超光速
　　EPR背後是不是真的隱藏着超光速我們仍然不能確定，至少它表面上看起來似乎是一種類似的效應。不過，我們並不能利用它實際地傳送信息，這和愛因斯坦的狹義相對論並非矛盾。
　　假如有人想利用這種量子糾纏效應，試圖以超光速從地球傳送某個消息去到半人馬座α星（南門二，它的一顆伴星是離我們地球最近的恆星，也即比鄰星），他是註定要失敗的。假設某個未來時代，某個野心家駕駛一艘宇宙飛船來到兩地連線的中點上，然後使一個粒子分裂，兩個子粒子分別飛向兩個目標。他事先約定，假如半人馬星上觀測到粒子是“左旋”，則表示地球上政變成功，反之，如是“右旋”則表示失敗。這樣的通訊建立在量子論的這個預測上：也就是地球上觀測到的粒子的狀態會“瞬間”影響到遙遠的半人馬星上另一個粒子的狀態。但事到臨頭他卻犯難了：假設他成功了，他如何確保他在地球上一定觀測到一個“右旋”粒子，以保證半人馬那邊收到“左旋”的信息呢？他沒法做到這點，因為觀測結果是不確定的，他沒法控制！他最多說，當他做出一個隨機的觀測，發現地球上的粒子是“右旋”的時候，那時他可以有把握地，100％地預言遙遠的半人馬那裡一定收到“左”的信號，雖然理論上說兩地相隔非常遙遠，訊息還來不及傳遞過來。如果他想利用貝爾不等式，他也必須知道，在那一邊採用了什麼觀測手段，而這必須通過通常的方法來獲取。這一切都並不違反相對論，你無法利用這種“超光速”製造出信息在邏輯上的自我矛盾來（例如回到過去殺死你自己之類的）。
　　在這種原理上的量子傳輸（teleportation）事實上已經實現。我國的潘建偉教授在此領域多有建樹。
　　2000年，王力軍，Kuzmich等人在Nature上報道了另一種“超光速”（Nature V406），它牽涉到在特定介質中使得光脈衝的群速度超過真空中的光速，這本身也並不違反相對論，也就是說，它並不違反嚴格的因果律，結果無法“回到過去”去影響原因。同樣，它也無法攜帶實際的信息。
　　其實我們的史話一早已經討論過，德布羅意那“相波”的速度c^2/v就比光速要快，但只要不攜帶能量和信息，它就不違背相對論。相對論並非有些人所想象的那樣已被推翻，相反，它仍然是我們所能依賴的最可靠的基石之一。
　　四
　　這已經是我們第三次在精疲力竭之下無功而返了。隱變量所給出的承諾固然美好，可是最終的兌現卻是大打折扣的，這未免教人喪氣。雖然還有玻姆在那裡熱切地召喚，但為了得到一個決定性的理論，我們付出的代價是不是太大了點？這仍然是很值得琢磨的事情，同時也使得我們不敢輕易地投下賭注，義無反顧地沿着這樣的方向走下去。
　　如果量子論註定了不能是決定論的，那麼我們除了推導出類似“坍縮”之類的概念以外，還可以做些什麼假設呢？
　　有一種功利而實用主義的看法，是把量子論看作一種純統計的理論，它無法對單個系統作出任何預測，它所推導出的一切結果，都是一個統計上的概念！也就是說，在量子論看來，我們的世界中不存在什麼“單個”（individual）的事件，每一個預測，都只能是平均式的，針對“整個集合”（ensemble）的，這也就是“系綜解釋”（the ensemble interpretation）一詞的來源。
　　大多數系綜論者都喜歡把這個概念的源頭上推到愛因斯坦，比如John Taylor，或者加拿大McGill大學的B. C. Sanctuary。愛因斯坦曾經說過：“任何試圖把量子論的描述看作是對於‘單個系統’的完備描述的做法都會使它成為極不自然的理論解釋。但只要接受這樣的理解方式，也即（量子論的）描述只能針對系統的‘全集’，而非單個個體，上述的困難就馬上不存在了。”這個論述成為了系綜解釋的思想源泉（見於Max Jammer《量子力學的哲學》一書）。
　　嗯，怎麼又是愛因斯坦？我們還記憶猶新的是，隱變量不是也把他拉出來作為感召和口號嗎？或許愛因斯坦的聲望太隆，任何解釋都希望從他那裡取得權威性，不過無論如何，從這一點來說，系綜和隱變量實際上是有着相同的文化背景的。但是它們之間不同的是，隱變量在作出“量子論只不過是統計解釋”這樣的論斷後，仍然懷着滿腔熱情去尋找隱藏在它背後那個更為終極的理論，試圖把我們所看不見的隱變量找出來以最終實現物理世界所夢想的最高目標：理解和預測自然。它那銳意進取的精神固然是可敬的，但正如我們已經看到的那樣，在現實中遭到了嚴重的困難和阻撓，不得不為此放棄許多東西。
