也許我們可以接受那位著名而又飽受爭議的科學哲學家,卡爾·波普爾(Karl Popper)的意見,把科學和形而上學的分界線畫在“可證偽性”這裏。也就是說,一個科學的論斷必須是可能被證明錯誤的。比如我說:“世界上不存在白色的烏鴉。”這就是一個符合“科學方法”的論斷,因為隻要你真的找到一隻白色的烏鴉,就可以證明我的錯誤,從而推翻我這個理論。但是,如前麵我們舉過的那個例子,假如我聲稱“我的車庫裏有一條看不見的飛龍。”,這就不是一個科學的論斷,因為你無論如何也不能證明我是錯的。要是我們把這些不能證明錯誤的論斷都接受為科學,那“科學”裏滑稽的事情可就多了:除了飛龍以外,還會有三個頭的狗、八條腿的驢,講中文的猴子……無奇不有了。無論如何,你無法證明“不存在”三個頭的狗,是吧?

如果赫茲在1887年的實驗中沒有發現電磁波引發的火花,那麼麥克斯韋理論就被證偽了。如果愛丁頓在1919年日食中沒有發現那些恒星的位移,那麼愛因斯坦的相對論就被證偽了 。如果吳健雄等人在1956-1957年的那次實驗中沒有找到他們所預計的效應,那麼楊和李的弱作用下宇稱不守恒設想就被證偽了。不管是當時還是以後,你都可以設計一些實驗,假如它的結果是某某,就可以證明理論是不正確的,這就是科學的可證偽性。當然,有一些概念真的被證偽了,比如地平說、燃素、光以太,但不管如何,我們至少可以說它們所采取的表達方式是符合“科學”方法的。

另外一些,比如一個人格化的“上帝”,那可就難說了,沒有什麼實驗可能證明上帝“不存在”(不是一定要證明不存在,而是連這種可能都沒有)。所以我們最好還是把它踢出科學領域,留給宗教愛好者們去思考。

回到史話中來,為了使我們的兩種解釋符合波普爾的原則,我們能不能設計一種實驗,來鑒定究竟哪一種是可信,哪一種是虛假的呢?哥本哈根解釋說觀測者使得波函數坍縮,MWI說宇宙分裂,可是,對於現實中的我們來說,這沒有可觀測的區別啊!不管怎麼樣,事實一定是電子“看似”隨機地按照波函數概率出現在屏幕的某處,不是嗎?就算觀測100萬次,我們也沒法區分哥本哈根和多世界究竟哪個不對啊!

自70年代以來由澤(Dieter Zeh)、蘇雷克(Wojciech H Zurek)、蓋爾曼等人提出、發展、並走紅至今的退相幹理論(decoherence)對於埃弗萊特的多宇宙解釋似乎有巨大的幫助。我們在前麵已經略微討論過了,這個理論解釋了物體如何由微觀下的疊加態過渡到宏觀的確定態:它主要牽涉到類如探測器或者貓一類物體的宏觀性,也即比起電子來說多得多的自由度的數量,以及它們和環境的相互作用。這個理論在MWI裏可謂如魚得水,它解釋了為何世界沒有在大尺度下顯示疊加性,解釋了世界如何“分裂”,這些都是MWI以前所無法解釋的。籠統地說,當儀器觀測係統時,它同時還與環境發生了糾纏,結果導致儀器的疊加態迅速退化成經典的關聯。我們這樣講是非常粗略的,事實上可以從數學上證明這一點。假如我們采用係統所謂的“密度矩陣”(Desity Matrix)來表示的話,那麼這個矩陣對角線上的元素代表了經典的概率態,其他地方則代表了這些態之間的相幹關聯。我們會看到,當退相幹產生時,儀器或者貓的密度矩陣迅速對角化,從而使得量子疊加性質一去不複返(參見附圖)。這個過程極快,我們根本就無法察覺到。

不過,盡管退相幹理論是MWI的一個有力補充,它卻不能說明MWI就是唯一的解釋。退相幹可以解答為什麼在一個充滿了量子疊加和不確定的宇宙中,我們在日常大尺度下看世界仍然似乎是經典和“客觀”的,但它不能解答波函數到底是一直正常發展下去,還是會時不時地躍遷。事實上,我們也可以把退相幹用在哥本哈根解釋裏,用來確定“觀測者”和“非觀測者”之間的界限——按照它們各自的size,或者自由度的數量!那些容易產生退相幹的或許便更有資格作為觀測者出現,所謂的觀測或許也不過是種不可逆的放大過程。可是歸根到底,我們還是不能確定到底是哥本哈根,還是多宇宙!

波普爾晚年的時候(他1994年去世),我想他的心情會比較複雜。一方麵他當年的一些論斷是對的,比如量子力學本身的確沒有排除決定論的因素(也沒有排除非決定論)。關於互補原理,波普爾曾去往哥本哈根,和玻爾辯論,但最終大敗而歸,幾乎被徹底說服,不過現在他還是可以重新考慮一下別的alternatives。另一方麵,我們也會很有興趣知道波普爾對於量子論領域各種解釋並立,幾乎無法用實踐分辨開來的現狀發表會什麼看法。

但我們還是來描述一些有趣的“強烈支持”MWI的實驗,其中包括那個瘋狂的“量子自殺”,還有目前炙手可熱,號稱“利用多個平行世界一起工作”的量子計算機。

飯後閑話:證偽和證實

關於“科學”的界定,證實和證偽兩派一直吵個不休,這個題目太大,我們沒有興趣參予,這裏隻是隨便聊兩句證實和證偽的問題。

怎樣表述一個命題才算是科學的?按照證偽派,它必須有可能被證明是錯誤的。比如“所有的烏鴉都是黑的”,那麼你隻要找到一隻不是黑色的烏鴉,就可以證明這個命題的錯誤,因此這個命題沒有問題。相反,如果非要“證實”才接受這個論斷的話,那可就困難了,而且實際上是不可能的!除非你把所有的烏鴉都抓來看過,但你又怎麼能知道你已經抓盡了天下所有的烏鴉呢?

對於科學理論來說,“證實”幾乎也是不可能的。比如我們說“宇宙的規律是F=ma”,這裏說的是一種普遍性,而你如何去證實它呢?除非你觀察遍了自古至今,宇宙每一個角落的現象,發現無一例外,你才可以“證實”這一點。即使這樣,你也無法保證在將來,這條規律仍然起著作用。事實上,幾乎沒有什麼科學理論是可以被“證實”的,隻要它能夠被證明為“錯”但還未被證明“錯”(按照波普爾,以一種積極麵對證偽的態度),我們就暫時接受它為可靠的理論。自休謨以來人們已經承認,單靠有限的個例(哪怕再多)也不能構成證實的基礎。