多重宇宙、平行世界是可能的嗎？——一本理科小白也會邊看邊笑的量子力學入門

前言
量子力學是研究微觀世界的驚人科學。量子力學描述的是原子和分子等微小粒子，這些粒子不但可以施展違反邏輯的特技、同時存在於多個地方，還能同時往兩個方向旋轉。這是一個非常燒腦的故事，從意識和平行宇宙一路談到自由意志與永生，為我們提供理解人類本質的唯一科學視角。
這是一個古怪的領域，由一群怪咖組成。有時候，這群怪咖會聚在一起。
二○一四年我參加了他們的聚會，主辦人是個怪咖，也是受人崇敬的量子物理學家。就叫他鮑勃（Bob）吧，畢竟這是他的真名。
物理學界有不少響噹噹的大人物，鮑勃是其中之一。我加入他的實驗室的時候，他已經寫了一本暢銷教科書，對雷射理論做出重大貢獻，還做了幾個探索光的量子特性的著名實驗。他甚至拿了一座以某位普魯士貴族命名的成就獎——至少在物理學領域，這代表你混得還不錯。
我承認在我讀研究所的時候，鮑勃教過我一點物理學。不過在這場聚會上，傳道授業的人成了我。
鮑勃和一、兩位知名研究者與五、六個頭髮油膩的研究生圍在我身邊，全神貫注盯著我面前的一張紙，我剛才隨手畫下的圖案令他們徹底驚呆。我用最簡單的線條畫了幾個火
柴人。
「就是這樣，」我說，「這就是為什麼有些人認為量子力學可以解釋平行宇宙的存在。」
我不想老王賣瓜，但他們真的覺得我很厲害。「沒想到……這樣解釋很有道理，」其中一人開口說道，「以前居然沒人這樣解釋給我聽過！這理論沒有我想的那麼瘋狂。」就連鮑勃也感到難以置信。
接下來的幾個星期，我實驗室裡的許多同事對待平行宇宙的態度愈來愈認真——他們原本還認為這只是科幻故事呢。有些同事甚至決定用平行宇宙來思考量子力學，而且樂
此不疲。剛剛投入新信仰的人總是熱情滿滿。
為什麼全世界最優秀的物理學家和像我這樣的笨蛋聊個二十分鐘，腦袋就會變成一團漿糊？為什麼這群了不起的科學家對於「什麼是存在的，什麼並不存在」的認知如此脆弱，一個二十來歲、醉醺醺的小伙子幾筆塗鴉就能輕易將之粉碎？
我認為答案跟教宗大概對山達基教會（Scientology）所知無多的原因差不多。如果你認為自己已經知道真相，就不會再去尋找其他版本的真相。你會變得異常有自信，認為真
相已在手中。這就是為什麼教宗有殉道者，山達基有湯姆．克魯斯（Tom Cruise），而量子理論的不同觀點也有各自的狂熱擁護者。
但這或許沒什麼好驚訝的。量子力學跟宗教很像。它描述了宇宙、宇宙的創造過程和未來的方向。它幫助我們了解自己是誰，而且信不信由你，它甚至還知道我們死後會發生什麼事。
和宗教一樣，量子力學並非毫無爭議。雖然量子力學是一個非常成功的理論，但我曾看過物理學家為了量子物理學到底如何解釋宇宙運作吵得聲嘶力竭、不可開交。有人說，它描繪了無窮盡的平行宇宙；有人說，它在物理定律中開闢出特殊的意識空間；有人說，它描述的是一個命中注定的宇宙，我們的命運和未來在大爆炸發生的那一刻便已決定。
但無論從哪個角度切入，量子力學都是人類自我了解（self-understanding）的自然延伸，而人類早在幾萬年前就已踏上這場自我了解之旅。這麼說來，我把它當成聚會上的廉價小把戲豈不是很可恥嗎？
說到阿宅聚會，我應該講一下鮑勃家那場聚會的幾個月之前，我參加的另一場聚會。