　　相比隱變量那勇敢的衝鋒，系綜解釋選擇固本培元，以退為進的戰略。在它看來，量子論是一個足夠偉大的理論，它已經界定了這個世界可理解的範疇。的確，量子論給我們留下了一些盲點，一些我們所不能把握的東西，比如我們沒法準確地同時得到一個電子的位置和動量，這叫一些持完美主義的人們覺得坐立不寧，寢食難安。但系綜主義者說：“不要徒勞地去探索那未知的領域了，因為實際上不存在這樣的領域！我們的世界本質上就是統計性質的，沒有一個物理理論可以描述‘單個’的事件，事實上，在我們的宇宙中，只有‘系綜’，或者說‘事件的全集’才是有物理意義的。”
　　這是什麼意思呢？我們還是用大家都熟悉的老例子，雙縫前的電子來說明問題。當電子通過雙縫後，假設我們沒有刻意地去觀察它，那麼按照量子論，它應該有一個確定而唯一的，按照時間和薛定諤方程發展的態矢量：
　　|電子>＝|穿過左縫>＋|穿過右縫>
　　按照標準哥本哈根解釋，這意味着單個電子必須同時處在|左>和|右>兩個態的疊加之中，電子沒有一個確定的位置，它同時又在這裡又在那裡！按照MWI，這是一種兩個世界的疊加。按照隱變量，所謂的疊加都是胡扯，量子論的這種數學形式是靠不住的，假如我們考慮了不可見的隱變量，我們就能確實地知道，電子究竟通過了左邊還是右邊。那麼，系綜解釋對此又有何高見呢？
　　它所持的是一種外交式的圓滑態度：量子論的數學形式經得起時間考驗，是一定要保留的。但“疊加”什麼的明顯違背常識，是不對的。反過來，一味地急功冒進，甚至搞出什麼不可觀察的隱變量，這也太過火了，更不能當真。再怎麼說，實驗揭示給我們的結果是純隨機性質的，沒人可以否認。
　　那麼，我們應該怎麼辦呢？
　　系綜解釋說：我們應當知足，相信理論告訴我們的已經是這個世界的本質：它本就是統計性的！所以，徒勞地去設計隱變量是沒有用的，因為實驗已經告訴我們定域的隱變量理論是沒有的，而且實驗也告訴我們對同樣的系統的觀測不會每次都給出確定的結果。但是，我們也不能相信所謂的“疊加”是一種實際上的存在，電子不可能又通過左邊又通過右邊！我們的結論應該是：對於電子的態矢量，它永遠都只代表系統“全集”的統計值，也就是一種平均情況！
　　什麼叫只代表“全集”呢？換句話說，當我們寫下：
　　|電子>＝1/SQRT(2) [ |穿過左縫>＋|穿過右縫> ]
　　這樣的式子時（1/SQRT(2)代表根號2分之1，我們假設兩種可能相等，所以係數的平方，也就是概率之和等於1），我們所指的並不是“一個電子”的運動情況，而永遠是無限個電子在相同情況下的一個統計平均！這個式子只描述了當無窮多個電子在相同的初狀態下通過雙縫（或者，一個電子無窮次地在同樣的情況下通過雙縫）時會出現的結果。根據量子論，世界並非決定論的，也就是說，哪怕我們讓兩個電子在完全相同的狀態下通過雙縫，觀測到的結果也不一定每次都一樣，而是有多種可能。而量子論的數學所能告訴我們的，正是所有這些可能的“系綜”，也就是統計預期！
　　如此一來，當我們說“電子＝左＋右”的時候，意思就並非指一個單獨的電子同時處於左和右兩個態，而只是在經典概率的概念上指出它有50％的可能通過左，而50％的可能通過右罷了。當我們“準備”這樣一個實驗的時候，量子論便能夠給出它的系綜，在一個統計的意義上告訴我們實驗的結果。
　　態矢量只代表系統的系綜！嗯，聽上去蠻容易理解的，似乎皆大歡喜。可是這樣一來，量子論也就變成一個統計學的理論了，好吧，當許多電子穿過雙縫時，我們知道有50％通過了左邊，50％通過了右邊，可現在我們關心的是單個電子！單個電子是如何通過雙縫並與自己發生干涉，最後在熒屏上打出一個組成干涉圖紋的一點的呢？我們想聽聽系綜解釋對此有何高見。
　　但要命的是，它對此什麼都沒說！在它看來，所謂“單個電子通過了哪裡”之類的問題，是沒有物理意義的！當John Taylor被問道，他是否根本沒有想去描述單個系統中究竟發生了什麼的時候，他甚至說，這是不被允許的。量子物理所給出的只是統計性，that’s all，沒有別的了。如果這個世界能夠被我們用數學方法去理解的話，那就是在一種統計的意義上說的，我們不自量力地想去追尋更多，那只不過是自討苦吃。單個電子的軌跡，那是一個沒有物理定義的概念，正如“時間被創造前1秒”，“比光速更快1倍”，或者“絕對零度低1度”這樣的名詞，雖然沒有語法上的障礙阻止我們提出這樣的問題，但它們在物理上卻是沒什麼意思的。和哥本哈根派不同的是，玻爾等人假設每個電子都實際地按照波函數發散開來，而系綜解釋則是簡單地把這個問題踢出了理論框架中去，來個眼不見為淨：現在我們不必為“坍縮”操心了，談論單個電子是沒有意義的事情！
