酒店多元宇宙：平行宇宙就像酒店房间，每一个都差不多——只有微小的不同，以噪声的形式存在着，它们在告诉我们，我们拥有的是哪一个。Louis Fox / 华盖创意
对物理学家而言，彻底的静默，等同于终极噪声。即便我们把手机静音，我们的思想依然在活跃；即便我们阻止一切振动，量子的噪声依然伴随左右。它意味着隐藏在大自然深处的一种不确定性，状态的突变，和无法解释的运动，既是万物所固有的，也是一种让人难以理解的特征。它看上去毫无意义可言。
人们把希望寄托在物理学家身上，希望他们对这种无所不在的噪声作出解释。但它依旧是科学中的一个最大谜团。量子理论对这些噪声的来源，以及它们的呈现方式绝口不提。该理论中的定义性方程——薛定谔方程，从头到尾都是确定性的。完全没有噪声的立足之地。要对量子粒子的嘈杂作出解释，我们需要更多的原理。
对于像尼尔斯·玻尔这样的老派物理学家来说，观察行为本身就是决定性的。薛定谔方程拟了一个清单，列出了粒子行为的所有可能性，而只有当我们对一个粒子进行测量后，才有机会在这个清单中随机选择一种。相同的粒子能够作出不同的选择，其基本过程会以一种不可控的方式，展现出不同的结果。在玻尔看来，对量子噪声的解释到此就结束了。正如约翰·惠勒所言，这是“创建的基本行为”，它是没有先决条件的。世界的创生，并非源自遥远过去的某个事件，而是我们赐予的连续过程。是我们对这个世界的观察，创造了这个世界。
怀疑论者如爱因斯坦，既认为这非常浪漫，也觉得它完全不可理解。谁是“我们”？什么是“观察”？物理学家和哲学家，用尽一整个世纪中那些最好的时光，来寻求好懂一点的解释。我们可以假定量子噪声，就像我们在日常生活中所遇到的噪声一样，带有某种含义，只是我们无法理解。表面上的不确定，可能源于某种确定的过程，只是由于种种原因，我们无从得见这些过程。这就好比，如果我们生活的宇宙是无数平行宇宙中的一个，我们无从得知哪一个是我们的宇宙。噪声本质上是在告诉我们，我们生活在哪个宇宙。这些粒子行为的微小起伏，是我们这个宇宙区别于其它宇宙的关键，而它们之所以呈现为“噪声”，是因为我们出现在哪里，是一种纯偶然事件，就像我们订酒店的房间时，被安排到了314，而非159一样。
噪声本质上是在告诉我们，我们生活在哪个宇宙。
我们也可以假定量子噪声确实毫无意义，而量子理论——也如玻尔所认为的那样是不确定的。在这个方向上，我们需要面对的挑战，可能就是如何给“观察”作个更好的定义。1986年，三位物理学家吉安卡洛·吉拉迪、阿尔伯托·瑞米尼和图里奥·韦伯，提出了GRW理论。他们认为，量子噪声的无意义并不仅在其自身，对于实验者所谓的触发行为也是如此。事实上，一切都只是假像。该理论认为，这是一种完全自发的行为——单个粒子的波函数每1亿年会发生1次的主动塌缩。
在旷日持久的大讨论中，GRW理论及其变种们扮演了一个特殊的角色。虽然它们不是量子力学不确定性的唯一理解方式，却也是唯一一种把不确定性——如噪声——展示出来的诠释方案。和其它理论不同，它们没有把不确定性深埋在亚量子层面中。GRW同时也是极少数可供验证的理论。现在，我们终于可以用数据来检验一个从德谟克利特和柏拉图时代就开始的争论：宇宙在根本上是否是确定的？
GRW理论认为，粒子所表现出来的偶发性噪声，会为它们打开一扇通往不同地点的现实之门。这种情况不会经常出现，否则粒子的行为就会随时偏离薛定谔方程。这种自发性出现的概率，大约是1亿年1次，因为一旦出现，其效应就会被量子的纠缠特性——粒子间幽灵般的相互联系——极度放大。一个粒子的波函数一旦塌缩，所有与其有纠缠关系的粒子都会感知到。
