精选
Hugh Everett的多世界
在他如今知名的多重宇宙理论遭遇冷落之后，Hugh Everett退出了物理学术界。他投身于绝密军事研究，并度过了悲惨的一生。
Peter Byrne 著
左 芬 译
编者按：这一故事最初刊载于《科学美国人》2007年12月期。考虑到美国公共广播公司最新纪录片《平行世界，平行人生》的出现，现在从档案中重印出来。
译注：本文此前已有中译版，见《他在27岁时成为“平行世界”之父，却几近终身遭冷落，悲惨离世后理论才重获重视》，《环球科学》2020年8月20日发布。这里重译出来，是为了更加忠实于原文。原文链接见文末。
Hugh Everett III是一位杰出的数学家，一位打破常规的量子理论家，以及后来一位有权接触国家最敏感军事机密的成功国防承包商。他引入了物理实在的一种全新概念，并在核决战日渐凸显的一段时期影响着世界历史的进程。对于科幻迷而言，他一直是一位民间英雄：多重宇宙量子理论的发明者。在他的子女眼中，他又变成了另外的样子：一个冷漠无情的父亲，“像是餐桌旁一件笨重的家具”，手上拿着烟。他不间断地抽烟，酗酒，最终早早离世。
至少在我们的宇宙分支中他的历史就是这么演变的。如果Everett 1950年代中期在普林斯顿大学求学时发展的多世界理论是对的，他的人生将会在无限多个分支宇宙中经历许多不同的轮回。
Everett的革新式分析打破了在量子力学运作方式的诠释上的理论僵局。尽管多世界思想现在仍然没有被普遍接受，他在构思理论时用到的方法预示了量子退相干概念——对量子力学的随机怪异性何以消退成我们体验的世界的现代解释。
Everett的工作在物理和哲学圈子里广为人知，但Everett如何做出这一发现，以及他的余生是如何度过的，这整个故事则不怎么为人所知。俄国历史学家Eugene Shikhovtsev、我自己和其他人所做的档案研究，加上我对这位已故科学家的同行、朋友以及他的摇滚音乐家儿子所做的采访，揭示出一位光芒四射的天才因个人心魔而过早陨灭的故事。
离奇事物
Everett的科学旅程是在1954年的一个晚上开始的，他在20年后回顾道，“在喝了一两杯雪莉酒后。”他和他普林斯顿大学的同学Charles Misner以及一位名叫Aage Petersen的来访者（那时是Niels Bohr的助手）在考虑“量子力学蕴含的离奇事物”。就在这一对话期间Everett得到了多世界理论背后的基本想法，并且在此后的几周里逐渐把它发展成学位论文。
这一想法的核心认为在诠释量子力学方程在现实世界中的体现时，必须让理论本身的数学给出方法，而不是对数学附加诠释性猜想。以这种方式，这位年轻人向当时的物理学体系发起了挑战，意图重新考虑其中物理实在这一基本概念。
在这一努力过程中，Everett大胆地面对量子力学中声名狼藉的测量问题，而这一问题从1920年代起就在折磨物理学家们了。大体来说，这一问题是由基本粒子（例如电子和光子）在微观、量子层面实在性上的相互作用方式与它们在宏观、经典层面测量时的结果之间的冲突引发的。在量子世界里，一个基本粒子，或者一群这样的粒子，可以处于两种或者更多可能状态的叠加中。例如，一个电子可以处在不同位置，速度和自旋朝向的叠加。而任何时候科学家去精确测量这些性质之一，他们都会得到一个确定结果——仅仅是叠加中的元素之一，而非它们的组合。并且我们从未看到宏观物体处在叠加中。测量难题归结为以下问题：我们体验到的独一无二的世界如何以及为何会从叠加的量子世界具有的多重选项中涌现出来？
物理学家使用波函数这样一种数学实体来表征量子态。波函数可以视为一个叠加的量子系统的所有可能构型的列表，以及相应的一系列数字。这些数字会告诉你，当我们测量系统正好探测到某个构型时——看上去是随机选中的——这一构型出现的概率是多少。波函数将叠加中的每个元素视为同样真实的，尽管从我们的视角来看不一定是同等可能的。
Schrödinger方程刻画了量子系统的波函数如何随着时间改变，并且预言这一演化会是光滑和确定的（亦即，不含随机性）。可是这一精美的数学似乎会跟人们使用科学仪器（其本身亦可视为一个量子力学系统）观测一个量子系统例如一个电子时发生的事情相违背。因为在观测的那一时刻，描述各种可能叠加的波函数看来会坍缩到叠加中的一个成员，从而打断了波函数的光滑演化，并引入了不连续性。一个单一的测量结果会出现，并从经典描述的实在中驱逐掉所有其它可能性。哪一个备选在测量的时刻会被出示似乎是任意的；它的选择并不是在测量前携带电子信息的波函数合理地演变出来的。同时坍缩的数学也不是从Schrödinger方程的无缝流动中涌现出来的。事实上，坍缩必须作为一个假定，一个违背方程的额外过程添加进来。
量子力学的众多创始人，尤其是Bohr, Werner Heisenberg和John von Neumann，都认同用一种量子力学诠释——所谓哥本哈根诠释——来处理测量问题。这一实在性模型假定量子世界的机制会归约到经典可观测现象，并且只能从经典可观测现象中体现价值——而非相反。
这一方案给予外部观测者以特权，将其置于与被观测对象的量子国度相异的经典国度。尽管无法解释量子与经典国度的边界的本质，哥本哈根信徒在使用量子力学上仍然取得了巨大的技术成功。一代又一代的物理学家们被教导说，量子力学方程只在实在的一部分，即微观侧，运作，并在另一部分，即宏观侧，不再适用。这就是大多数物理学家所需要的。
全局波函数
与此形成鲜明的对比，Everett通过融合微观与宏观世界来应对测量问题。他把观测者当做被观测系统不可或缺的一部分，并引入一种全局波函数，将观测者和被观测对象当做一个单一量子系统的局部连接起来。他量子力学式地刻画宏观世界，并认为大型物体同样处在量子叠加中。与Bohr和Heisenberg分道扬镳，他摈弃了对波函数坍缩这一不连续性的需求。
Everett激进的新想法追问的是，如果波函数的连续演化没有被测量行为打断会怎样？如果Schrödinger方程始终适用，并且适用于万事万物——同等对待对象和观测者——会怎样？如果叠加中没有哪个元素会被驱逐出实在会怎样？对于我们而言这样一个世界看起来会怎样？
Everett发现在这些假定下，观测者的波函数在每次与一个叠加对象作用时实际上会分岔。全局波函数会包含构成对象叠加态的每一种备选的分支。每个分支会拥有自己的观测者副本，这一副本会把这些备选之一认作自己的输出。根据Schrödinger方程的一条基本数学性质，这些分支一旦形成，就不会再相互影响。于是，每个分支会前往一个不同的未来，独立于其它的。
假定一个人在测量处于两个态的叠加中的一个粒子，比如处在位置A和位置B的叠加中的一个电子。在一个分支中，这个人认为到电子在A处。而在一个近乎相同的分支里，这个人的一个分身认为同一个电子在B处。这个人的每个分身都认为自己是独一无二的，并且好像在从一张物理可能性的菜单上挑选出一种实在来，尽管在完整的实在中，菜单上的每种备选都会发生。
要解释我们如何感知这样一个宇宙需要在其中放入一个观测者。可是分支过程不依赖是否有人存在而发生。一般而言，在各个物理系统的每次相互作用处，其组合系统的整体波函数都会倾向于以这种方式分岔。如今我们用所谓退相干理论来理解这些分支如何变得互不相干以及每个分支如何变成我们习以为常的经典实在的样子。它是标准的现代量子理论中公认的一部分，尽管并非所有人都认同所有分支都作为实在而存在这一Everett式诠释。
Everett并非第一个批评哥本哈根坍缩假定不恰当的物理学家。不过他从量子力学自身的方程出发推导出了全局波函数的一种数学自洽理论，从而开辟了新天地。多重宇宙的存在作为他的理论的推论涌现出来，而不是一种断言。在他的论文的一个脚注中，Everett写道：“从该理论的视角来看，叠加的所有元素（所有‘分支’）都是‘实际的’，没有哪一个比其它的更加‘真实’。”