　　不過，這實在是太掩耳盜鈴了。好吧，量子論只給出系綜，可是我們對於物理理論的要求畢竟要比這樣的統計報告要高那麼一點啊。假如我去找占卜師算命，想知道我的壽限是多少，她卻只告訴我：這個城市平均壽命是70歲，那對我來說似乎沒有很大的用處啊，我還不如去找保險公司！更可恨的是，她居然對我說，你一個人的壽命是沒什麼意義的，有意義的只是千千萬萬個你的壽命的“系綜”！
　　系綜解釋是一種非常保守和現實主義的解釋，它保留了現有量子論的全部數學形式，因為它們已經被實踐所充分證明。但在令人目眩的哲學領域，它卻試圖靠耍小聰明而逃避那些形而上的探討，用劃定理論適用界限這樣的方法來把自己封閉在一個刀槍不入的外殼中。是的，如果我們採納系綜主義，那麼的確在純理論方面說，我們的一切問題都解決了：沒有什麼坍縮，電子永遠只是粒子（波性只能用來描述粒子的“全集”），不確定原理也只是被看成一個統計極限，而不理會單個電子到底能不能同時擁有動量和位置（這個問題“沒有意義”）。但是，這樣似乎有點自欺欺人的味道，把搞不清楚的問題劃為“沒有意義”也許是方便的，但的確是這樣的問題使得科學變得迷人！每個人都知道，當許多電子通過雙縫時產生了干涉圖紋，可我們更感興趣的還是當單個電子通過時究竟發生了什麼，而不是簡單地轉過頭不去面對！
　　Taylor在訪談中的確被問道，這樣的做法不是一個當“逃兵”的遁詞嗎？他非常精明地回答說：“我認為你應當問一問，如果陷進去是否比逃之夭夭確實會惹出更多的麻煩。”系綜主義者持有的是極致的實用主義，他們炮轟隱變量和多宇宙解釋，因為後兩者都帶來了許多形而上學的“麻煩”。只要我們充分利用現有的體系，搞出一個又不違反實驗結果，又能在邏輯上自洽的體系，那不就足夠了嗎？系綜解釋的精神，就是儘可能少地避免“麻煩”，絕不引入讓人頭痛的假設，比如多宇宙或者坍縮之類的。
　　但是，我們還是不能滿足於這樣的關起門來然後自稱所有的問題都已經解決的做法。或許，是因為我們血液中的熱情還沒有冷卻，或許，是因為我們仍然年少輕狂，對於這個宇宙還懷有深深的激動和無盡的好奇。我們並不畏懼進入更為幽深和神秘的峽谷和森林，去探究那事實的真相。哪怕註定要被一些更加惱人和揮之不去的古怪精靈所纏繞，我們還是不可以放棄了前進的希望和動力，因為那是我們最寶貴的財富。
　　接下來我們還要去看看兩條新的道路，雖然它們都新辟不久，坎坷顛簸，行進艱難，但沿途那奇峰連天，枯松倒掛，瀑布飛湍，冰崖怪石的絕景一定不會令你失望。
　　五
　　我們已經厭倦了光子究竟通過了哪條狹縫這樣的問題，管它通過了哪條，這和我們又有什麼關係呢？一個小小的光子是如此不起眼，它的世界和我們的世界相去霄壤，根本無法聯繫在一起。在大多數情況下，我們甚至根本沒法看見單個的光子（有人做過實驗，肉眼看見單個光子是有可能的，但機率極低，而且它的波長必須嚴格地落在視網膜杆狀細胞最敏感的那個波段），在這樣的情況下，大眾對於探究單個光子究竟是“幽靈”還是“實在”無疑持有無所謂的態度，甚至覺得這是一種杞人憂天的探索。
　　真正引起人們擔憂的，還是那個當初因為薛定諤而落下的後遺症：從微觀到宏觀的轉換。如果光子又是粒子又是波，那麼貓為什麼不是又死而又活着？如果電子同時又在這裡又在那裡，那麼為什麼桌子安穩地呆在它原來的地方，沒有擴散到整間屋子中去？如果量子效應的基本屬性是疊加，為什麼日常世界中不存在這樣的疊加，或者，我們為什麼從未見過這種情況？
　　我們已經聽取了足夠多耐心而不厭其煩的解釋：貓的確又死又活，只不過在我們觀測的時候“坍縮”了；有兩隻貓，它們在一個宇宙中活着，在另一個宇宙中死去；貓從未又死又活，它的死活由看不見的隱變量決定；單個貓的死活是無意義的事件，我們只能描述無窮只貓組成的“全集”……諸如此類的答案。也許你已經對其中的某一種感到滿意，但仍有許多人並不知足：一定還有更好，更可靠的答案。為了得到它，我們仍然需要不斷地去追尋，去開拓新的道路，哪怕那裡本來是荒蕪一片，荊棘叢生。畢竟世上本沒有路，走的人多了才成為路。
　　現在讓我們跟着一些開拓者小心翼翼地去考察一條新辟的道路，和當年揚帆遠航的哥倫布一樣，他們也是意大利人。這些開拓者的名字刻在路口的紀念碑上：Ghirardi，Rimini和Weber，下面是落成日期：1986年7月。為了紀念這些先行者，我們順理成章地把這條道路以他們的首字母命名，稱為GRW大道。
