穿梭两世的门

    
    2016年8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。
    由此时开始，量子科技开始进入普通百姓的视野，成为他们茶余饭后津津乐道的话题之一。然而，量子科技究竟能给普通百姓的生活带来什么样的变化？这才是普通百姓最关心的东西。
    笔者在搜索了网上有关量子科技的资料，尤其是细细研读了美国科学家b·格林的宏篇大作《宇宙的琴弦》后，不仅被量子科技将给世界带来的深刻变化震撼了，也被量子世界所展示出的另一番情景深深地吸引了。
    众所周知，中央电视台在报道量子卫星的新闻稿中给我们介绍了几个量子力学中的概念，比如量子纠缠、量子通信、量子隐形传态传输等，但是他们却刻意隐藏了量子力学里的另一个重要的理论。
    那就是多重世界理论（猜想）。
    需要指出的是，笔者在中文网发表的《穿梭两世的门》这本书就是基于这一理论（猜想），并将虚拟的可以生活于多重世界之中的主人公娱乐化、奇遇化，说简单点，就是书中的主人公意外掌握了宏观的量子隐形态传输技术（设备），使他可以穿梭于量子多重世界，见到其他世界中的自己，从而屡有奇遇，并引出一系列的矛盾和冲突的故事。
    然而，谁又能否定《穿梭两世的门》这本书所描绘的现象不是百年或者千年之后那个时代的人们习以为常的社会现象呢？
    由于这一理论，笔者又联想到了另外一种社会现象，即从古至今广为流传的所谓鬼魂说！
    笔者在某一时刻，脑洞忽然大开，这些所谓的鬼魂会不会是这个世界死去的哪个人的另一个世界的隐形态呢？
    玩笑，纯属玩笑？
    我们言归正传。
    要充分理解多重世界理论，我们还要从薛定谔猫实验说起，即所谓的量子叠加态实验。
    薛定谔猫是由伟大的物理学家薛定谔提出的一个思想实验。
    设想在一个封闭的盒子里面，放着一只猫。在箱子的一角有一个装有毒气的瓶子，瓶子是封闭的。另外，还有一个放射性原子核与瓶子连接起来，毒气瓶的封口会被放射性原子核衰变发出的粒子给打破，放出毒气，杀死猫。在一定的时间范围内，放射性物质发生衰变放出粒子的概率是一定的。
    比方说，在1个小时内，放射性原子核将有50的概率发生衰变，有50的概率不发生衰变。那么在我们打开箱子观看猫的死活之前，我们是不知道其是生是死的。
    我们可以说，猫处于既是生、又是死的量子叠加态。一旦我们观察了猫，它就会塌缩到“生”或者“死”之中的某个状态。
    量子叠加态的概念在微观的量子世界是很具说服力的，是解释诸多实验现象必不可少的理论。可是当薛定谔把这个概念借由“薛定谔猫”这个理想实验推广到宏观世界后，就与我们的常识产生了极大的冲突。
    我们何曾在生活中看到过既死又活的生物呢？然而，如果我们否认薛定谔猫的存在，就把世界运行的规律给硬生生的割裂开来了，也就是我们硬性的规定了，微观世界只适用量子物理规律，而宏观世界适用经典物理规律。这样好吗？科学吗？
    好吧，反正没有定论，先不谈这个。
    在避开了这个麻烦之后，它随即又给我们引出了另外一个深刻的问题：
    量子与经典的界限在哪里？我们可以在多大的系统中找到薛定谔猫态呢？争议存在了很多年，也同样没有定论。
    然而，尽管薛定谔猫提出后带来了诸多争议，但是这个绝妙的想法还是给了人们很多灵感，于是各种薛定谔猫的变种不断涌现。
    其中最重要的是艾弗雷特（evertt）的多重世界理论，或者说波函数从不塌缩的假设。（注意了，这是本书重要理论基础）
    这个理论可以概括为薛定谔方程在所有时刻都成立；也就是说，宇宙的波函数从不塌缩。在艾弗雷特的理论中没有提到平行宇宙或者世界分裂，它们蕴涵于理论中，而不是事先假定的。
