你们中的大多数人当然肯定不会，甚至在大众科学文献中也都提到了量子力学（MMI）的“世界解释”。 他们喜欢在对哈布雷（Habré）的评论中记住她，但常常以错误的方式或存在严重的错误。



让我们尝试弄清楚MMI中发生了什么。

第1部分：为什么您需要“解释”量子物理学？

量子物理学已经牢固地进入了我们的生活：闪存驱动器利用隧道效应 ，激光记录和传输信息，而LED灯照亮了我们的家。 我们完全能够使用量子物理学的数学仪器描述所有这些现象，并且最准确的实验并未发现与理论预测的结果有偏差。 另一方面，所有这些方程的物理意义有时使我们难以理解。 量子力学的解释试图用某些物理（和哲学）内容填充方程。

重要提示 ：所有解释都简化为标准QM的相同方程式，并且不能预测新的物理学！

解释试图解决的主要问题是测量问题。 在古典物理学中，一切都很简单：存在空间和时间，在该空间中存在物质，存在系统参数（例如动量或位置），并且存在描述这些参数变化的物理定律。 如果您确切知道系统的初始状态，则可以绝对准确地预测其未来行为。 在量子物理学中，情况并非如此。该系统由波动函数描述。 它确定在特定状态（例如，特定坐标或动量）下测量系统的概率。 在测量之前不可能说系统有一定的力矩，它只有波动函数。

重要的是，概率是由波动函数的平方模数而不是波动函数本身给出的。 在这种情况下，WF本身可以采用正值和负值。 此外，两个WF（或WF的一部分）可能会相互干扰。

概率计算规则（伯恩规则）。 波动函数中系数的平方确定测量中特定结果的概率。 例如，WF描述了薛定ding猫：

$$$$显示$$ \ Psi = \ alpha_1 | alive> + \ alpha_2 | dead>，\ alpha_1 = \ alpha_1 = \ frac {1} {\ sqrt {2}} $$显示$$

打开盒子时他还活着的概率被认为是$$ $ inline $ P（alive）= | \ alpha_1 | ^ 2 = 0.5 $ inline $ ，即 50％ 对于他死亡的可能性也是如此：$$ $ inline $ P（dead）= | \ alpha_2 | ^ 2 = 0.5 $ inline $ 再次50％。

小插图

您的朋友Vasya Pupkin-在计算机，编程或在沙发上度过他的时光，玩Playstation。 您正站在他公寓封闭的门前。 从经典的角度来看，Vasya是在计算机上还是在沙发上，您只是不知道确切的位置。 但是量子Vasya同时在两个地方，直到您打开门并观察（测量其状况）。 测量前的状况：

$$$$显示$$ \ Psi = \ frac {1} {\ sqrt {2}}（|游戏> + |工作>）$$显示$$

在以50％的概率进行测量之后，他正在比赛或工作中。

让我们继续说明。 假设在做生意之前，Vasya可以去冰箱里喝啤酒或在阳台上抽烟。 同时，如果您在这些活动中被他抓到（在冰箱或阳台上观看），那么他以相同的可能性去沙发上玩耍或工作。 但是可能是，当您不看时，他有100％的情况下手里拿着操纵杆。 其原因是干扰。 Vasya的状态由波动函数描述，该函数可以为负，但同时对应于与正WF相同的概率。

让我们仔细看看。 第一步：如果我们不看，Vasya会与冰箱/阳台重叠：

$$$$显示$$ \ Psi = \ frac {1} {\ sqrt {2}}（|冰箱> + |阳台>）$$显示$$

第二步：假设Vasya来自冰箱，他的WF

$$$$显示$$ |电冰箱> = \分数{1} {\ sqrt {2}}（|游戏>-|工作>），$显示$$

如果它来自阳台：

$$$$显示$$ |阳台> = \ frac {1} {\ sqrt {2}}（|游戏> + |工作>）$$显示$$

如果我们以原始状态观察它，则将其状态降低为|电冰箱>或|阳台>，这将在输出时给出50/50的概率：他将去玩或工作。 但是，如果我们不观察他的动作，他的WF：

$$$$显示$$ \ Psi = \ frac {1} {\ sqrt {2}}（|冰箱> + |阳台>）= \ frac {1} {2}（|游戏>-|工作> + |游戏> + |工作>）= |游戏> $$显示$$