　　這個思路的最初設想可以回溯到70年代的Philip Pearle：哥本哈根派的人物無疑是偉大和有洞見的，但他們始終沒能給出“坍縮”這一物理過程的機制，而且對於“觀測者”的主觀依賴也太重了些，最後搞出一個無法收拾的“意識”不說，還有墮落為唯心論的嫌疑。是否能夠略微修改薛定諤方程，使它可以對“坍縮”有一個讓人滿意的解釋呢？
　　1986年7月15日，我們提到的那3位科學家在《物理評論》雜誌上發表了一篇論文，題為《微觀和宏觀系統的統一動力學》（Unified dynamics for icroscopic and macroscopic systems），從而開創了GRW理論。GRW的主要假定是，任何系統，不管是微觀還是宏觀的，都不可能在嚴格的意義上孤立，也就是和外界毫不相干。它們總是和環境發生着種種交流，為一些隨機（stochastic）的過程所影響，這些隨機的物理過程——不管它們實質上到底是什麼——會隨機地造成某些微觀系統，比如一個電子的位置，從一個瀰漫的疊加狀態變為在空間中比較精確的定域（實際上就是哥本哈根口中的“坍縮”），儘管對於單個粒子來說，這種過程發生的可能性是如此之低——按照他們原本的估計，平均要等上10^16秒，也就是近10億年才會發生一次。所以從整體上看，微觀系統基本上處於疊加狀態是不假的，但這種定域過程的確偶爾發生，我們把這稱為一個“自發的定域過程”（spontaneous localization）。GRW有時候也稱為“自發定域理論”。
　　關鍵是，雖然對於單個粒子來說要等上如此漫長的時間才能迎來一次自發過程，可是對於一個宏觀系統來說可就未必了。拿薛定諤那只可憐的貓來說，一隻貓由大約10^27個粒子組成，雖然每個粒子平均要等上幾億年才有一次自發定域，但對像貓這樣大的系統，每秒必定有成千上萬的粒子經歷了這種過程。
　　Ghirardi等人把薛定諤方程換成了所謂的密度矩陣方程，然後做了複雜的計算，看看這樣的自發定域過程會對整個系統造成什麼樣的影響。他們發現，因為整個系統中的粒子實際上都是互相糾纏在一起的，少數幾個粒子的自發定域會非常迅速地影響到整個體系，就像推倒了一塊骨牌然後造成了大規模的多米諾效應。最後的結果是，整個宏觀系統會在極短的時間裡完成一次整體上的自發定域。如果一個粒子平均要花上10億年時間，那麼對於一個含有1摩爾粒子的系統來說（數量級在10^23個），它只要0.1微秒就會發生定域，使得自己的位置從瀰漫開來變成精確地出現在某個地點。這裡面既不要“觀測者”，也不牽涉到“意識”，它只是基於隨機過程！
　　如果真的是這樣，那麼當決定薛定諤貓的生死的那一刻來臨時，它的確經歷了死/活的疊加！只不過這種疊加只維持了非常短，非常短的時間，然後馬上“自發地”精確化，變成了日常意義上的，單純的非死即活。因為時間很短，我們沒法感覺到這一疊加過程！這聽上去的確不錯，我們有了一個統一的理論，可以一視同仁地解釋微觀上的量子疊加和宏觀上物體的不可疊加性。
　　但是，GRW自身也仍然面臨着嚴重的困難，這條大道並不是那樣順暢的。他們的論文發表當年，海德堡大學的E.Joos就向《物理評論》遞交了關於這個理論的評論，而這個評論也在次年發表，對GRW提出了置疑。自那時起，對GRW的疑問聲一直很大，雖然有的人非常喜歡它，但是從未在物理學家中變成主流。懷疑的理由有許多是相當技術化的，對於我們史話的讀者，我只想在最膚淺的層次上稍微提一些。
　　GRW的計算是完全基於隨機過程的，而並不引入類如“觀測使得波函數坍縮”之類的假設。他們在這裡所假設的“自發”過程，雖然其概念和“坍縮”類似，實際上是指一個粒子的位置從一個非常不精確的分布變成一個比較精確的分布，而不是完全確定的位置！換句話說，不管坍縮前還是坍縮後，粒子的位置始終是一種不確定的分布，必須為統計曲線（高斯鐘形曲線）所描述。所謂坍縮，只不過是它從一個非常矮平的曲線變成一個非常尖銳的曲線罷了。在哥本哈根解釋中，只要一觀測，系統的位置就從不確定變成完全確定了，而GRW雖然不需要“觀測者”，但在它的框架裡面沒有什麼東西是實際上確定的，只有“非常精確”，“比較精確”，“非常不精確”之類的區別。比如說當我盯着你看的時候，你並沒有一個完全確定的位置，雖然組成你的大部分物質（粒子）都聚集在你所站的那個地方，但真正描述你的還是一個鐘形線（雖然是非常尖銳的鐘形線）！我只能說，“絕大部分的你”在你所站的那個地方，而組成你的另外的那“一小撮”（雖然是極少極少的一小撮）卻仍然瀰漫在空間中，充斥着整個屋子，甚至一直延伸到宇宙的盡頭！
