從科幻小說的「分身」談起#

「分身（doppelgänger）」與「平行宇宙（parallel universe）」是科幻常見題材：

• 《星際爭霸戰》（Star Trek）的傳送器故障故事
• 《雙面情人》（Sliding Doors）：兩個版本的同一段戀情
• 《祖國》（Fatherland，德國贏得二戰）、《永恆的羅馬》（Roma Eterna，羅馬帝國未滅）等架空歷史小說

戴維·多伊奇（David Deutsch）認為，多數此類故事的「物理設定」都有嚴重內在矛盾。例如「幽靈空間（phantom zone）」中：

• 分身能看見光，那麼光要被吸收 → 應在原世界投下影子
• 分身能彼此看見，那他們看到的光從哪來？
• 分身能呼吸，那空氣是怎麼充滿整艘船而不溢散到太空？
• 分身能穿牆卻不掉穿地板……

「巫師做的（A wizard did it）」式的解釋——「分身就是會這樣」——是壞解釋。任何事件都能這樣交差。

量子論：實在的最深解釋#

量子論（quantum theory）是科學中已知最深的解釋，但它違反許多常識假設，包括許多人從未察覺的、屬於前量子物理學的隱性假設。

本章用一系列由淺入深的科幻設想，逐步說明量子論所描述的世界——即**「多世界詮釋（many-universes interpretation）」**。

戴維·多伊奇坦言：這在物理學家中仍是少數立場——但其他詮釋對許多現象都沒有別的解釋。

思想實驗（一）：兩個完全對稱的宇宙#

設想兩個從各自的大爆炸開始就完全一致、互不感知的宇宙。

• 物理律是普適、對稱、決定論的
• 沒有任何隨機性
• 沒有跨宇宙通訊

如何讓它們開始不同？如果僅是「彼此完全一致的兩個」，那麼確定論意味著任何事件都會在兩邊以同樣方式發生——它們永遠不會分歧。

關鍵新概念：可互換（Fungibility）#

可互換（fungible）：兩個或多個對象在所有面向都完全相同，包括位置——只是「有兩個」。

此詞借自法律術語：銀行帳戶裡的兩美元是「可互換」的——你還貸款時不必還回「同一張原本借走的鈔票」。

戴維·多伊奇強調：物理上的可互換性不是「視為相同」——而是真的完全相同。

萊布尼茲（Leibniz）的「同一不可區辨原理」否認其存在，但他錯了：

• 雷射中的光子可以是可互換的
• 「原子雷射」可釋放可互換的超低溫原子
• 銀行帳戶中的兩美元、能量的不同份額，也是日常可互換的範例

可互換性的反直覺特性#

在決定論、對稱性的物理律下：

• 兩個僅是「相同副本」（在不同位置等）的物體不可能分歧
• 但兩個可互換的物體可以分歧——這乍看更相似，卻反而打開了分化的可能

「可互換性中的多樣性（diversity within fungibility）」：

• 你帳戶裡有 100 美元，其中 1 美元已被指示歸還給稅務局
• 100 美元彼此可互換，但並非全部屬於同一所有者
• 這不是「無人擁有」也不是「兩人共有」——它就是一個語言難以描述、但物理上明確的狀態

思想實驗（二）：傳送器引發分歧#

設想宇宙不再僅是「兩個」，而是不可數無窮多個初始可互換的宇宙。物理律規定：

• 傳送器運作時，半數宇宙會有電壓激增（surge）
• 因為宇宙初始可互換，故「哪一半」沒有意義——這就是隨機性的真正來源

量子論的隨機性與機率，根源是物理律為多重宇宙提供的度量（measure）——詳第 8 章——而非真正的不確定性。

「電壓激增的機率為 1/2」這個陳述精確的意思是：在初始可互換的無窮觀察者中，恰好半數會看到激增。

當宇宙開始分歧後：

• 分化球（sphere of differentiation）：由分歧點向外以光速擴張，無法超光速
• 越擴張越接近完美球面
• 球內仍有大量物事在兩宇宙間相同（恆星、行星等）