包含所有这些想法的手稿引发了一场激烈的幕后斗争，而这些直到五年前才由巴西巴伊亚联邦大学科学史家Olival Freire Jr. 从档案研究中揭晓。1956年春天，Everett在普林斯顿大学的学术导师John Archibald Wheeler带着Everett的博士论文手稿前往哥本哈根，试图说服丹麦皇家科学与文学院发表它。他给Everett写信说，他与Bohr及Petersen“就其进行了三次漫长而激烈的讨论”。Wheeler还把自己学生的工作分享给了Bohr理论物理研究所的其他物理学家，包括Alexander W. Stern。
分裂
Wheeler给Everett的信里说道：“你优美的波函数体系当然无可撼动；不过我们全都觉得真正的问题在于附加在这一体系中的量上的名词。”首先，Wheeler对Everett使用“分裂”的人和加农炮作为科学隐喻感到很苦恼。他的信表明哥本哈根信徒们对Everett工作的含义感到不安。Stern将Everett理论斥为“神学”，而Wheeler本人又不情愿挑战Bohr。在写给Stern的一封礼貌的长信中，他说明并辩称Everett理论只是量子力学主流诠释的一种推广，而非驳斥：
我想我可以说这个相当出色、能干且独立思考的年轻人已经开始逐渐认可测量问题的当前方案是正确且自洽的，尽管论文手稿的当前版本中遗留的一些痕迹还带有过去的疑虑态度。因此，为了避免任何可能的误解，我得说Everett的论文绝不是想要质疑测量问题的当前方案，而是接受它并予以推广。【原文强调。】
Everett一定完全不认同Wheeler所描述的他对哥本哈根诠释的观点。例如，一年后，在回应《现代物理评论》期刊编辑Bryce S. De Witt的批评时，他写道：
哥本哈根诠释在不完备性上无可救药，因为它先验地依赖经典物理……以及赋予宏观世界以“实在性”概念并剥夺微观世界同等概念这样一种哲学畸形。
当Wheeler前往欧洲为他的工作辩护时，Everett面临着失去学生兵役延期许可的危险。为了避免前往新兵营，他决定接受五角大楼的一份研究工作。他搬到了华盛顿特区，从此再未返回理论物理。
不过，在接下来一年里，他与Wheeler进行了远距离通信，并勉强把论文削减到原始长度的四分之一。1957年4月Everett的论文评审委员会通过了删减版——其中不再有“分裂”。三个月后《现代物理评论》发表了这一缩减版，题为《量子力学的‘相对态’表述》。在同一期，Wheeler撰写了一篇评论文章对自己学生的发现大加赞赏。
文章印行后，立刻变得默默无闻。Wheeler逐渐撇清了自己与Everett理论的关联，尽管他仍跟这位理论家保持联系，并徒劳无功地鼓励他在量子力学上做出更多工作。在去年的一次采访中，当时已是95岁高龄的Wheeler评论道：“【Everett】销声匿迹了，可能有些愤愤不平，因为人们对他的理论无动于衷。我要是一直保持跟他对话就好了。他提出的问题很重要。”
核军事战略
普林斯顿大学授予Everett博士学位时他已经开始五角大楼的第一个项目——计算核战争中放射性尘降带来的可能死亡率——快一年了。他很快领导起了五角大楼近乎隐形但极其重要的武器系统评估小组（Weapons Systems Evaluation Group，简称WSEG）的数学部门。Everett向Eisenhower和Kennedy政府的高级官员提议了氢弹目标选择以及在核打击中使用轰炸机、潜水艇、导弹组成的核三位一体结构达到最大威力的最佳方法。
1960年他协助撰写了WSEG第50号文件，这份鼓动性文件至今仍属机密。据Everett的朋友以及WSEG同事George E. Pugh以及历史学家们称，WSEG50号文件说明与提倡的军事战略执行了数十年，其中包括玉石俱焚战术。 WSEG向核战争政策制定者提供了大量关于放射性尘降的全球影响的骇人信息，使得许多人相信维持一种长期僵局是有好处的——而不是像一些强力派人物所鼓吹的那样，对苏联、中国以及其它共产主义国家发起先发制人的首轮打击。
