夸克与美洲豹 作者:[美]盖尔曼-第19章
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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，使它可以控制一个猫是否会被毒死。这样的放大即使不太精巧，但是完全可行。将一个装置挂在猫头上，这只猫的生命将决定于，例如，一块核碎片在衰变时辐射的方向。（在今天，一个人利用热核武器可以用相同的方法确定一个城市的命运。）
通常对薛定谔猫作如下讨论：描述在死猫和活猫两种剧情中无法断定的量子干涉。但是，活猫与外界有明显的相互作用，例如呼吸；而且即使是死猫，它也在某种意义上与空气相互作用。把猫放在箱子里也没有用，因为箱子要与外界发生相互作用，因此，猫还是与外界发生了相互作用。因此有大量机会，使猫活着的粗粒历史与猫死了的粗粒历史之间脱散。活猫和死猫剧情脱散；两种剧情之间不会相干。
也许正是猫故事的相干状况，使霍金声称：“当我听到关于薛定谔猫的故事时，我就摸我的枪。”其实他是模仿约斯特（HannsJohst）的一句话：“当我听到‘德国文化’这个词的时候，我就失去安全感而抓起我的勃朗宁手枪。”
假定决定猫命运的量子事件发生了，但我们在没有打开装猫的箱子以前，并不知道什么事情发生了。既然两个结果是脱散的，那么这种情况和一种经典的情况没有什么两样，即一个装有野兽的箱子在长距离空运到达目的地后，我们在打开箱子时，那可怜的野兽可能死了，也可能还活着，两者有相同的概率。但是人们浪费了大量的纸张去讨论那猫的假定的离奇古怪的量子力学状态：猫在同时既死了又活着。没有任何真实的准经典物体能够呈现出这种行为，因为猫与外界宇宙的相互作用，会使可选择的结果脱散。对惯性和准经典性的附加的粗粒化
准经典领域很自然地要求历史足够的粗粒化，以使这些历史能够在高度近似情况下脱散；但它还要求能进一步粗粒化，使历史上跟踪的对象在相当程度上有足够的惯性能够抵挡涨落，这些涨落显然与加遍了的事件有关。然而，相对经典行为来说这儿还是有一个小的偏离，有时候这偏离还会很大。
对惯性大的物体需要附加的粗粒化，其原因是足够大块的物质可以被跟踪，而且这些大块物质可有很大的质量。（如果某些稳定或近乎稳定的具有大质量的基本粒子可以得到，它们将提供一种不同的大惯性源。这些粒子在实验中尚未见到，但它们很可能存在；如果真的存在，它们将在宇宙膨胀最早期的时刻起重要的作用。）测量情境和测量
一个量子事件可能变得与准经典领域的某事件充分相关。这种情形在猫故事敏感的部分出现过，在那儿量子事件与动物的命运相关。这儿有一个比较简单而又不那么惊奇的例子：一块不纯的云母晶体中出现一个放射性核，这个核在衰变时只放射出两个向相反方向运动的带电碎片。其中一个碎片的运动方向在衰变发生前完全不能确定；但在衰变后它与留在云母中的一个痕迹完全相关。准经典的历史，像软辐射留下来的痕迹一样将所有要考察的加遍了，让彼此散开的不同方向彼此脱散。对于那些留下的痕迹，在通常温度下可以保留几十万年或更长的时间；当然仅仅只有持续的存在是一个（即使是不重要的一个）经典历史的例子。放射性衰变已触及到准经典的领域。
由于自发核分裂时留下的蜕变产物，在矿物中累聚起来形成的痕迹，常常用来测定矿石形成的年代；这种方法称为分裂跟踪测定法（fissiontrackdating），它可以用来测定几十万年以前生成的岩石。假定一个物理学家要对一个特定的痕迹进行研究。当他或她要测定岩石的生成年代时，他或她可以被认为在测量放射性核衰变的方向。无论怎么说，那痕迹在出现之日就一直留在那儿，并不是物理学家注意到它时它才存在（如像某些笨拙的量子力学描述可能猜测的那样）。当核衰变和痕迹形成之时，一种测量的情境就存在了；这就是一种与准经典领域的强相关已经建立起来了。实现具体的测量可以用一只蟑螂或者其他复杂的适应系统。这种测量包含着“注意”（noticing）一个特定可供选择的对象，它产生于一组具有不同概率的脱散的可供选择对象。这正像赛马场上发生的事情一模一样：我们“观察到”一匹特定的马在一次比赛中获胜。获胜的记录已经出现在准经典领域中，又被进一步记录在观察者的脑子里。但是，有许多敏感而聪明的解说员记下了有关测量过程中所谓人类意识的重要性。注意和观察真的那么重要吗？它们到底意味什么？IGUS——作为观察者的一个复杂适应系统
在这里一种观察是指修剪分枝的历史之树。在一种特殊的分枝情形下，只有一个树枝被保留下来（更精确地说，在每个树枝上，只有那条树枝被保存下来！）那些剪下来的树枝被扔掉了，与此同时，长出树枝的整个树被修剪了。
在某种意义上说，带有核分裂痕迹的云母完成了一种修剪工作、因为这痕迹记录下分裂碎片具体的运动方向，这也等于记下了所有其他碎片的运动方向。但一个观察这种痕迹的复杂适应系统，一般用更清楚的方法来修剪，其中包括观察信息流（这些信息流给出演变的概貌）。系统以后的行为，就可以反映出系统对特殊痕迹方向的观察。
一个作为观察者的复杂适应系统可以有一个特殊的名称。哈特尔和我称它为IGUS（information gathering and utilizingsystem，信息收集和利用系统）。如果IGUS 具有某种有效等级的知觉或自我意识（也就是说可以注意到观察一个核分裂痕迹方向这一活动的自身），那就更好了。这有什么必要吗？难道任何一个人，那怕是非常弱智的人，他做的观察真的就比一个大猩猩或者一个非洲人猿做的观察有更大的意义吗？如果不是这样的，为什么不用一只南美栗鼠或者一只蟑螂来代替猿猴？
当涉及到修剪历史的分枝树时，恐怕还是应该在人作为观察者（他知道有关量子力学的知识，因此知道树的起源）和其他不知道这些知识的观察者之间，作一种区别。在一定的意义上，这两者之间的不同，要大于一个不懂量子力学的人和一只南美栗鼠之间的不同。
当一个特定的结果已经知道后，一个IGUS 除了能删去可供选择的分枝以外，它还可以利用量子力学提供的概率近似描述，对未来的结果作出大胆的判断。仅仅是一个复杂适应系统，无法作出这种判断。不像一片云母，一个IGUS 可以把未来事件的估计概率输入到一个图式中，并以此图式确定其未来的行为。例如，一只住在沙漠里的哺乳动物，在下雨后的几天里它可能走很远一段路到一个深的水洞去，但它不会到一个浅水洼去，因为深水洞仍然有水的概率要大一些。
修剪树枝可以代替通常所说的“波函数的塌陷”（collapse ofthe wavefunction），后者是量子力学的一种传统解释。这
