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假定轨道上物体的质量是M,小空间区域的线性尺寸是X,时间间隔是T。在M、X 和T 值很宽的域值里,物体在太阳系的不同的可能粗粒历史将会在很高的精度上脱散。决定脱散的主要机制仍然是该物体与其他物体常见的相互作用,这些其他物体的命运也被加遍了。在一个著名的例子里,这些物体是构成背景电磁辐射的光子,这种电磁辐射是宇宙膨胀开始(大爆炸)时遗留下来的。我们观察的轨道上的物体会不断地遇到这些光子,并让它们散射开去。每次物体和光子相遇,由于它们之间的碰撞,它们的运动会发生变化。但是,所有光子不同的运动方向和能量都被加遍了,于是这些方向之间、能量之间的干涉项就被洗掉了(wash out)。同样,轨道上物体不同粗粒历史中的干涉项也洗掉了。
历史(如太阳系里物体质心在某一特定时刻逐次的近似位置)之所以脱散,是因为物体与那些加遍了的物体(如背景辐射中的光子)不断相互作用。
这个过程回答了50 年代早期费米(Enrico Fermi)常常向我提出的一个问题,那时我们在芝加哥大学共事。费米的问题是:既然量子力学是正确的,为什么火星不从它的轨道上向外散开?习惯的答案是:火星每次都在一个确定的位置,那是因为人正在看它。这个答案我们两人都熟知,但我们都认为这个答案太愚蠢。具体的解释是费米死后才得到的。这是由于有了蔡赫、朱里克和朱斯等理论物理学家,他们研究了脱散的机制,如我们刚才涉及背景辐射中的光子那样的情形。
从太阳发出的光子被火星散射开以后,也都加遍了,从而促使行星不同位置脱散,正是这些光子允许人们看到了火星。所以,当我们观测火星时看见它像一条红色鲱鱼,但使这观测成为可能的物理过程却根本与红色鲱鱼无关,我们可以认为行星绕太阳运动的不同粗粒历史之所以脱散,其部分原因是由于这种物理过程。脱散的历史形成一棵分枝树
这种脱散的机制,使准经典领域(包括日常经验)得以存在。这个领域由一些脱散的粗粒历史组成,这些历史又可想像为一种树状结构。玻格斯(Jorge L .Borges)在他的一个聪明的小故事中说,这样一种结构犹如一个“不断有岔路的公园”。在每一分岔处,都有相互排斥的可供选择的历史。两个这样可供选择的历史经常用一条路的岔口表示,如弗罗斯特(Robert Frost)的诗“不走的那条路”中那样。这种结构恰好在宇宙膨胀开始之时(或之后)作第一次分岔,进入可替换的可能性中。每一个分枝很快又分裂成岔,步入进一步可替换的可能性中,而且一直这样下去。每一次分枝,对可供选择的历史都有定义好了的概率。在它们之间没有量子干涉。
这种情形在赛马的例子中已经很好地叙述过。每次比赛涉及10 个分枝,有10 个获胜者可供选择,而每一个获胜者又会在下次比赛中,进一步分枝为10 个不同获胜者可供选择。
在赛道上,一次比赛对另一次比赛的概率通常没有很大的影响。例如,一个骑手由于前一次失利会变得十分沮丧而影响下次比赛,这实际上并不常见。但是不论怎么说,在宇宙可供选择历史的分枝树上,一次分枝的结果可能深刻影响后继分枝的概率,甚至可以影响到后继分枝中可供选择历史的性质。例如,物质冷凝为火星可能取决于几十亿年以前的一个量子偶然事件;在那些不会让火星出现的分枝中,进一步的分枝就会明显地与那些使火星不会出现的可供选择的命运有关。