这样的倍增效应，可以很好地解释为什么我们在粒子层面看到的量子行为不会在日常生活中发生——为什么一个粒子没有确定性可言，而一个宏观物体是确定的。尽管一个人或一颗行星可能会短暂地处于不确定状态中，但它是一个大目标，它体内至少有一个粒子会迅速地发生波函数塌缩。这个粒子，及其所有纠缠同伴的位置都会被固定下来。一个对象如果拥有10^23个彼此纠缠的粒子，那它大约每十亿分之一秒就会被固定一次。
量子噪声的这种行为发生在空间位置上，同样也会对别的特性产生间接影响。薛定谔那只又死又活的猫很快就能分出死活，因为与这两种情况相对应的，是猫体内粒子的不同空间排列方式，按照GRW理论，它会从中作出选择。
GRW理论也能让观察这个词不再那么神秘。观察只是把一个粒子和一群粒子相关联，因此我们可以获得与这个粒子有关的特性。在这种情况下，我们是把这个粒子暴露在将一群粒子固化的、已经塌缩了的波函数面前。我们可能并没有像玻尔所说的那样直接创造出现实，而是把无处不在的波函数噪声作用在对象身上，否则它就会转瞬即逝。
通常人们认为，熵的增加是因为无序之道多于有序。
和量子力学一样，GRW理论的形式也是数学，它并不声言这个世界的构成——也就是哲学家所谓的本体论。它的创始人原本构想出了一个粒子本体论：一个原子的世界。但即使宇宙只有弥散的物质和力场，这个理论也讲得通。GRW理论作为一种针对量子力学的诠释，和其它理论的区别，在于它认为量子噪声是不可被触发的。结果是自发出现的。因此，严格来说，它并不依赖于其它存在。这个理论开启了一种全新的可能：宇宙是由纯粹的噪声构成的。
这种彻底的抽象主义观点，最早是1987年由以色列物理学家约翰·贝尔提出的，后来又经罗格斯大学罗德理克·特米尔卡的发展。他们认为，宇宙就像一个漆黑的、被闪光灯随意照亮的礼堂：它是一系列不相连的瞬间，而不是连续的存在。由于我们的观察被包括在这些随机的瞬间之中，因此我们无法区分出这个宇宙和下一个宇宙。我们可能会发现，一个粒子此刻在这里，过了一会又在那里，因此很自然地，会假设它曾经出现在这两者之间，而事实上却可能并不是这样。假如它并未曾出现在这两者之间，那么粒子的存在方式，可能就与我们通常的理解不同了。
我们并不一定要接受这种观点，但这是一种有趣的暗示：这是解决量子纠缠和相对论间矛盾的唯一已知方向，而不是将这两者中的一方全盘抛弃。即便是发展得最完善的量子理论，量子场——这种专为调和这两者而创立的理论，也没有消除测量过程中引发的冲突。正如爱因斯坦所意识到的那样，假如量子物理具有不确定性，那么纠缠态粒子间的瞬间感应又是什么。这种效应非常微弱——且无法传递信号——但“瞬间”一词在相对论中依然是被禁止的。相对论中“相对”一词的意义是对于观察者而言，时间的流逝是相对的，因此一个瞬间完成的过程是没有客观意义的。当一位观察者看到一个效应后，另一位观察者即便在相同的位置上也有可能会看不到，因此悖论出现了。但这一矛盾在GRW理论中不存在，因为不同的观察者，拥有各自的“闪光”。无论有多少这样的“闪光”，它们都没有特定的原因，它们在时间中的排列次序并不重要。无论哪个闪光先出现，薛定谔方程都会确保它和下一次闪光相关联。在空间和时间中，不存在什么机制能够产生这种关联，因此相对性在此不适用。
即便是提出这一“闪光”观点的人也并不怎么喜欢这个假说。没有时空机制，我们似乎失去了对这种关联性作更深层了解的一切希望，我们只能野蛮地全盘接受这个事实。但这个假说仍然值得我们思考，因为它证明量子纠缠和相对论并不是全然矛盾的，同时它也在暗示，调和这两个理论，需要我们对空间和时间中存在的意义进行反思。
被噪声击碎：理论上，碎裂的手机屏幕能够自我复原。是量子噪声干扰了构成屏幕的分子，使之成为不可能。Rokas Tenys / Kittibowornphatnon / Shutterstock