也就是说，他总是躺在沙发上！ 都是因为干扰。

因此，我们看到为Vasya观察我们的事实改变了他的最终状态。 为什么测量起着如此重要的作用？ CM的解释正试图回答这个问题。

经典的（哥本哈根）解释假定观测过程是波函数崩溃为一种状态的过程。 崩溃导致以下事实：WF仅作为原始WF的一部分继续进化，该对象不再处于叠加状态并且无法干涉。 结果，诸如量子纠缠的各种效应消失了。 她没有解释崩溃是如何发生的，也没有解释为什么某些交互作用导致崩溃，而另一些则没有。 并非每个人都喜欢这样的假设，科学家正在尝试寻找其他解释。 多世界是最简单，最发达的世界之一。

第2部分：世界范围的解释

首先，回顾一下量子纠缠是什么。 根据定义，当无法将它们分为两个独立的部分时，两个状态会混淆。 让我们回到第一部分的插图，想象一下Vasya有一个女朋友安雅。 Anya要么坐在扶手椅上看书，要么在公园里散步。 在他们开始约会之前，他们的选择是随机的：

$$$$显示$$ | Vasya，Anya> = 0.5 |游戏，预订> +0.5 |游戏，公园> +0.5 |工作，预订> +0.5 |工作，公园> $$显示$$

测量结果给出每个特定集合的概率为25％（而在沙发上找到Vasya的概率总计为50％）。

现在它们处于混乱状态：

$$$$显示$$ | Vasya，Anya> = \ frac {1} {\ sqrt {2}}（|游戏，书籍> + |工作，公园>）$$显示$$

如果我们观看Vasya，那么在沙发上找到他的可能性再次为50％。 但是，如果他在沙发上，那么Anya绝对在书的后面，您甚至不需要检查。

这就是当系统处于纠缠状态时测量之间的绝对相关性出现的方式。

下一步：Vasya可以坐在阳台上或冰箱里，然后再坐下来工作或娱乐，但我们没有看他。 假设Anya和Vasya发现自己处于混乱状态：

$$$$显示$$ | Vasya，Anya> = \ frac {1} {\ sqrt {2}}（|阳台，书籍> + |冰箱，公园>）$$显示$$

然后，Vasya的VF的两个部分不再相互干扰，并且我们并不总是像在第一部分中那样始终在沙发上观察Vasya：

$$$$显示$$ | Vasya，Anya> = \ frac {1} {2}（|游戏，书籍> + |工作，书籍> + |游戏，公园>-|工作，公园>）$$显示$$

纠缠可防止WF干扰。 原则上，我们可以在Ani和Vasya系统上执行一些操作并将其拆散，然后再次可能会发生干扰。 但是，为此，我们需要访问两个系统。 实际上，我们并不总是能够访问纠缠状态的所有部分。 例如，当Vasya不仅与Anya，互联网上的两千个匿名名称以及他的所有邻居混淆时（换句话说，系统与她的周围环境混淆了），我们无法恢复干扰的能力。

这种效应称为退相干 。 环境是指系统所接触的自由度，通常有很多自由度。 如果结果证明该系统与我们周围的整个世界混淆了，尽管没有发生“崩溃”，但波动函数的不同部分是完全相互隔离的。 好像他们在不同的世界中。

这是多世界解释的主要思想。 它唯一的假设是，整个宇宙由一个波动函数来描述。 没有“古典”世界，没有观察者，没有崩溃-所有这些都是在Schrödinger方程影响下一个WF的统一演化。 我们观察到的崩溃完全是一个退相干的过程，即我们无法“解开”物体和与物体纠缠的环境。

在这种情况下，每次发生“崩溃”时都会出现不同的“世界”，即系统与环境的相互作用。 在这种情况下，根据WF的分支，一个世界被分为几个世界，这些世界不再相互作用。

薛定ding猫的例子：在一个著名的思想实验中，猫被放在装有毒药的盒子里，毒药会在任意时刻使猫中毒。 同时，根据KM的说法，当盒子关闭时，猫处于重叠状态$$ $ inline $ | cat> = \ frac {1} {2}（| alive> + | dead>）$ inline $ 。 根据哥本哈根的解释，薛定ding打开盒子时，将猫折叠成“活着”或“死了”的状态。 根据MMI，Schrödinger感到困惑：$$ $ inline $ | cat，W> = \ frac {1} {2}（|活着，看到“活着” + |死了，看到“死了”） 。 为此，您需要添加环境：$$ $ inline $ | cat，W> | o> = \ frac {1} {2}（|处于活动状态，看到“活着” + |已死，看到“死了”））|存在> $ inline $ 由于不相干过程，它们与两者混淆：
$$$ inline $ | cat，W，o> = \ frac {1} {2}（|活着，看到“活着”，okr“活着” + |死了，看到“死了”，okr“死了”）|存在> $内联$ 。 在此版本中，Schrödinger不再有机会“取消”测量或做一些“解散”这两个状态的操作。 这两个世界是分开的：一个薛定r发现一只死猫，另一只发现活猫。 在这种情况下，没有崩溃发生，所有这一切仍然只是大波动函数的整体演化。