　　也就是說，在任何時候，“你”都填滿了整個宇宙，只不過“大部分”的你聚集在某個地方而已。作為一個宏觀物體的好處是，明顯的量子疊加可以在很短的時間內完成自發定域，但這只是意味着大多數粒子聚集到了某個地方，總有一小部分的粒子仍然留在無窮的空間中。單純地從邏輯上講，這也沒什麼不妥，誰知道你是不是真有小到無可覺察的一部分瀰漫在空間中呢？但這畢竟違反了常識！如果必定要違反常識，那我們乾脆承認貓又死又活，似乎也不見得糟糕多少。
　　GRW還拋棄了能量守恆（當然，按照相對論，其實是質能守恆）。自發的坍縮使得這樣的守恆實際上不成立，但破壞是那樣微小，所需等待的時間是那樣漫長，使得人們根本不注意到它。拋棄能量守恆在許多人看來是無法容忍的行為。我們還記得，當年玻爾的BKS理論遭到了愛因斯坦和泡利多麼嚴厲的抨擊。
　　還有，如果自發坍縮的時間是和組成系統的粒子數量成反比的，也就是說組成一個系統的粒子越少，其位置精確化所要求的平均時間越長，那麼當我們描述一些非常小的探測裝置時，這個理論的預測似乎就不太妙了。比如要探測一個光子的位置，我們不必動用龐大而複雜的儀器，而可以用非常簡單的感光劑來做到。如果好好安排，我們完全可以只用到數十億個粒子（主要是銀離子）來完成這個任務。按照哥本哈根，這無疑也是一次“觀測”，可以立刻使光子的波函數坍縮而得到一個確定的位置，但如果用GRW的方法來計算，這樣小的一個系統必須等上平均差不多一年才會產生一次“自發”的定域。
　　Roland Omnes後來提到，Ghirardi在私人的談話中承認了這一困難。但他爭辯說，就算在光子使銀離子感光這一過程中牽涉到的粒子數目不足以使系統足夠快地完成自發定域，我們誰都無法意識到這一點！如果作為觀測者的我們不去觀測這個實驗的結果，誰知道呢，說不定光子真的需要等上一年來得到精確的位置。可是一旦我們去觀察實驗結果，這就把我們自己的大腦也牽涉進整個系統中來了。關鍵是，我們的大腦足夠“大”（有沒有意識倒不重要），足夠大的物體便使得光子迅速地得到了一個相對精確的定位！
　　推而廣之，因為我們長着一個大腦袋，所以不管我們看什麼，都不會出現位置模糊的量子現象。要是我們拿複雜的儀器去測量，那麼當然，測量的時候對象就馬上變得精確了。即使儀器非常簡單細小，測量以後對象仍有可能保持在模糊狀態，它也會在我們觀測結果時因為擁有眾多粒子的“大腦”的介入而迅速定域。我們是註定無法直接感覺到任何量子效應了，不知道一個足夠小的病毒能否爭取到足夠長的時間來感覺到“光子又在這裡又在那裡”的奇妙景象（如果它能夠感覺的話！）？
　　最後，薛定諤方程是線性的，而GRW用密度矩陣方程將它取而代之以後，實際上把整個理論體系變成了非線性的！這實際上會使它作出一些和標準量子論不同的預言，而它們可以用實驗來檢驗（只要我們的技術手段更加精確一些）！可是，標準量子論在實踐中是如此成功，它的輝煌是如此燦爛，以致任何想和它在實踐上比高低的企圖都顯得前途不太美妙。我們已經目睹了定域隱變量理論的慘死，不知GRW能否有更好的運氣？另一位量子論專家，因斯布魯克大學的Zeilinger（提出GHZ檢驗的那個）在2000年為Nature雜誌撰寫的慶祝量子論誕生100周年的文章中大膽地預測，將來的實驗會進一步證實標準量子論的預言，把非線性的理論排除出去，就像當年排除掉定域隱變量理論一樣。
　　OK，我們將來再來為GRW的終極命運而擔心，我們現在只是關心它的生存現狀。GRW保留了類似“坍縮”的概念，試圖在此基礎上解釋微觀到宏觀的轉換。從技術上講它是成功的，避免了“觀測者”的出現，但它沒有解決坍縮理論的基本難題，也就是坍縮本身是什麼樣的機制？再加上我們已經提到的種種困難，使得它並沒有吸引到大部分的物理學家來支持它。不過，GRW不太流行的另一個重要原因，恐怕是很快就出現了另一種解釋，可以做到GRW所能做到的一切。雖然同樣稀奇古怪，但它卻不具備GRW的基本缺點。這就是我們馬上就要去觀光的另一條道路：退相干歷史（Decoherent Histories）。這也是我們的漫長旅途中所重點考察的最後一條道路了。

　　第十二章 新探險
　　一
