為了各位容易理解,我們假想一種沒有維度的“質點人”,它本身是一個小點,而且隻能在一個維度上做直線運動。這樣一來,它所生活的整個“世界”,便是一條特定的直線,對於這個質點人來說,它隻能“感覺”到這條直線上的東西,而對別的一無所知。現在我們回到最簡單的二維平麵。假設有一個矢量(1, 2),我們容易看出它在x軸上投影為1,y軸上投影為2。如果有兩個“質點人”A和B,A生活在x軸上,B生活在y軸上,那麼對於A君來說,他對我們的矢量的所有“感覺”就是其在x軸上的那段長度為1的投影,而B君則感覺到其在y軸上的長度為2的投影。因為A和B生活在不同的兩個“世界”裏,所以他們的感覺是不一樣的!但事實上,“真實的”矢量隻有一個,它是A和B所感覺到的“疊加”!
我們的宇宙也是如此。“真實的,完全的”宇宙態矢量存在於一個非常高維(可能是無限維)的希爾伯特空間中,但這個高維的空間卻由許許多多低維的“世界”所構成(正如我們的三維空間可以看成由許多二維平麵構成一樣),每個“世界”都隻能感受到那個“真實”的矢量在其中的投影。因此在每個“世界”感覺到的宇宙都是不同的。但實際上,宇宙波函數是按照薛定諤方程演化的疊加態。
但還剩下一個問題:如果說每一種量子態代表一個“世界”,為什麼我們感覺不到別的“世界”呢?而相當稀奇的是,未經觀測的電子卻似乎有特異功能,可以感覺來自“別的世界”的信息。比如不受觀察的電子必定同時感受到了“左縫世界”和“右縫世界”的信息,不然如何產生幹涉呢?這其實還是老問題:為什麼我們一“觀察”,量子層次上的疊加態就土崩瓦解,絕不會帶到宏觀世界中來?
非常妙的解釋是:這牽涉到我們所描述“世界”的維數,或者說自由度的數量。在上麵的例子中,我們舉了A和B分別生活在x軸和y軸上的例子。因為x軸和y軸互相垂直,所以A世界在B世界上根本沒有投影,也就是說,B完全無法感覺到A所生活的那個世界究竟是怎樣的。但是,這是一個非常極端的例子,事實上如果我們在二維平麵上隨便取兩條直線作為“兩個世界”,則它們很有可能並不互相垂直。態矢量在這兩個世界上的投影在很大程度上仍然是彼此“相幹”(coherent)的,B仍然能夠在很大程度上感受到A世界的觀測結果,反之亦然。
但是,假如不是2維,而是在很多維的空間中,我們隨便畫兩條直線,其互相垂直的程度就很可能要比2維中的來得大。因為它比2維有著多得多的維數,亦即自由度,直線可以尋求在多個方向上的發展而互不幹擾。如果有一個非常高維的空間,比如說1000億維空間,那麼我們隨便畫兩條直線或者平麵,它們就幾乎必定是基本垂直了。如果各位不相信,不妨自己動手證明一下。
在雙縫實驗中,假如我們不考慮測量儀器或者我們自己的態矢量,不考慮任何環境的影響,單單考慮電子本身的態矢量的話,那麼所涉及的變量是相對較少的,也就是說,單純描述電子行為的“世界”是一個較低維的空間。我們在前麵已經討論過了,在雙縫實驗中,必定存在著兩個“世界”:左世界和右世界。宇宙態矢量分別在這兩個世界上投影為|通過左縫> 和|通過右縫>兩個量子態。但因為這兩個世界維數較低,所以它們互相並不是完全垂直的,每個世界都還能清晰地“感覺”到另外一個世界的投影。這兩個世界仍然彼此“相幹”著!因此電子能夠同時感覺到雙縫而自我幹涉。
請各位密切注意,“左世界”和“右世界”隻是單純地描述了電子的行為,並不包括任何別的東西在內!當我們通過儀器而觀測到電子究竟是通過了左還是右之後,對於這一事件的描述就不再是“左世界”等可以勝任的了。事實上,為了描述“我們發現了電子在左”這個態,我們必須動用一個更大的“世界”,叫做“我們感知到電子在左”世界,或者簡稱“知左”世界。這個世界包括了電子、儀器和我們本身在內,對它的描述就要用到比單個電子多得多的變量(光我們本身就有n個粒子組成)。“知左”世界的維度,要比“左”世界高出不知凡幾,現在“知左”和“知右”世界,就很難不互相垂直了,這個戲劇性的變化在於擁有巨大自由度數目的環境的引入:當電子層次上的量子態疊加被儀器或者任何宏觀事物放大,它們就不可避免地與環境發生幹涉作用。其結果就是,我們所用於描述該態的“世界”的維數也就迅速增加,這直接導致了原本相幹的兩個投影變成基本垂直而互不幹涉。這個過程叫做“離析”或者“退相幹”(decoherence),量子疊加態在宏觀層麵上的瓦解,正是退相幹的直接後果。
用前麵所引的符號來表示可能會直觀一些,在我們尚未進行觀測時,唯一的不確定是電子本身,隻有它是兩個態的疊加。此時宇宙的態可以表示為:
(a|通過左縫> + b|通過右縫>)×|未進行觀測的我們>×|宇宙的其他部分>
這裏無非是說,宇宙的態由電子態,我們的態和其他部分的態共同構成。在我們尚未進行觀測時,隻有電子態處在疊加中,而正如我們討論過的,僅涉及電子時,這兩個態仍然可能在另一個世界裏造成投影而互相感覺。可是,一旦我們進行了觀測,宇宙態就變成: