另一种多重宇宙的概念起源于量子力学的多世界诠释。量子力学中,一个孤立系统的状态由波函数描述,而波函数的动力学演化则由薛定谔方程决定,这本身是一个决定论过程。但是,人们早已知道,在一般情况下无法完全准确地预言一个量子测量实验的结果,而只能预言所可能出现的不同测量结果以及相应的几率。例如,已知一个电子的自旋状态为沿着z轴方向+1/2,这已给出了对该电子自旋态的完全描述,并且沿着z-轴的测量可以得到确定结果。但是如果我们现在沿着垂直于z轴的x-轴进行测量,则不能得到确定的结果,只能预测可能出现的结果是+1/2或-1/2,且两种可能性各为一半。
如何理解这种几率性的结果呢?哥本哈根诠释是最常见的量子力学标准诠释。按照这种诠释,对量子自旋的测量瞬间改变了其自旋态,即波包塌缩,这一过程不像薛定谔方程那样是确定的,而是并几率性的。这一诠释有许多让人感到困惑之处, 如EPR佯谬、薛定谔猫佯谬、维格纳朋友佯谬等。
例如在EPR佯谬中, 如果两个粒子曾发生相互作用而形成相互关联的量子态,即所谓纠缠态,那么对其中一个粒子的测量不仅导致该粒子的波包塌缩,也会导致另一个粒子的波包瞬间塌缩,无论二者相距多远。乍看起来,这似乎违反了相对论中信息传播速度不能超过光速的原理。不过,就实验而言,尽管对两个相互远离的粒子测量总是能得到一致的结果,但由于这种测量结果是随机且无法控制的,因此这种测量并不能用于超光速传递信息。怎样理解这种奇怪的瞬时塌缩呢?按照哥本哈根诠释,波函数并不是实体,而仅仅是观测者对系统的描述,因此不能把这种波包塌缩理解为物理信号的传递。
一种与哥本哈根诠释完全不同的量子力学诠释是多世界诠释,由埃弗里特(Hugh Everett)提出。埃弗里特主张待测系统和仪器的整体状态可由一个普适的量子力学波函数描述, 量子测量就是待测系统和仪器之间的相互作用,这种相互作用过程由整个系统的薛定谔方程决定,导致二者形成一种关联的(纠缠的)状态,埃弗里特将这种关系称为相对态。在这一理论中波函数是实体,而且并没有所谓的波包塌缩,一切演化都由薛定谔方程描述,在测量过程结束后,系统并没有发生波包塌缩,但是相互作用使普适波函数分裂为不同的项,或者叫不停分支,在每一个分支中观测者都只能看到与自己的观测结果一致的世界,而无法看到不同测量结果的世界。根据该诠释,宇宙中无时不在发生的各种相互作用都相当于量子测量,这使世界迅速分裂成难以想象的巨大数量的各种可能分支,每一分支中发生的情况各不相同。例如,在这一世界中,此刻笔者正在撰写这篇文章,在另一个可能世界里,笔者可能并未打算撰写这一文章,在更多的其它可能世界里,也许根本没有笔者这个人,甚至根本没有人类乃至地球。这听上去极为疯狂,但逻辑上是完全自洽的。
埃弗里特曾与玻尔等人进行讨论,但他们在量子力学上的立场早已固化,完全不接受他的观点。埃弗里特毕业后离开学术界转入国防研究,其理论在一段时间内几乎不为人知。后来,德维特(Bryce de Witt)撰文介绍了这一理论并将其称之为量子力学的多世界诠释。多世界诠释现在已是量子力学的主流诠释之一,但很多人还是觉得这种诠释太古怪而无法接受。不过,埃弗里特最初提出的一些观点后来得到了广泛的认同,并也被其它诠释所使用。例如,在后来出现的相容历史诠释中,用退相干理论,通过待测系统与周边环境的相互作用解释从量子态到经典态的转变(即波包塌缩),这样就解决了哥本哈根诠释中原来存在的主要问题,Omnes等学者认为没有必要把多个世界当做真实存在的。另一方面,对于那些愿意接受多世界诠释的人来说,也存在如何理解所谓的“多个世界”的问题。如果有人要问,这些平行宇宙是否“真的存在”?那我们要指出,“存在”一词本身就有很多不同的意义。这种“存在”的本体论意义是什么?这恐怕是物理学留给哲学的一个问题。
5、总结