第3部分：详细信息

1. 古典世界的存在问题。 从MMI的角度来看，世界上所有事物都是量子。 而且，从数学的角度来看，我们可以选择无数种方法来将WF划分（选择一个基础）为不同的“世界”（正交状态）。 问题：为什么我们要观察世界经典？ 宇宙如何“选择”我们观察到的一种分解方法？ 这就是所谓的首选基准问题。 答案：因为物理相互作用的属性都是局部的。 基本常数和宇宙的哈密顿量的值使得局部对象是稳定的。 宏观状态可以保留很长时间；宇宙的波动函数不会连续分支。 结果：我们设法观察到宏观物体在其位置上。 在分解为基础的另一种变体中，分支发生得如此之快，以至于我们没有时间去感知它。 这是去相干过程的另一面：对象越重，去相干速度越快。
   
   可以在此处找到更多详细信息： [1] ， [2] ， [3] ， [4]
   
2. 尺寸到底是什么？ 如何区分测量与简单交互？ 由于交互作用，MMI中的测量只是观察者和对象纠缠的过程。 有时可以通过拆解两个系统来“撤销”交互，但这不是度量。 通常，测量过程涉及一些放大过程。 例如，您在光电倍增管上检测到一个光子；它会淘汰一个电子，由于雪崩过程，该电子在检测器的输出端转换为电流。 在MMI中，整个过程是将一个光子与电子（以及探测器的其他部分）纠缠在一起的过程。 但是，这种测量方法不能被撤销-纠缠的大多数自由度是无法达到的。 当然，对于测量过程，观察者不一定是理性的，该过程是不可逆的。
   
3. 世界何时分裂？ 当在交互过程中涉及许多自由度时，就会发生分离，并且测量变得不可逆。 即 在光子与检测器相互作用之后，但在输出端出现电流之前。 再举个例子，薛定ding猫：那里的环境可以被认为是放射性衰变的过程。 在核心腐烂和释放毒药的那一刻，猫分为两个版本。 从猫的角度来看，他不再能够与他的副本互动。 从薛定er的角度来看，这只猫还活着而且死了。 只有当他打开盒子时，他才会与猫和辐射源混淆。 因为 放射性衰变是不可逆的，薛定ding也不可逆地分裂成两个版本。
   
4. MMI是本地理论吗？ 因为 在MMI中，WF遵循Schrödinger方程，该方程又遵循相对论的特殊理论，其中的所有相互作用都是局部的，并且整个理论以相同的方式是局部的。 世界的分裂从一个测量点开始，不超过光速
   
5. 有多少个世界？ 我们不知道，它可以是有限的数量也可以是无限的。 基于宇宙熵的有限性，可以假设世界的数量是有限的。
   
6. 多元世界理论在宇宙的WF水平上是完全确定的。 WF根据Schrödinger方程演化。 由于测量和退相干的过程，我们只能随机观察世界。
   
7. 节能怎么办？ 在划分世界的过程中节省了能量：每个世界都根据与该世界相关的概率获得“权重”。 整个宇宙的能量保持不变。
   
8. 如果MMI是正确的，那么会发生什么事情吗？ 不，首先，物理学定律以完全相同的方式起作用，并且“普通”物理学所不允许的事情也不会在MMI中发生。 其次，如果世界数量有限，则某些事件发生的可能性可能会太小。
   
9. 如何确定MMI的概率？ 伯恩规则未在MMI中提出，而是从一般规定中得出的。 参见例如 在这里或这里 。
   
10. 可以测试MMI吗？ MMI是量子力学的“纯”版本，因此每次我们测试QM时，我们都会测试MMI。 要证明是MMI是正确的理论而不是其他理论是困难的，尽管提出了不同的想法，但您可以在这里找到它。
    

底线： MMI是对QM的极简主义解释，它只需要量子力学本身的数学装置即可。 Occam剃刀的最佳诠释。

参考文献：

1. https://plato.stanford.edu/entries/qm-manyworlds/
2. https://www.hedweb.com/everett/everett.htm
3. Mad-Dog Everettianism：最小的量子力学
4. http://www.preposterousuniverse.com/blog/2014/06/30/why-the-many-worlds-formulation-of-quantum-mechanics-is-probably-correct/
5. 理解多个世界的解释