    他天才的洞察力在于，这个无塌缩的量子理论实际上与实验观测是一致的。通过艾弗雷特的理论，我们发现描述一个经典实在的波函数会逐渐演化，最终变为描述多个经典实在（即多个世界）相互叠加的波函数。
    对观察者而言，就是一个确定的物理系统，随着薛定谔方程的演化，变为一个按照一定几率分布的随机性系统，其几率与波函数塌缩办法算出的一致。
    （大家注意看一下这里，很重要）
    把艾弗雷特的理论稍微推广一下，我们就可以得到另外一个反直觉的推论：
    量子自杀假说，或者说量子永生。
    什么叫做量子自杀呢？
    很简单，我们重新思考一下薛定谔猫的实验，这一次我们把实验的视角变换到猫身上。对于猫来说，尽管有一半的概率生，一半的概率死，可是只要猫还意识到自己活着，那么它一直处于生的那一边，它就不会死去。
    让我们把这个例子变得更加极端一点。
    假设有这么一个人，一心寻死，第一次选择上吊，可是总有一定的概率绳子断裂而不死。
    于是宇宙分裂为两个，一个宇宙中，这个人由于上吊而死；另外一个宇宙中，他由于绳子断裂而活下来了。接下来他继续寻死，选择了跳楼，但总是有很微小的几率由于某些原因他跳楼也死不了。由于量子多世界理论，在某个世界中，他总是活着，怎么也死不了，于是从某种意义上而言，他“永生”了。
    从上面的论述我们可以知道，多世界理论是根本不可能被证实的，准确地说只有很小的概率被自证。
    比如你是一个具有献身精神的物理学家，致力于证实多世界理论，就可以不断地尝试自杀。多次尝试之后，在绝大部分宇宙中，你都死了，可是对于那些活下来的你来说，你依靠多次自杀未死而证实了多世界的存在。但这只能说服你自己，一旦你把这套说辞公之于众，肯定被当作神经病。（我在想，那想胡言乱语的神经病人所陈述的事会不会是真实的呢？也许是发生在另一个世界里的事）
    而且这样做的代价太大了，要想完成这个实验，你得把绝大部分多重世界中的自己都杀死才行。
    由于这种验证不可行，于是薛定谔病毒出场了。
    物理学家是具有百折不回的精神的，既然从逻辑推理上无法给薛定谔猫做出定论，那就用实验来说话。他们继续创造薛定谔猫的新后代。从小到大，从易到难，我们慢慢来。
    人们首先创造出来的是原子的叠加态，让一个原子处于相距80纳米的两个位置之间的叠加态。然后我们创造出多个粒子之间的叠加态。但是这些实验的对象都是不具备生命的粒子团，与猫这种生命体有本质的区别。
    终于在2009年，科学家们提出可以把某些病毒制备到量子叠加态，他们称之为薛定谔病毒。（这是首次有人提出可以把生命体制备到量子叠加态，并给出了实验上可行的方案描述。）
    这是一个突破性的进展。通过光镊技术，可以把几十个纳米大小的病毒振子束缚在光势阱中。这个病毒振子的运动几乎是完全与环境脱耦的，有可能通过光驱动冷却到基态，从而制备出薛定谔猫态。
    要知道，很多病毒是能够在真空中生存的，且不会吸收光波的能量，适合被光镊操控。因此如果我们把病毒束缚在真空光镊中，我们就可能制备出具有生物活性系统的量子叠加态。
    这种量子叠加态与薛定谔当年提出的薛定谔猫态就几乎一模一样了。
    在这篇论文发表不久，美国德州奥斯丁大学的李统藏等人就在实验上实现了对微米小球的光镊操控和测量。
    一年后，同一个组又把小球的温度冷却到了15毫开尔文。
    这一系列的实验证实了，把病毒冷却到接近量子基态，然后制备出薛定谔猫态是可行的。接下来要做的就是进一步冷却到量子基态，然后用病毒代替微米小球，制备出薛定谔猫态来。
    有了薛定谔病毒之后我们能做什么呢？让我们来完成量子自杀这个疯狂的实验吧。我们可以用激光来杀死处于薛定谔病毒态中“死”态的病毒，然后重复制备薛定谔病毒态，再用激光杀死处于“死”态的病毒。
    多次重复后，至少在实验室里这个狭小的量子世界中，可以找到一个“永生”的病毒。