地點是多倫多大學物理系館裡有兩百個座位的演講廳，但我們不是來參加物理學研討會，而是來聽一位基督徒物理學家用醇酒般的低沉嗓音，告訴我們為什麼科學可以證明上帝的存在。姑且叫他柯克（Kirk）吧，畢竟這也是他的真名。
柯克沒有提到平行宇宙，著實令人意外。他認為把人類意識放在核心位置去思考量子力學才有意義——這與他的宗教世界觀不謀而合。「未免太巧了吧，」我在台下氣呼呼地想著，「你心目中最有說服力的量子力學詮釋，就這麼剛好支持你的信仰。」
聽完柯克的演講我簡直悲憤交加，回到家之後開始翻閱教科書、狂滑維基百科，尋找能在下次聽他演講時反駁他的論點。我在一則又一則的資訊裡愈陷愈深，尋找能夠將他一擊斃命的角度。可是每當我以為自己找到線索——一個用錯的詞，或一個毫無根據的主張——只要稍微深挖，就會發現一個不那麼糟糕的正當理由。於是一個小時變成兩個小時，然後又變成三個小時。
沒過多久，我女友開始抱怨我都不理她。是時候認輸了。
這個經驗讓我學到兩件事。第一件事：如果你跟別人同居，你在網路上進行無意義搜尋然後累到在沙發上睡著的時間會大幅受限。
第二件事：我與教宗的共同點比我以為的還要多。我自認是個謹慎的物理學家，而且對量子力學的各種觀點知之甚詳。結果看看我現在的樣子，一個論點就把我打趴在地，還是一個因為感覺不太對勁就被我嗤之以鼻的論點。
別誤會，我沒有要說服你相信量子意識（quantum consciousness）。但無法否認的是，意識確實是物理學的基本元素，這個觀念沒有大家（包括大部分的物理學家）以為的那麼瘋狂。
量子力學就是這樣的東西。它強迫我們思考乍看之下很科幻的事情，是否真的有可能發生。它為我們對世界的理解，帶來史上最強烈的震撼教育。它揭露我們先入為主的觀念、自我意識，以及我們說服自己相信我們對現實瞭若指掌的混亂過程。
那麼，量子力學到底如何描述世界？是什麼讓現在成為古往今來，人類對現實的理解最令人期待卻也最不確定的時代？
要回答這些問題，就不得不討論人類自我了解的歷史。

太初有花生
你上一次對花生發脾氣是什麼時候？
如果你是正常人，答案應該是「我不會對花生發脾氣。我喜歡花生。而且老實說，我不太明白一本討論量子力學的書，為什麼要從花生開始講起。」
我懂你的心情，但請你聽我解釋：花生會殺人。雖然研究者對確切數字尚未達成共識，但每年都有數十到數百人——通常是兒童——死於花生過敏。更糟的是，踩到花生可能會滑倒，花生油的油漬很難清除，而且花生碎片可能會卡在牙縫裡，一整個下午都摳不掉。
儘管花生有這麼多缺點，你可能從未對花生發過脾氣。我也是。原因是我認為花生不能為自己的行為負責。花生是完全無辜的豆科植物。
今天幾乎人人看待花生的方式都和你我一樣，但以前可不是這麼回事。
要了解箇中原由，請先想像一下你被剝光了衣服、空降到某個偏遠的叢林裡，腦袋裡的科學與技術常識都被洗除。沒有電話、沒有電腦，對於二十一世紀文明沒有絲毫記憶。環顧四周，你發現你不是孤身一人。這座叢林棲地生機勃勃：土壤肥沃、綠意盎然，還有很多動物。有些動物——主要是鳥類和囓齒動物——體型不大，應該可以捉來吃。但有些動物體型比你大、牙齒比你尖，牠們用你看鳥類和囓齒動物的眼神看得你心裡發寒。不妙呀。
現在你與人類祖先有了一個共同點：你已進入在地食物鏈。你不再是漫長的自然選擇之後，睥睨其他物種的絕對王者，你已徹底融入自然環境。你與環境的每一次互動都有風險，你捕捉獵物的機率和成為獵物的機率一樣高。