　　1953年，年輕，但是多才多藝的物理學家穆雷•蓋爾曼（Murray Gell-Mann）離開普林斯頓，到芝加哥大學擔任講師。那時的芝加哥，仍然籠罩在恩里科•費米的光輝之下，自從這位科學巨匠在1938年因為對於核物理理論的傑出貢獻而拿到諾貝爾獎之後，已經過去了近16年。蓋爾曼也許不會想到，再過16年，相同的榮譽就會落在自己身上。
　　雖然已是功成名就，但費米仍然抱着寬厚隨和的態度，願意和所有的人討論科學問題。在核物理迅猛發展的那個年代，量子論作為它的基礎，已經被奉為神聖而不可侵犯的經典，但費米卻總是有着一肚子的懷疑，他不止一次地問蓋爾曼：
　　既然量子論是正確的，那麼疊加性必然是一種普遍現象。可是，為什麼火星有着一條確定的軌道，而不是從軌道上向外散開去呢？
　　自然，答案在哥本哈根派的錦囊中是唾手可得：火星之所以不散開去，是因為有人在“觀察”它，或者說有人在看着它。每看一次，它的波函數就坍縮了。但無論費米還是蓋爾曼，都覺得這個答案太無聊和愚蠢，必定有一種更好的解釋。
　　可惜在費米的有生之年，他都沒能得到更好的答案。他很快於1954年去世，而蓋爾曼則於次年又轉投加州理工，在那裡開創屬於他的偉大事業。加州理工的好學生源源不斷，哈特爾（James
　　B
　　Hartle）就是其中一個。60年代，他在蓋爾曼的手下攻讀博士學位，對量子宇宙學進行了充分的研究和思考，有一個思想逐漸在他的腦海中成型。那個時候，費因曼的路徑積分方法已經被創立了20多年，而到了70年代，正如我們在史話的前面所提起過的那樣，一種新的理論——退相干理論在Zurek和Zeh等人的努力下也被建立起來了。進入80年代，埃弗萊特的多宇宙解釋在物理學界死灰復燃，並迅速引起了眾人的興趣……一切外部條件都逐漸成熟，等1984年，格里菲斯（Robert
　　Griffiths）發表了他的論文之後，退相干歷史（簡稱DH）解釋便正式瓜熟蒂落了。
　　我們還記得埃弗萊特的MWI：宇宙在薛定諤方程的演化中被投影到多個“世界”中去，在每個世界中產生不同的結果。這樣一來，在宇宙的發展史上，就逐漸產生越來越多的“世界”。歷史只有一個，但世界有很多個！
　　當哈特爾和蓋爾曼讀到格里菲斯關於“歷史”的論文之後，他們突然之間恍然大悟。他們開始叫嚷：“不對！事實和埃弗萊特的假定正好相反：世界只有一個，但歷史有很多個！”
　　提起“歷史”（History）這個詞，我們腦海中首先聯想到的恐怕就是諸如古埃及、巴比倫、希臘羅馬、唐宋元明清之類的概念。歷史學是研究過去的學問。但在物理上，過去、現在、未來並不是分得很清楚的，至少理論中沒有什麼特徵可以讓我們明確地區分這些狀態。站在物理的角度談“歷史”，我們只把它定義成一個系統所經歷的一段時間，以及它在這段時間內所經歷的狀態變化。比如我們討論封閉在一個盒子裡的一堆粒子的“歷史”，則我們可以預計它們將按照熱力學第二定律逐漸地擴散開來，並最終達到最大的熱輻射平衡狀態為止。當然，也有可能在其中會形成一個黑洞並與剩下的熱輻射相平衡，由於量子漲落和霍金蒸發，系統很有可能將在這兩個平衡態之間不停地搖擺，但不管怎麼樣，對應於某一個特定的時刻，我們的系統將有一個特定的態，把它們連起來，就是我們所說的這個系統的“歷史”。
　　我們要時刻記住，在量子力學中一切都是離散而非連續的，所以當我們討論“一段時間”的時候，我們所說的實際上是一個包含了所有時刻的集合，從t0，t1，t2，一直到tn。所以我們說的“歷史”，實際上就是指，對應於時刻tk來說，系統有相應的態Ak。
　　我們還是以廣大人民群眾喜聞樂見的比喻形式來說明問題。想象一支足球隊參加某聯賽，聯賽一共要進行n輪。那麼，這支球隊的“歷史”無非就是：對應於第k輪聯賽（時刻k），如果我們進行觀測，則得到這場比賽的結果Ak（Ak可以是1:0，2:1，3:3……等等）。如果完整地把這個球隊的“歷史”寫出來，則大概是這個樣子：
　　1:2， 2:3， 1:1， 4:1， 2:0， 0:0， 1:3……
　　為了簡便起見，我們現在僅僅考察一場比賽的情況。一場比賽所有可能的“歷史”的總數，理論上說是無窮多的，當然在現實里，比分一般不會太高。如果比賽尚未進行，或者至少，我們尚不知道其結果，那麼對於每一種“歷史”我們就只能估計它發生的可能性。在實際中，即使是概率也經常很難算準（儘管參考博彩公司的賠率或者瀏覽一些賭波網站或許能提供某些幫助，但它們有時候是相當誤導的），但我們在此討論的是理論問題，因此我們就假定通過計算，關於任何一種歷史我們都能夠得到一個準確的概率。比方說，1:0獲勝這樣一種“歷史”發生的可能性是10％，1:2落敗則有20％……等等。