Everett理论上的论争的末章也出现在这个时期。1959年春天，Bohr同意与Everett在哥本哈根面谈。他们在六周里会面了好几次，但收获甚微：Bohr没有改变他的立场，而Everett也没有重回量子物理研究。不过，这次远行并非毫无收获。一天傍晚，当Everett在Østerport酒店喝着啤酒时，在酒店便签上写出了让他扬名的另一项数学杰作的重大改进，广义Lagrange乘子法，也叫Everett算法。这一方法简化了对复杂物流问题最优解的搜索，其中包括核武器的部署，实时工业生产规划，最小化学区种族歧视的校车路线等。
1964年，Everett、Pugh和其他几个WSEG同事成立了一个私人国防企业，Lambda公司。在其众多业务之中，就包括反弹道导弹系统和数字化核战争竞赛的数学模型的设计，而据Pugh称，这些模型被军方使用了多年。Everett醉心于发明贝叶斯定理的应用，这种数学方法会将未来事件的可能性与过去经验关联起来。1971年，Everett设计了一台贝叶斯原型机，这一计算机程序通过学习过往经验来推断可能的后果，从而简化决策制定，很像人类的常规天赋。基于与五角大楼的合同，Lambda使用贝叶斯方法发明了追踪入侵弹道导弹轨迹的技术。
1973年，Everett离开了Lambda，与Lambda同事Donald Reisler开创了一个数据处理公司，简称DBS。 DBS研究武器应用，但专注于分析政府扶持项目的社会经济效应。Reisler还记得，首次见面时，Everett“羞怯地”问他是否读过他1957年那篇文章。“我想了一刹那就回答道，‘噢，天哪，你就是那个Everett，写了那篇离奇文章的疯子，’”Reisler说，“我研究生的时候就读过，一边暗笑一边立马否决了它。”两人成为了要好的朋友，但约定从此再也不谈论多重宇宙。
午餐的三杯马提尼
尽管有了这些成功，Everett却在生活的种种层面上都很颓废。他酗酒成性，并且朋友们说这一问题似乎日益严重。据Reisler称，他的同伴通常会在午餐时享用三杯马提尼，然后在办公室里呼呼大睡——不过他仍然能有很高的产出。
可是他的纵欲并不是出自一种轻松的、幽默的生活态度。“他是个没有同情心的人，”Reisler说，“他在研究问题时带着一种冷酷、粗暴的逻辑。公民权利对他来说毫无意义。”
Everett在WSEG的前同事John Y. Barry也质疑他的道德。1970年代中期，Barry曾说服他在摩根大通的雇主雇佣Everett发展一种预言股票市场动向的贝叶斯方法。据种种传言，Everett成功了——可是后来拒绝将产品转交给摩根大通。“他利用了我们，”Barry回忆道，“【他是个】才华横溢且勇于创新的家伙，但是狡猾，不可靠，可能还酗酒成性。”
Everett以自我为中心。“Hugh倾向于信奉一种极致的唯我论，”DBS前雇员Elaine Tsiang说道，“尽管他煞费苦心地将他的【多世界】理论与任何心灵或意识论区分开来，很显然我们全都应该对存在于这个他带来的世界而心怀感激。”
并且他几乎不过问他的孩子，Elizabeth和Mark。
就在Everett从事他的企业生涯时，物理学界开始仔细审视他那一向被忽视的理论。De Witt的态度发生了180度的大转弯，成为了它最忠诚的拥护者。1967年他在一篇文章中提出了Wheeler-De Witt方程：量子引力理论必须满足的一种全局波函数。他盛赞Everett证实了这样一种方案的必要性。De Witt和他的研究生Neil Graham 接着编辑了一本物理论文集，《量子力学的多世界诠释》，主要内容为Everett论文的未删节版。“多世界”这一术语也牢牢定型，并由科幻杂志《模拟》在1976年传播开来。