量子化與離散性#

「分化球擴張時，球內每個原子的振動都會被微擾」這個古典直覺看似會打破所有可互換性。但量子論裁定：

物理變數通常是離散的。

一個原子能從輻射吸收的能量有一個「最小可能變化」——稱為「量子（quantum）」。

因此大物體面對微弱影響時，多數原子完全不變，只有少數原子發生離散且相對較大的變化。

純粹分裂的多重宇宙仍是壞解釋#

若多重宇宙只是「不斷分裂為更多獨立歷史的樹」，從居民角度而言與「單宇宙加隨機事件」沒有差別——這仍是壞解釋。

那麼，多重宇宙存在的真正證據從何而來？

干涉（Interference）：歷史可以重合#

在某些條件下，已分歧的歷史可以再次合併——這是分裂的時間反轉。

「干涉（interference）」：

• X 歷史與 Y 歷史在合適條件下重新合併
• 觀察者可實驗驗證：若中途隨機在 X 與 Y 之間決定，最終結果不應總是 X
• 但實驗事實上總是 X
• 故「中間階段只有 X 或 Y 中一個是真的」這個解釋被反駁——兩者都必須是真的

這就是多重宇宙存在的核心證據：多個歷史不僅存在，更會相互影響。

條件：干涉只能在「未與外界糾纏（entangled）」的物體上發生。

著名實驗：馬赫–曾德干涉儀（Mach–Zehnder Interferometer）#

• 一個光子打在「半反射鏡（semi-silvered mirror）」上

• 在半數宇宙中反射、半數宇宙中穿透
• 通過第二面鏡時兩條路徑的兩個光子實例同時抵達——它們合併
• 總是從右邊射出，永不從下方射出
• 個別檢查兩條路徑時又只看到單一光子
• 唯一的合理解釋：兩條路徑同時發生

糾纏（Entanglement）與退相干（Decoherence）#

糾纏（entanglement）：一個多重宇宙對象內部的訊息，決定了它的哪些實例可影響其他多重宇宙對象的哪些實例。

退相干（decoherence）：分歧波擴散到外界後，要「撤銷」差異變得不可行的過程。

• 退相干通常極快
• 因此微觀尺度上干涉現象普遍，宏觀尺度上幾乎只見分裂
• 這就是為什麼日常經驗看起來像「單一歷史的世界」

一切粒子都是「多重宇宙物件」#

電子等粒子在量子論中：

• 同時具有多個位置與多個速度
• 不是「粒子也是波」的舊比喻，而是一個遍佈空間的「電子場」
• 海森堡不確定原理（Heisenberg uncertainty principle）：任何可互換的粒子實例，必然在某些屬性上具有多樣性
• 這不是「不確定」（沒有人不確定），而是客觀的物理多樣性

原子的穩定性#

古典物理無法解釋原子的存在——電子應該迅速塌入原子核並輻射能量。量子論的解答：

• 電子的「擴散趨勢」（不確定原理導致）與被原子核吸引的趨勢恰好平衡
• 氫原子中最低能態的電子根本不在繞行，而是像墨點一樣靜止平衡
• 干涉與「可互換性中的多樣性」是所有固體結構與穩定性的核心

連續變化中的離散變數#

光子被原子吸收時：

• 起初：所有電子實例都在基態
• 結束：所有實例都在激發態
• 中間時刻：半數在基態、半數在激發態，仍可互換

這像是「連續可變的金錢從一個離散擁有者轉到另一個」——這是量子論中所有離散變數的轉換機制。

時間本身的本質#

戴維·多伊奇推測（依 Page 與 Wooters, 1983）：時間本身是糾纏現象的特例——「同一時刻」其實是「同一歷史」的等價說法。

量子計算（Quantum Computation）#

戴維·多伊奇本人的研究領域：

• 在「量子位元（qubit）」中保護資訊不與外界糾纏
• 量子平行（quantum parallelism）：多個計算在不同歷史中同時進行
• 末端透過干涉把多個歷史的訊息結合為單一輸出