　　說了這麼多，這些有什麼用呢？切莫心急，很快就見分曉。
　　到現在為止，因為我們處理的都還是經典概率，所以它們是“可加”的！也就是說，如果我們有兩種歷史a和b，它們發生的概率分別是Pa和Pb，則“a或者b”發生的概率就是Pa＋Pb。拿我們的例子來說，如果我們想問：“淨勝2球的可能性是多少？”，那麼它必然等於所有“淨勝兩球”的歷史概率的總和，也就是P(2:0)＋P(3:1)＋P(4:2)＋…這看起來似乎是天經地義。
　　但讓我們回到量子論中來。稀奇的是，在量子論里，這樣的加法並不總是能夠實現！拿我們已經討論得口乾舌燥的那個實驗來說，如果“電子通過左縫”是一種歷史，“電子通過右縫”是另一種歷史，那麼“電子通過左縫或者通過右縫”的可能性是多少呢？我們必須把它放到所謂的“密度矩陣”D中去計算，把它們排列成表格！
　　在這個表格中，呆在坐標（左，左）上的那個值就是“通過左縫”這個歷史的概率。呆在（右，右）上的，則無疑是“通過右縫”的概率。但等等，我們還有兩個多餘的東西，D（左，右）和D（右，左）！這兩個是什麼東西？它們不是任何概率，而表明了“左”和“右”兩種歷史之間的交叉干涉！要命的是，計算結果往往顯示這些干涉項不為0。
　　換句話說，“通過左縫”和“通過右縫”這兩種歷史不是獨立自主的，而是互相糾纏在一起，它們之間有干涉項。當我們計算“電子通過左縫或者通過右縫”這樣一種情況的時候，我們得到的並非一個傳統的概率，乾脆地說，這樣一個“聯合歷史”是沒有概率的！這也就是為什麼在雙縫實驗中，我們不能說“電子要麼通過左縫，要麼通過右縫”的原因，它必定同時通過了雙縫，因為這兩種歷史是“相干”的！
　　回到我們的足球比喻，在一場“量子聯賽”中，所有可能的歷史都是相干的，1:0這種歷史和2:0這種歷史互相干涉，所以它們的概率沒有可加性！也就是說，如果1:0的可能性是10％，2:0的可能性是15％，那麼“1:0或者2:0”的可能性卻不是25％，而是某種模糊的東西，它無法被賦予一個概率！
　　這聽上去可真不美妙，如果這些概率不能相加，那麼賭球的人或者買足球彩票的人一定都不知所措，沒法合理地投入資金了。如果不能計算概率，
　　那我們還能做什麼呢？但是且莫着急，因為奇妙的事情馬上就要發生了：雖然我們無法預測“1:0或者2:0”的概率是多少，然而我們卻的確可以預言“勝或者平”的概率是多少！這都是因為“退相干”機制的存在！
　　魔術的秘密在這裡：當我們不關心一場比賽的具體比分，而只關心其勝負關係的時候，我們實際上忽略了許多信息。比如說，當我們討論一種歷史是“勝，勝，平，負，勝，負……”，而不是具體的比分的時候，我們實際上構建了一種“粗略的”歷史。在每一輪聯賽中，我們觀察到的態Ak都包含了無數種更加精細的態。例如當我們說第二輪球隊“勝”的時候，其中包括了1:0，2:1，2:0，3:1……所有可以歸納為“勝”的具體賽果。在術語中，我們把每一種具體的可能比分稱為“精粒歷史”（fine-grained history），而把類似“勝”，“負”這樣的歷史稱為“粗粒歷史”（coarse-grained history）。
　　再一次為了簡便起見，我們僅僅考察一場比賽的情況。對於單單一場比賽來說，它的“粗粒歷史”無非有3種：勝，平，負。如果“勝”的可能性是30％，“平”的可能性是40％，那麼“非勝即平”，也就是“不敗”的可能性是多少呢？大家對我們上面的討論還記憶猶新，可能會開始擔憂，因為量子論或許不能給出一個經典的概率來，但這次不同了！這一次，量子論給出了一個類似經典概率的答案：“不敗”的概率＝30＋40＝70％！
　　這是為什麼呢？原來，當我們計算“勝”和“平”之間的關係時，我們實際上計算了所有包含在它們之中的“精粒歷史”之間的關係！如果我們把“勝”和“平”放到矩陣中去計算，我們的確也會得到干涉項如（勝，平），但這個干涉項是什麼呢？它是所有組成兩種粗粒歷史的精粒歷史的干涉之和！也就是說，它包括了“1:0和0:0之間的干涉”，“1:0和1:1之間的干涉”，“2:0和1:1之間的干涉”……等等。總之，每一對可能的干涉都被計算在內了，我們驚奇地發現，所有這些干涉加在一起，正好抵消了個乾淨。當最後的結果出來時，“勝”和“平”之間的干涉項即使沒有完全消失，也已經變得小到足以忽略不計。“勝”和“平”兩種粗粒歷史不再相干，它們“退相干”了！