人類祖先在這個弱肉強食、沒有護欄的原始馬戲團裡，悟出一個明白的道理。那就是：人類與囓齒動物、地衣、劍齒虎——或者花生——之間的差異可能沒那麼大。有些人猜想，人類說不定與蟲子、植物和泥土不僅存在於同一個自然空間，也存在於同一個心靈空間。
至少有一部分歷史學家認為，這就是為什麼幾萬年前的人類會漸漸信仰泛靈論——相信動物、地方、植物和其他非人類的「東西」也有靈魂。
後來人類開始蓋簡陋的小屋，接著發展城鎮，然後演變成規模龐大的城市。我們把小麥一排一排種在田裡，把雞隻關在雞舍裡，讓牛幫我們拖拉重物。我們耕種的小麥和鞭策的牛也可能擁有靈魂，與我們別無二致，這樣的想法變得愈來愈……令人不舒服。
於是有一派理論說，有些人類祖先出現認知失調的情況，他們經歷了類似這樣的思考過程：「只有王八蛋才會虐待有靈魂的東西。我不是王八蛋，所以小麥和牛肯定沒有靈魂。」
就這樣，動物、岩石、地方都有靈魂的觀念不再流行——有人認為取而代之的觀念是動物、岩石、地方是由各司其職的神明創造出來的。從每一株植物都有靈魂，演變成有一個小麥之神或一個農業之神。
神明很偉大，因為祂們扮演居中調停的角色，在我們與我們吃進嘴裡的食物或強迫搬運重物的動物之間築起一道牆，讓我們可以活得心安理得，又不用犧牲接觸超自然力量的機會。就這樣，人類發明了多神論。
值得強調的是，如果這個關於人類信仰演化的理論正確無誤，那麼泛靈論之所以被大多數文明拋棄不是因為它錯了，而是因為它變得不好用。讓我們先把這個想法暫時放在一旁，因為後面還會提到泛靈論就像一扇被門擋卡住、意外敞開的門，而卡住它的門擋就是量子力學帶來的全新世界觀。

從亞伯拉罕到瑣羅亞斯德的一神論
一神論，就是相信世界上只有一個神。多數人想到一神論，腦海裡會直接浮現以亞伯拉罕為源頭的宗教（Abrahamic religions）：猶太教、基督教、伊斯蘭教。這幾個宗教可說是（以信徒數量來說）最成功的一神教實驗，但人類做過的一神教實驗當然不只這些，有些出現的時間更早。
公元前一千五百年到一千年之間，有個三十歲的波斯小伙子在參加完古代版的派對狂歡夜之後，獨自坐在河岸上。他在這裡看見異象、受到啟發，異象要他傳播一種全新的一神宗教，這個宗教至今依然存在。這小伙子名叫瑣羅亞斯德（Zoroaster），他創立的宗教以他命名為瑣羅亞斯德教，簡稱為祆教（Zoroastrianism）。如同現代基督教和伊斯蘭教，祆教認為世上有靈魂、自由意志和高於人類的神聖存在。事實上，祆教的靈魂與自由意志觀點可能對後來的幾個亞伯拉罕宗教都發揮了重大影響。
無論最早的一神教信仰是猶太教、祆教，還是完全不一樣的其他宗教，它們都提出相當一致的主張：人類是特殊的生物，擁有自由意志、靈魂與通往某種來生的特殊途徑。在長達幾百年的時間裡，大學經常舉辦辯論會，雙方辯士留著長長的鬍子、戴著滑稽的假髮，表情嚴肅地針對這些觀念爭論不休。除了將舊有的想法先打散再重組、然後加入少許猜測增添趣味之外，這群人吵了這麼久也沒吵出什麼結果。
在這樣的背景之下，短短一個世紀前才出現的量子力學竟然徹底扭轉我們對人類與人類的宇宙定位的理解，打破長達好幾個世紀的哲學僵局，著實令人震驚。現在任何有關人類、生命和宇宙本質的討論，都避不開量子力學。它確實成了一千多年來影響人類自我覺知最具顛覆性的力量！
