深，以至于它几乎是隐形的，因为这正是他们肉眼看到在发生的事情。发明坍缩理论的初衷，是为了解释为什么测量会得出唯一结果，而不是为了（在完全普适的意义上）解释为什么实验的统计规律会符合玻恩法则。

出于同样的原因，学术界所考虑的那些「坍缩假说」，全都强行规定坍缩必须发生在任何人类卷入量子叠加态之前。然而，近年来物理学家们正在用越来越大的纠缠系统做实验，正在一步步将这种「坍缩」发生的可能性空间不断挤压。据说目前正在进行的一项实验，试图在 50 微米的尺度上证明量子叠加态的存在——这个尺度比绝大多数神经元都要大，甚至已经逼近了某些人类头发的直径！

那么，为什么没有人试着抢跑一步，提出这样的疑问呢：

听着，我们一直被迫假设坍缩发生得越来越晚、越来越晚。如果坍缩只有在叠加态蔓延到了行星尺度、并且世界发生重大分歧时才会发生呢？比如说，地球的波函数大约每分钟坍缩一次？如果是这样的话，虽然在任何特定时刻幸存下来的那个地球上的人们，会记住一段完美符合玻恩统计规律的漫长量子实验史；但在坍缩发生的那一刻，绝大多数的平行地球将会开始观测到违背玻恩法则的乱码结果，然后在一分钟后，随着波函数的突然归零而瞬间灰飞烟灭。

在那么多显然认为波函数凭空消失一部分「毫无问题」的人群中，为什么像这样的坍缩理论却不能拥有庞大的学术拥趸呢？特别是在实验已经实打实地证明了叠加态可以存在于越来越大系统中的今天？

愤世嫉俗者可能会指出，坍缩理论之所以能继续得到支持，原因根本就不在于什么「让波函数大面积突然消失」具有什么物理上的合理性，也不在于人们希望能借此解释玻恩统计规律。真正的目的，纯粹是为了保住那个直觉上的舒适区：「我不记得测量产生过不止一个结果，因此一定只有一件事情发生了；我不记得我自己发生过分裂，所以我一定是独一无二的。」因为你不记得自己死过，所以处于叠加态的人类绝不能坍缩。一个敢于把人类直觉踩在脚下的理论，就完全失去了它发明出来「安抚人心」的初衷了。如果真要那样，你还不如直接投入退相干（多世界）理论的怀抱。

愤世嫉俗者大概会这么说。

但这会儿去攻击坍缩理论支持者的动机，显然为时过早。那只不过是诉诸人身的攻击罢了。那么，我们来看看坍缩理论在实际的物理学上到底有多么「合理」呢？

好吧，首先：目前有任何一项实验能够为任何坍缩理论提供支持吗？完全没有。

把这事儿先放一边……

如果坍缩现象真的像它的信徒们声称的那样在物理上运作，那么它将是：