　　在量子力學中，我們具體可以採用所謂的“路徑積分”（path integral）的辦法，構造出一個“退相干函數”來計算所有的這些歷史。我們史話的前面已經略微提起過路徑積分，它是鼎鼎有名的美國物理學家費因曼在1942年發表的一種量子計算方法，費因曼本人後來也為此與人共同分享了1965年的諾貝爾物理獎。路徑積分是一種對於整個時間和空間求和的辦法，當粒子從A地運動到B地，我們把它的軌跡表達為所有可能的空間和所有可能的時間的疊加！我們只關心它的初始狀態和最終狀態，而忽略它的中間狀態，對於這些我們不關心的狀態，我們就把它在每一種可能的路徑上遍歷求和，精妙的是，最後這些路徑往往會自相抵消掉。
　　在量子足球場上發生的是同樣的事情：我們只關心比賽的勝負結果，而不關心更加細微的事情例如具體的比分。當我們忽略具體比分的時候，事實上就對於每一種可能的比分（歷史）進行了遍歷求和。當所有的精粒歷史被加遍了以後，它們之間的干涉往往會完全抵消，或者至少，幾乎完全抵消。這個時候，經典概率就又回到桌面上來，兩個粗粒歷史的概率又變得可加了，量子論終於又可以管用了！我們也許分不清一場比賽究竟是1:0還是2:0，但我們無疑可以分清一場比賽究竟是贏了還是平了！因為這兩種歷史之間不再相干！
　　關鍵在於，我們必須構建起足夠“粗粒”的歷史。這就像我傳給你兩張數字照片，分別是珍妮弗•洛佩茲和珍妮弗•安妮斯頓的特寫，然後問你，你覺得兩人誰更漂亮。假如你把這些照片放到最大最大，你看見的很可能只是一些顏色各異的色塊，兩張照片對你來說似乎也沒什麼大的分別。只有把分辨率調得足夠低或者你退開足夠遠的距離，把這些色塊都模糊化，你才能看見整個構圖，從而有效地區分這兩張照片的不同，進而作出比較。總之，只有當足夠“粗粒”的時候，兩張照片才能被區分開來，而我們的“歷史”也是如此！如果兩個歷史的“顆粒太細”，以至於它們之間互相干涉，我們就無法把它們區分開來，比如我們無法區分“電子通過了左縫”和“電子通過了右縫”兩種歷史，它們同時發生着！但如果歷史的粒子夠“粗”，則我們便能夠有效地分開兩種歷史，它們之間退相幹了！
　　當我們觀測了電子的行為，並得到最終結果後，我們實際上就構建了一種“粗粒歷史”。我們可以把它歸結成兩種：“我們觀測到粒子在左”以及“我們觀測到粒子在右”。為什麼說它們是粗粒歷史呢？因為我們忽略的東西實在太多了。我們現在只關心我們觀測到電子在哪個位置，而不關心我們站在實驗室的哪個角落，今天吃了拉麵還是漢堡還是壽司，更不關心當我們進行觀測的時候，空氣中有多少灰塵沾在我們身上，窗戶里射進了多少光子與我們發生了相互作用……從理論上講，每一種不同的情況都應該對應於一種特定的歷史，比如“吃了拉麵的我們觀察到電子在左”和“吃了漢堡的我們觀察到電子在左”其實是兩種不同的歷史。“觀察到電子在左並同時被1億個光子打中”與“觀察到電子在左並同時被1億零1個光子打中”也是兩種不同的歷史，但我們並不關心這些，而只是把它們簡併到“我們觀察到電子在左”這個類別里去，因此我們實際上構建了一個非常粗粒的歷史。
　　現在，當我們計算“我們觀測到電子在左”和“我們觀測到電子在右”兩個歷史之間的干涉時，實際上就對太多的事情做了遍歷求和。我們遍歷了“吃了漢堡的你”，“吃了壽司的你”，“吃了拉麵的你“……的不同命運。我們遍歷了在這期間打到你身上的每一個光子，我們遍歷了你和宇宙盡頭的每一個電子所發生的相互作用……如果說“我們觀測電子的位置”是一個系統，組成這個系統的有n個粒子，在這其中，有m個粒子的狀態實際上決定了我們到底觀測到電子在左還是在右。那麼，除去這m個粒子之外，每一個粒子的命運都在計算中被加遍了。在時間上來說，除了實際觀測的那一刻，每一個時刻——不管過去還是未來——所有粒子的狀態也都被加遍了。在所有這些計算都完成了之後，在每一個方向上的干涉也就幾乎相等了，它們將從結果中被抵消掉。最後，“我們觀測到電子在左”和“我們觀測到電子在右”兩個粗粒歷史退相幹了，它們之間不再互相聯繫，而我們只能感覺到其中的某一種！
　　各位可能會覺得這聽起來像一個魔幻故事，但這的確是最近非常流行的一種關於量子論的解釋！1984年格里菲斯為它開拓了道路，而很快到了1991年，哈特爾就開始對它進行擴充和完善。不久蓋爾曼和歐姆內斯（Roland
　　Omnés）也加入到這一行列中來，這些傑出的物理學家很快把它變成了一個洋洋灑灑的體系。我們還是有必要進一步地考察這個思想，從而對量子論的內涵獲取更深的領悟。