抱歉，我有點嗨過頭。在我們討論量子力學以及它對你、你的自由意志和你不朽的靈魂來說有何意義之前，我們必須先介紹人類思想的上一場革命：啟蒙運動。

從一到無
我們已經談過人類思想的發展過程如何從萬物皆有神性的信仰體系，演變成許多生物都擁有神性，最後變成只有一種生物擁有神性的信仰體系*。
至少在西方，人類思想每經歷一次革命，神靈與神明的數量都會隨之減少。這段旅程的下一個階段仍維持同樣的趨勢。
一六八七年七月五日，英國皇家學會出版了一本書，叫《自然哲學的數學原理》（Philosophiæ Naturalis PrincipiaMathematica）。書名很拗口，而且角色發展扁平、欠缺厚度，如果它能在今日的亞馬遜網站拿到四星評價，我會非常驚訝。雖然風格與流暢度差強人意，但幸好內容很紮實：這本書說明宇宙中的物體運動遵循簡單的定律，以及如何用數學預測物體的運動。喔，你應該聽過這本書的作者。他叫做艾薩克．牛頓（Isaac Newton）。
你或許覺得奇怪，牛頓用數學解釋宇宙為什麼是一件大事。是這樣的，在牛頓提出運動定律之前，如果一個八歲的孩子問：「為什麼蘋果會掉到地上？」之類的問題，對方完全可以雙手一攤，說：「因為這是上帝的意思！」說完就把孩子扔回去耕田，或是幫他捉一捉頭上的蝨子，或是做一六○○年代的孩子會做的任何事情。
但是牛頓給了一個與眾不同的答案。他沒有訴諸神明來解釋蘋果為何墜落，而是提議用一套恆常不變的數學規則來回答問題。牛頓的數學理論是我們和上帝之間的緩衝區——他用數學劃了一條邊界，增加天堂與塵世之間的概念性距離。這個理論為不可知的科學開闢了一個新的分支，最終成為啟蒙運動的關鍵特色。
話得說清楚，牛頓仍是上帝虔誠的信徒。在他看來，蘋果從樹上掉落雖然不是神直接造成的，但是讓蘋果掉落的數學規則是神創造的。在接下來的幾十年和幾個世紀裡，科學家發現的宇宙數學定律愈來愈多。久而久之，他們愈發無法將這些理論直接歸因於上帝。人類的信仰是建立在便利、習慣和自身利益上，而不是建立在理性上（請參考前文中泛靈論走向多神論
的假設），因此很多人開始思考：「說不定我們根本不需要『上帝』這樣的概念。」
你知道誰有這樣的想法嗎？大名鼎鼎的拿破崙。
他在忙著入侵歐洲半數國家與大刀闊斧改革教育的同時，居然還能找到時間和法國傳奇物理學家皮耶——西蒙．拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）聊物理，當時拉普拉斯才剛想出一個關於太陽系運作的新理論。拿破崙一開口就問拉普拉斯為什麼他的理論沒有提到上帝。「我不需要這個假設呀，」拉普拉斯說。他的態度從容自信，就像少了一枚螺絲也能成功組裝 Ikea 椅子的人。
拉普拉斯可以在不提及上帝或訴諸神性干預的前提下，對整個太陽系進行完整的物理學描述，這確實是一項壯舉。科學革命把神擠到邊緣——不是因為科學新發現降低了信仰的可信度，它們降低的是信仰的必要性。

暴風雨前的寧靜
到了十九世紀末，物理學已可描繪清晰的宇宙樣貌。人類懂得製造蒸汽機，以不到○．○一度的誤差預測水星橢圓形軌道的旋轉角度，還能以驚人的精準度解釋液體和氣體的行為。坊間流傳的說法是，人類基本上已經把自己需要知道的宇宙定律全部搞定，接下來只要利用這些定律就能做出愈來愈多既有趣又有用的東西。