GRW理论还可以用来解决物理学中完全不相干的问题。戴维·阿尔伯特，是哥伦比亚大学的哲学家，原来是一位理论物理学家。他认为，这一理论有助于解释热力学第二定律：熵的发展趋势——熵，大致上可以理解为一组分子的无序程度——它在一个封闭的系统中会与日俱增。通常人们认为，熵的增加是因为无序之道多于有序，因此一个完美有序的系统，会自然而然地趋向于混乱。但是教科书忽略了重要的一点：为什么无序的可能性要更大？一个系统，能够以无限种不同方式被组织在一起，在无限种有序状态和无限种无序状态之间，并没有谁指出一条明确的道路。
简而言之，把手机扔到地上，把屏幕摔碎太容易了。而一部碎坏的手机，通过分子的正确运动，自发修复的可能性也不是没有。可惜我们从未见到过这种事情。这并不是因为反转状态在本质上具有稀有性。事实上，分子通过正确排列，回复有序状态的方式也有无限多种。面对这个问题，物理学家通常只是承认：假设反转状态是稀有的。
而阿尔伯特认为，问题的关键并不在于数量，而是它们在空间分布上的可能性。反转是状态之海中的孤立小岛，它们处在通往更加无序的路途中。他认为，形势并不取决于对状态数量的假设。用稍微不同的方式扔下手机，屏幕仍会碎裂。但屏幕要想自我修复，分子必须以恰到好处的方式运动，稍有偏差都不行。量子噪声就在这里扮演着它的角色。它会对这个系统产生持续的影响，不断地产生微小的偏差。假如宇宙能够反转，噪声就会迅速回归常态。
这个观点要得以成立，噪声就必须是自发产生的——它必须不依赖于任何触发机制，如进行测量。而且，噪声必须是真正不可再分的——在这方面我们不能再犯无知的错；噪声同时也需对粒子产生足够多的干扰，这样才可以阻止任何形式的反转。而唯有GRW及各种对量子噪声的解释，才能满足这三个条件。
GRW是一个强大的理论，但它的实验预测到目前为止，还无一被验证。这些预测中包括了许多奇特的效应。比如，它会导致电子在毫无征兆的情况下转向，并释放出X射线。意大利国家核物理研究所的卡特琳娜·卡西努和同事们去年公开的研究结果表明，这种情况至少每10亿年才会发生1次，这显然把GRW理论最初的估算结果给否定了。量子噪声会对LIGO这样的引力波探测器产生影响。因为它在传感器上产生的效应是否明显，和传感器的大小有关，所以这样的实验是否能够成功，不仅取决于噪声突变发生的频率，还取决于受其影响区域的大小。现有传感器测得的噪声极低，无法提供有力的支持。
按照GRW的机制，它的复杂性是超乎想像的；例如，粒子对噪声的敏感性取决于它们的质量。这看起来颇有道理。因此这一理论仍然是有生命力的。但是缺乏一个清楚明白的信号终归令人气馁。如果这个理论在基础层面上倡导的是不确定性，那么它的“零”成果，使宇宙的根本层面看起来倒具有某种默认的确定性。
确定性并不会完全消除噪声，而只是对它们进行重新定位。通过物理学定律，我们能够对噪声每一次突变的源头进行追踪——它不会像GRW理论中所描述的那样无中生有，而是拥有特定的轨迹。理论上，我们可以通过这些轨迹，回溯到宇宙的初始状态，回溯到一个包含了所有噪声，所有噪声聚集在一起的时期。无论这些噪声的源头是什么，它们都是世界的原始物，在此基础上，经由各类演化和浮现，塑造出丰富多彩的模式。
物理学家在实验室里，寻求去除噪声，将其简化的内核呈现给世人。但在某些更深的层次上，他们去除的是信号，展示的是噪声。他们在此基础上，提出了一个根本性问题——噪声是否就是信号？“对于上帝而言，一切都是信号，”南加州大学工程和法律教授巴特·柯斯克曾经这样说过。但是谁又敢保证，反过来就是错的呢：对于上帝而言，一切都是噪声；而人类，通过创造自身的意义，把一切转化成了信号。
乔治·缪塞尔 文 / 老孙 译
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