宇宙可供选择的脱散的粗粒历史的树状结构,不同于人类语言或生物物种之类的进化树。在进化树的情形下,所有的分枝都出现在同样的历史纪录中。例如,拉丁语系的语言都是由一种近期拉丁语分出来的,但拉丁语系的语言并不是一种可供选择的语言。法语、西班牙语、葡萄牙语、意大利语、卡特兰语和其他一些拉丁语系的语言,都是今天还一直在说的语言,即使那些现在已灭绝了的语言,如达尔马希亚①语,也是一度实际使用过的语言。相反,可供选择的脱散的历史树,其分枝是相互排斥的,而且只有一枝可以被观察者看到。即使是提出多世界理论的艾弗雷特,他认为他的多世界都同样真实,但他也没有断言在这些分岔的世界中可以观察到多于一个以上的世界。惯性大和近经典行为
仅仅脱散性(起因于历史分枝为不同的而又具有概率明确定义的可供选择的历史)自身,还不是准经典领域(包括日常经验)唯一重要的特性。这个领域还显示出大量经典的行为(因此也是“准经典的”行为)。火星在一序列挨得很近的时间里连续的位置,不仅仅具有真正的概率,而且这段时间里的位置,还彼此高度相关(概率非常相近)。在很高的近似情形下,它们相当于一个意义明确的绕太阳转动的经典轨道。这个轨道遵循太阳和行星引力场中的牛顿经典方程,只需对爱因斯坦改进了的(广义相对论的)经典理论和行星与轻物体(例如背景光子)相撞引起的很小的摩擦力作小小的修正就行了。我们曾说过,这些小物体被忽略了,因此在跟踪火星运动的粗粒历史中这些小物体被加遍了,这也正是粗粒历史脱散的原因。
当行星不断受到光子任意轰击时,为什么它还能沿着决定论的经典轨道运动?回答是:轨道上的物体越重,它的不稳定性就越小,它在轨道上的运动就越平稳。这是因为行星的质量M,即它的惯性,抵挡住了打击,允许行星在很好的近似上按经典规律运动。一个原子,或者一个小分子,它们都太小,因此不可能在轨道上稳定地运动,太阳系里的任何物体与它相撞就会将它的平稳性破坏。一粒足够重的尘粒可以在轨道上较平稳地运动,一艘小的宇宙飞船就更平稳了。但即使是一艘宇宙飞船在太阳风(由太阳发射的电子组成)的轰击下也会有些振动。飞船和这些电子间的碰撞,对证实爱因斯坦引力理论的非常精密的实验,足以产生干扰;正是这种原因,要做这样的实验最好把雷达发射器放到火星上,而非放到空间探测器上。
虽然我们把准经典行为归因于物体的重量,但更精确地说应归因于惯性足够大的物体的运动。一罐非常冷的液体氦,它足够大也足够重,但是因为它内部某些运动的惯性很小,它会呈现出一种奇异的量子效应,开口罐内的液体竟可以爬出容器。涨落
物理学家有时想区分量子涨落(fluctuations)和经典涨落。经典涨① Dalmatia 是南斯拉夫西南部一个地区——译者注落的例子有热涨落,它与炽热气体中分子的运动有关。在量子力学中要达到脱散的粗粒化,这意味着许多变量必须加遍,这些变量很可能包括那些描述分子运动的一些变量。经典的热涨落试图将自己与量子涨落混为一团。一个沿经典轨道运动得很好的重物体,可以立即承受住两种涨落的效应;同样,一个较轻的物体则可能明显受到两种效应的影响。
由轻物体反复碰撞引起的不规则的运动,在19 世纪早期受到植物学家布朗(Robert Brown)的注意,以后他研究的这种不规则运动就称为布朗运动。这种运动很容易观察到,我们将一滴墨水滴进水里,然后在显微镜里观察墨水粒。它们那种极不平稳的运动,被爱因斯坦用墨粒与水分子碰撞引起的涨落,作了定量的解释。这样,分子第一次被人们有效地观察到了。薛定谔猫
在准经典领域里,物体近似遵循经典定律。它们会发生涨落,但这些涨落是一些叠加在相当经典行为模式上的单个事件。一旦这一情形出现了,那么,另一个经典物体在历史上的涨落,就可以放大到任意的等级。一架显微镜可以放大一个墨粒被一个分子撞碰的图像,一张照片可以无限期保存这放大了的图像。
这使我们想起了关于薛定谔猫的著名实验。在这个实验里一个量子事件被放大,