套一句開爾文勳爵（Lord Kelvin）在一九○○年留下的名言：「物理學已經沒有什麼新東西可以探索。我們能做的只剩下提高測量精準度。」
值得注意的是，當時的物理定律完全沒有提及神、靈魂、自由意志和意識。十九世紀的物理學將宇宙描述成一個巨大的、可能是無限的廣袤空間，有數量多到難以想像的、極度微小的粒子，它們像撞球一樣在空蕩蕩的宇宙裡咻咻咻橫衝直撞。
這些粒子偶爾會撞上彼此。這時它們會遵循簡單的牛頓定律，有些粒子合而為一，形成複雜的結構。這些複雜的結構偶爾會進一步結合，形成更加複雜的結構，最終變成有趣的物體，例如岩石、花生和人類。但就算再怎麼複雜，這些物體在本質上仍然是由粒子組成，遵循簡單的、百分之百可預測的運動定律。
運動定律的可預測性不容小覷。如果給你一張宇宙快照——照片裡有拍攝當下宇宙裡每一顆粒子的位置與行進方向——無論這張快照拍攝於何時，只要利用牛頓定律就能百分之百準確預測每一顆粒子在未來任何時刻的行為。理論上，牛頓力學賦予我們預測未來的能力，使人類有機會成為全知全能、穿著白色實驗袍的宇宙霸主。
但如果你能準確預測未來，這代表未來早已確定。也就是說，宇宙裡的事件都會照著以牛頓力學編寫的劇本走。哲學家稱這種觀點為「決定論」（deterministic），因為未來的每一個事件都由過去的事件決定，而且他們的稿酬是按音節計費的。
如果組成人類的原子遵循可預測的運動定律，那麼我注定要寫這本書，你也注定要看這本書，我們將來可能做出的每一個決定也都早就注定好了。果真如此，實在很難看出自由意志、靈魂或神性干預有什麼發揮空間。
用這個結論為人類的自我了解之旅畫下句點相當富有詩意。我們花了幾千年的時間一步步相信世界上擁有靈魂、意識和自由意志的東西沒那麼多，先是從泛靈論改投多神論的懷抱，然後又拋棄多神論改信一神論。對我們來說，發現世界上沒有任何東西擁有這些特質（連人類也沒有），應該是最方便的情況。

前言
量子力學是研究微觀世界的驚人科學。量子力學描述的是原子和分子等微小粒子，這些粒子不但可以施展違反邏輯的特技、同時存在於多個地方，還能同時往兩個方向旋轉。這是一個非常燒腦的故事，從意識和平行宇宙一路談到自由意志與永生，為我們提供理解人類本質的唯一科學視角。
這是一個古怪的領域，由一群怪咖組成。有時候，這群怪咖會聚在一起。
二○一四年我參加了他們的聚會，主辦人是個怪咖，也是受人崇敬的量子物理學家。就叫他鮑勃（Bob）吧，畢竟這是他的真名。
物理學界有不少響噹噹的大人物，鮑勃是其中之一。我加入他的實...

第1章 掉進量子世界的無底洞
第2章 意識塌縮和靈魂的物理學原理
第3章 和宇宙同為一體？
第4章 萬物皆有意識
第5章 沒有意識的塌縮
第6章 量子多重宇宙
第7章 時間簡史
第8章 違法的量子力學
第9章 隱變量與物理學的困境
第10章 玻姆力學
第11章 意識的未來發展
謝詞

第1章 掉進量子世界的無底洞
第2章 意識塌縮和靈魂的物理學原理
第3章 和宇宙同為一體？
第4章 萬物皆有意識
第5章 沒有意識的塌縮
第6章 量子多重宇宙
第7章 時間簡史
第8章 違法的量子力學
第9章 隱變量與物理學的困境
第10章 玻姆力學
第11章 意識的未來發展
謝詞