約幾百個量子位元，便可同時執行比可見宇宙中原子還多的計算。

不過只有特定類型的計算能被量子干涉的數學「整合」——這是量子計算研究的核心。

「歷史」是突現現象#

多重宇宙不是「以宇宙為基本」、再用「補正」描述的——

宇宙、歷史、粒子、粒子實例都不是量子論直接指涉的對象，它們和「行星、人、戀情」一樣，都是多重宇宙中近似的、突現的現象。

歷史與地質學中的「地層」類比：

• 地層由其化學組成與化石類型來區分
• 兩者都是訊息流的近乎自主通道
• 兩者都沒有清晰邊界
• 兩者都可以局部合併、消失或重新形成

多少「科幻」是某個歷史中的「事實」？#

不違反物理律的虛構，幾乎都在多重宇宙某處是事實。

• 你被癌症在多年前殺死的歷史 → 存在
• 你的人生極不相同的版本 → 存在
• 戰爭以不同方式收場的歷史 → 可能存在

但物理常數不同的歷史不存在於量子多重宇宙中（這是不同的問題）。

某些「魔法成功」的故事可以是某個歷史的事實——例如「我穿牆而過」可以在某個歷史中發生（所有原子恰好在碰撞後恢復原方向）——但那個歷史是從牆那一刻才開始的，沒有「我穿牆」這個前後一致的因果連結。

知識在多重宇宙中的特殊地位#

一般效應在空間上會隨距離衰減，在多重宇宙中也會隨時間越來越不同。

唯一已知不衰減的現象，就是「無限之始」性的知識創造。

因為「知識創造是錯誤修正過程」——錯誤的方式遠多於正確的方式——所以在不同歷史中，知識創造的實體會迅速變得比其他事物更相似。

真實世界的尾聲#

我們所觀察到的任何事物——婚姻、星系、人——都是一個橫跨多個宇宙的更大實體的單宇宙切片。其他宇宙中那個實體可能看起來相同、可能看起來不同、可能根本不存在。

戴維·多伊奇對科幻最後的提議：

• 是否還有「訊息流之外」的某物可在多重宇宙中產生有條理的突現現象？
• 它能否擁有自己的目的、並設法塑造多重宇宙？
• 它是否能與我們以「非通訊」的方式互動（如同量子干涉）？

「正如我們處於宇宙重要性的頂端，任何能創造解釋的事物也都是如此——而頂端永遠有空間（there is always room at the top）。」

名詞與要點#

本章核心詞彙

• 可互換（Fungible）：在所有面向都完全相同
• 世界（The world）：整個物理實在
• 多重宇宙（Multiverse）：依量子論詮釋的「世界」
• 宇宙（Universe）：多重宇宙中近乎自主的區域
• 歷史（History）：一組隨時間可互換的宇宙
• 平行宇宙（Parallel universes）：對多重宇宙不甚準確的稱呼
• 實例（Instances）：多重宇宙對象在含「宇宙」的多重宇宙區域中，由「實例」近似構成
• 量子（Quantum）：離散物理變數所能發生的最小變化
• 糾纏（Entanglement）：多重宇宙對象內部之訊息，決定其哪些實例可影響其他對象之哪些實例
• 退相干（Decoherence）：分歧波之撤銷變得不可行的過程
• 量子干涉（Quantum interference）：不可互換的多重宇宙對象實例重新可互換時所引起的現象
• 不確定原理（Uncertainty principle）：量子論的（命名不佳的）推論——任何可互換的物理對象實例，其某些屬性必為多樣
• 量子計算（Quantum computation）：訊息流不局限於單一歷史的計算

小結#

• 物理世界是多重宇宙，其結構由其中的訊息如何流動決定
• 在多重宇宙的許多區域中，訊息以近乎自主的「歷史」之流動——其中一條就是我們所稱的「我們的宇宙」
• 宇宙近似遵守古典（前量子）物理律
• 我們能認識多重宇宙的其餘部分、能檢驗量子物理律，是因為量子干涉
• 因此「宇宙」並非精確的，而是突現的
• 量子論的隨機性源於初始可互換的物體實例分歧——這發生在決定論的物理律下
• 在量子物理中，變數通常離散，其變化過程是涉及干涉與可互換性的多重宇宙過程