当然，并非所有人都同意哥本哈根诠释需要让步。康奈尔大学物理学家N. David Mermin觉得，Everett诠释将波函数当成客观实在世界的一部分来对待，这在他眼里不过是一种数学工具。“波函数是一种人为构造，”Mermin说道，“它的目的是让我们理解宏观观测结果。我的观点正好与多世界诠释相反。量子力学只是一种手段，让我们得以把观测结果合理化。一定要说我们在量子力学之内并且量子力学必然适用于我们的感知，这是说不通的。”
不过许多在职物理学家都说Everett理论必须严肃对待。
“当我在1970年代晚期听到Everett诠释时，”斯坦福大学理论物理学家Stephen Shenker说，“我觉得它有点疯狂。如今我认识的大多数人在思考弦论和量子宇宙时会以一种Everett式诠释去思考。而由于量子计算的近期发展，这些问题不再局限于学术范围内了。”
退相干的先驱者之一，洛斯阿拉莫斯国家实验室成员Wojciech H.Zurek评论称“Everett的成就在于坚持量子理论必须是全局的，因为不应该存在宇宙的划分，使得一部分先天地是经典的，而另一部分先天地是量子的。他给了我们所有人这样一种许可，只需要按照我们如今的方式使用量子力学，就可以作为一个整体去描述测量。”
新泽西州普林斯顿高等研究院的弦论家Juan Madacena表明了他的同行们的一种普遍态度：“当我在量子力学里思考Everett理论时，它是最让人信服的。在日常生活中，我不相信它。”
1977年，De Witt和Wheeler邀请一向讨厌公开演讲的Everett到德克萨斯大学奥斯汀分校就他的诠释做一个讲座。他穿着一套皱巴巴的黑西装，并且在讲座期间烟不离手。如今在牛津大学的David Deutsch，量子计算（其本身受Everett理论启发）领域开创者之一，当时在场。“Everett超越了他的时代，”Deutsch这样总结Everett的贡献，“他是拒绝放弃客观解释的典型代表。物理学和哲学的发展之所以遭受了巨大的损害，就因为背弃了这些领域的初衷：解释世界。我们不可救药地陷入形式化的泥沼，宣称的进展往往没有解释能力，并且神秘主义、宗教信仰和种种胡言乱语在周围弥漫。Everett的重要性就在于他能站出来抵制这一切。”
在德克萨斯之行后，Wheeler试图让Everett与加州圣巴巴拉理论物理研究所走到一起。据说Everett表示了兴趣，但最终这一计划没能实施。
体验万物
1982年7月19日Everett在睡梦中死去，年仅51岁。他的儿子Mark，那时才十几岁，记得那天早上发现父亲没有了生命迹象。触碰着那冰冷的身体，Mark想不起此前与父亲曾有过身体接触。“我不知道该如何应对父亲刚刚死去这一事实，”他告诉我，“我其实跟他没什么关系。”
此后不久，Mark搬到了洛杉矶。他成了一位成功的歌曲作家以及流行摇滚乐队Eels的主唱。他的许多歌曲都流露出一个沮丧、酗酒、漠不关心的父亲带给他的忧伤。直到父亲死后多年，Mark才得知Everett的学术生涯与成就。
Mark的姐姐，Elizabeth，于1982年6月开始多次自杀行为中的第一次，就在Everett去世前一个月。Mark发现她毫无知觉地躺在浴室地板上，及时地把她送到了医院。当他那天晚上很晚回到家时，他回忆道，他的父亲“从报纸上抬起头来说，‘我不知道她那么悲伤。’”1996年Elizabeth服下大量安眠药结束了自己的生命，在钱包里留下一张字条说她要到另一个宇宙去与父亲团聚。
在2005年的一首歌《孙辈们应该知道的事情》中，Mark写道：“我从未真正理解/生活在自己的脑子里/对他来说到底是什么样子的。”他那具有唯我倾向的父亲应该早已理解了这一困境。“一旦我们承认任何物理理论本质上都只是经验世界的一种模型，”Everett在他论文的未删节版里总结道，“我们就必须摈弃寻找所谓正确理论的任何希望……就因为我们永远无法体验万物。”
原文链接：
https://www.scientificamerican.com/article/hugh-everett-biography/
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