    这就是多重世界的理论基础，并且在实验室中得到了证实。
    在这里要说明的是，笔者写的《穿梭两世的门》这本书并不是穿越小说，而是基于量子学说的两个世界的沟通和来往。
    然而，这两个世界运行轨迹是完全一致的吗？
    不会。最起码是有微小差别的，否则就不会有一个世界里的你死了，而另一个世界里的你还活着。
    为什么？
    要说明这个问题，还要从两个概念说起。
    一是“量子纠缠”，另一个是“量子脱散”。
    所谓的量子纠缠的概念是这样的，往往一个由多个粒子组成的系统的状态，无法被分离为其组成的单个粒子的状态，在这种情况下，单个粒子的状态被称为是纠缠的。
    纠缠的粒子有惊人的特性，这些特性违背一般的直觉。
    比如说，对一个粒子的测量，可以导致整个系统的波包立刻塌缩，因此也影响到另一个、遥远的、与被测量的粒子纠缠的粒子。这个现象并不违背狭义相对论，因为在量子力学的层面上，在测量粒子前，你不能定义它们，实际上它们仍是一个整体。不过在测量它们之后，它们就会脱离量子纠缠这种状态。
    而所谓的量子脱散呢？
    解释这个概念还要由薛定谔提出的薛定谔的猫的思想实验说起。
    薛定谔提出薛定谔猫的思想实验以后，经过很长一段时间，人们才开始真正领会到，上述的思想实验，实际上并不实际，因为它忽略了不可避免的与周围环境的相互作用。
    事实证明，叠加状态非常容易受周围环境的影响。比如说，在双缝实验中，电子或光子与空气分子的碰撞或者发射辐射，就可以影响到对形成衍射非常关键的各个状态之间的相位的关系。
    在量子力学中这个现象，被称为量子脱散。它是由系统状态与周围环境影响的相互作用导致的。
    这个相互作用可以表达为每个系统状态与环境状态的纠缠。其结果是只有在考虑整个系统时（即实验系统+环境系统）叠加才有效，而假如孤立地只考虑实验系统的系统状态的话，那么就只剩下这个系统的“经典”分布了。
    量子脱散是现在量子力学解释宏观量子系统的经典性质的主要方式。
    现在，我们再把论述的重点转回到笔者所写的这本《穿梭两世的门》上来。
    本书的主人公在多重世界里见到了另一个自己，但是奇怪的是，另一个世界的自己性别发生了变化，由男变成了女。笔者敢如此写的原因，就来源于“量子脱散”理论，环境的变化使两个世界出现了细微的差别，这其实也是本书娱乐性的来源之一，这里可以没计许多梗。
    接下来，我们再把注意力放回到本章开篇曾经提到的量子隐形态传输上来吧？这又是个什么东东呢？
    中国科学院院士、量子卫星首席科学家潘建伟博士喜欢用孙悟空的“筋斗云”来比喻量子隐形传态。
    他说:
    “在古典四大名著之一的《西游记》里，孙悟空一个‘筋斗云’就能越过十万八千里。明朝的作家吴承恩怎么也不会想到，几百年后科学家已经在微观粒子层面的实验上验证了‘筋斗云’这种超能力的可实现性。利用量子纠缠发展出的量子隐形传态，可以将物质的未知量子态精确传送到遥远地点，就像孙悟空的‘筋斗云’一样，可以实现从a地到b地的瞬间传输。”
    哈哈，非常精辟的比喻。
    通过博士的比喻我们知道了，利用量子纠缠技术，需要传输的量子态如同科幻小说中描绘的“超时空穿越“，在一个地方神秘消失，不需要任何载体的携带，又在另一个地方瞬间神秘出现。
    比如：存放着机密文件的保险箱被放入一个特殊装置之后，可以突然消失，并且同一瞬间出现在相距遥远的另一个特定装置中，被人方便地取出。这一假设也就是本书《穿梭两世的门》中描述的量子隐形传态传输舱的由来，其理论基础是存在的。
    日前，由中国科大和清华大学组成的联合小组在量子态隐形传输技术上取得的新突破，可能使这种以往只能出现在科幻电影中的“超时空穿越”神奇场景变为现实。