坍缩公设

Collapse Postulates

宏观退相干——也就是所谓的「多世界」——指的是这样一种观点:那些支配微观事件的已知量子定律,根本就是在所有层级上原封不动地起作用。可是在人们还不知道退相干的时候——在还没有任何人想到,那些被如此精确地从微观物理中推导出来的定律也许普遍适用之前——人们以为发生的是什么?

最初的推理过程似乎大致是这样的:

当我的计算表明,这个光子被吸收的振幅是(−1/3)i 时,我的实验统计则显示,在 1,000 次实验中,光子大约被吸收了 107 次,这与 1/9——也就是模长平方——符合得很好。

于是就推到:

振幅就是概率(通过模长平方来体现)。

再推到:

一旦你测量了某样东西,并且知道它没有发生,它的概率就会变成零。

如果照字面来理解,这就意味着:知识本身——甚至有意识的觉察——会导致坍缩。而这事实上正是 Werner Heisenberg 提出的理论形式!

但人们越来越对把二元论语言引入基础物理这件事感到紧张——他们本来也就应该紧张!于是,原先那套推理被一种关于客观「坍缩」的观念取代了:这种坍缩会摧毁波函数中除一部分之外的所有部分,并且会在叠加态增长到人类尺度之前的某个时刻被触发。

现在,一旦你开始假设波函数的某些部分可以就这么直接消失,你也许就会想问:

难道只会有一个幸存者吗?也许会有许多幸存世界,但它们会按照各自积分平方模所决定的频率存活下来,因此典型的幸存世界就会拥有与玻恩规则相匹配的实验统计。

可是,现代学术界所讨论的坍缩理论,却只假定有一个幸存世界。为什么?

坍缩理论是在这样一个时代里被构想出来的:那时物理学家根本就没想到过,可能会存在一个以上的世界!人们把测量只有单一结果视作理所当然——这个假设深到看不见,因为那就是他们看见正在发生的事情。坍缩理论原本是为了解释为什么测量会有单一结果,而不是(在完全一般的意义上)解释为什么实验统计符合玻恩规则

出于类似的原因,学术上被考虑的「坍缩公设」都假定:坍缩会发生在任何人类进入叠加态之前。但实验正在不断排除「坍缩」发生在越来越大的纠缠系统中的可能性。显然,已经有一个实验正在进行中,准备在 50 微米尺度上演示量子叠加;这已经比大多数神经元还大,并且快要接近某些人类头发丝的直径了!

那么,为什么没有人试着抢先一步,直接问:

假设我们不得不一再假定:坍缩发生得越来越晚。那如果坍缩只有在叠加达到行星尺度、并且发生了实质性分化时才发生呢——比如说,地球的波函数大约每分钟坍缩一次?这样一来,在任一给定时刻幸存下来的地球,固然都会记得自己拥有一段漫长的量子实验历史,而且这段历史中的结果都符合玻恩统计;但这些地球中的绝大多数,将会开始从量子实验中得到不符合玻恩规则的结果,然后在一分钟后突然停止存在。

为什么像这种坍缩理论,在那些显然认为波函数的某些部分可以就这么消失的人当中,并没有拥有庞大的学术追随者?尤其是在实验已经在越来越大的系统中证明叠加的情况下?

一个愤世嫉俗的人也许会建议说,坍缩理论之所以还能继续获得支持,并不是因为让波函数的大块部分突然消失在物理上有多可信,也不是因为人们真心希望用它来解释玻恩统计。重点在于维持这样一种直觉吸引力:「我不记得那次测量有超过一个结果,所以一定只发生了一件事;我不记得自己分裂了,所以一定只有一个我。」你不记得自己死过,所以叠加态中的人类一定永远不会坍缩。任何胆敢践踏这种直觉的理论,都会错失全部重点。那还不如干脆转向退相干。

愤世嫉俗的人也许会这么说。

但当然,现在就去攻击坍缩支持者的动机,未免还太早了。那不过是单纯的人身攻击论证。真正关于坍缩理论的物理可信性又如何呢?

嗯,首先:任何一种坍缩理论有实验支持吗?没有。

把这点先放到一边……

如果坍缩真的像它的信徒所说的那样运作,那么它将会是:

  1. 整个量子力学中唯一的非线性演化。

  2. 整个量子力学中唯一的非幺正演化。

  3. 整个量子力学中唯一的非可微现象(事实上,是不连续的)。

  4. 整个量子力学中唯一一个在构型空间中呈现非局域性的现象。

  5. 整个物理学中唯一一个违反 CPT 对称性的现象。

  6. 整个物理学中唯一一个违反 Liouville 定理的现象(即,从初始条件到结果存在多对一映射)。

  7. 整个物理学中唯一一个无因果 / 非决定论 / 内禀随机的现象。

  8. 整个物理学中唯一一个在时空中呈现非局域性,并且传播快于光速的影响的现象。

这该死的坍缩公设究竟还要做到什么地步,物理学家才肯拒绝它?非得先杀一只该死的小狗吗?