編者注：本文最初發表於2007年12月刊的《大眾科學》雜誌，並因 PBS 新紀錄片《平行世界，平行人生》的上映而從我們的檔案中重新發布。
休·艾弗雷特三世是一位才華橫溢的數學家、一位不落俗套的量子理論家，後來又成為一位成功的國防承包商，可以接觸到美國最敏感的軍事機密。他為物理學引入了一種新的現實觀念，並在核末日陰影籠罩世界歷史程序的關鍵時刻產生了影響。對於科幻愛好者來說，他仍然是一位民間英雄：他發明了多重宇宙量子理論。對他的孩子們來說，他又成了另一個人：一位情感上無法接近的父親；“餐桌旁的一塊傢俱”，手裡拿著香菸。他還是一位長期酗酒的煙鬼，英年早逝。
至少在他的宇宙分支中，他的歷史就是這樣展開的。如果艾弗雷特在 20 世紀 50 年代中期在普林斯頓大學求學時提出的多世界理論是正確的，那麼他的人生在無數個分支宇宙中會有許多其他的轉折。
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艾弗雷特的革命性分析打破了量子力學如何解釋的理論僵局。儘管多世界理論即使在今天也絕非被普遍接受，但他構思該理論的方法預示了量子退相干的概念——這是一種現代解釋，說明了為什麼量子力學的機率性怪異現象會轉化為我們經驗中的具體世界。
艾弗雷特的作品在物理學和哲學界廣為人知，但關於其發現以及他一生中其餘歲月的敘述卻鮮為人知。俄羅斯歷史學家葉夫根尼·希霍夫採夫、我自己和其他人的檔案研究，以及我對已故科學家的同事和朋友以及他的搖滾音樂家兒子的採訪，揭示了一個才華橫溢的智者過早地被個人惡魔吞噬的故事。
荒謬的事情
艾弗雷特的科學之旅始於 1954 年的一個晚上，他在二十年後回憶說，“喝了一兩口雪利酒之後”。他和他的普林斯頓同學查爾斯·米斯納以及一位名叫奧格·彼得森（當時是尼爾斯·玻爾的助手）的訪客正在思考“關於量子力學含義的荒謬事情”。在這次討論中，艾弗雷特產生了多世界理論的基本思想，並在隨後的幾周內開始將其發展成一篇論文。
這個想法的核心是透過讓理論本身的數學來展示道路，而不是透過在數學上附加解釋性假設，來解釋量子力學的方程在現實世界中代表什麼。透過這種方式，這位年輕人挑戰了當時的物理學界，重新思考其關於什麼是物理現實的基本概念。
在追求這一目標的過程中，艾弗雷特大膽地解決了量子力學中臭名昭著的測量問題，這個問題自 20 世紀 20 年代以來一直困擾著物理學家。簡而言之，問題的產生源於基本粒子（如電子和光子）在微觀量子層面的現實中相互作用的方式與從宏觀經典層面測量粒子時發生的情況之間的矛盾。在量子世界中，一個基本粒子或一組這樣的粒子可以以兩種或多種可能的存在狀態的疊加態存在。例如，電子可以處於不同位置、速度和自旋方向的疊加態。然而，每當科學家精確測量這些屬性中的一個時，他們都會看到一個確定的結果——只是疊加態的一個元素，而不是它們的組合。我們也沒有看到宏觀物體處於疊加態。測量問題歸結為這個問題：我們經驗的獨特世界是如何以及為什麼從疊加量子世界中可用的多種可能性中產生的？
物理學家使用稱為波函式的數學實體來表示量子態。波函式可以被認為是疊加量子系統的所有可能配置的列表，以及給出每個配置機率的數字，從我們的角度來看，該機率似乎是隨機選擇的，如果我們測量系統，我們將檢測到該機率。波函式將疊加態的每個元素都視為同樣真實，即使從我們的角度來看，它們不一定具有相同的機率。
薛定諤方程描述了量子系統的波函式將如何隨時間變化，這種演化預測將是平滑且確定性的（即，沒有隨機性）。但是，這種優雅的數學似乎與人類用科學儀器（本身可以被視為量子力學系統）觀察量子系統（如電子）時發生的情況相矛盾。因為在測量的瞬間，描述替代方案疊加的波函式似乎坍縮為疊加態的一個成員，從而中斷了波函式的平滑演化並引入了不連續性。單個測量結果出現，將所有其他可能性從經典描述的現實中排除。在測量瞬間產生的替代方案似乎是任意的；它的選擇並非邏輯地從測量前電子的資訊豐富的波函式中演化而來。坍縮的數學也沒有從薛定諤方程的無縫流動中產生。事實上，坍縮必須作為假設新增，作為似乎違反方程的附加過程。
許多量子力學的創始人，特別是玻爾、維爾納·海森堡和約翰·馮·諾伊曼，就量子力學的一種解釋達成了一致意見——被稱為哥本哈根解釋——以處理測量問題。這種現實模型假設量子世界的力學簡化為經典可觀察現象，並且僅在經典可觀察現象方面找到意義，而不是相反。
這種方法賦予外部觀察者特權，將觀察者置於與被觀察物體的量子領域不同的經典領域中。儘管哥本哈根學派無法解釋量子領域和經典領域之間邊界的性質，但他們仍然非常成功地將量子力學應用於技術。整整幾代物理學家被教導說，量子力學的方程僅在現實的一部分（微觀）中起作用，而在另一部分（宏觀）中不再相關。這就是大多數物理學家所需要的全部。
普遍波函式
與此形成鮮明對比的是，艾弗雷特透過融合微觀世界和宏觀世界來解決測量問題。他使觀察者成為被觀察系統的組成部分，引入了一個普遍波函式，將觀察者和物體連線為單個量子系統的組成部分。他以量子力學的方式描述了宏觀世界，並將大型物體也視為存在於量子疊加態中。他打破了玻爾和海森堡的觀點，摒棄了波函式坍縮的不連續性的必要性。
艾弗雷特提出的激進新想法是：如果波函式的連續演化沒有被測量行為中斷會怎麼樣？如果薛定諤方程始終適用並適用於一切事物——物體和觀察者都一樣會怎麼樣？如果疊加態的任何元素都永遠不會從現實中消失會怎麼樣？這樣的世界對我們來說會是什麼樣子？
艾弗雷特看到，在這些假設下，觀察者的波函式實際上會在觀察者與疊加物體的每次相互作用中分叉。普遍波函式將包含構成物體疊加態的每個替代方案的分支。每個分支都有觀察者自己的副本，該副本將這些替代方案之一感知為結果。根據薛定諤方程的一個基本數學性質，一旦形成，分支就不會相互影響。因此，每個分支都開始了不同的未來，彼此獨立。
考慮一個人測量一個處於兩種狀態疊加態的粒子，例如處於位置 A 和位置 B 的疊加態的電子。在一個分支中，這個人感知到電子在 A 位置。在一個幾乎相同的分支中，這個人的副本感知到同一個電子在 B 位置。每個人的副本都認為自己是獨一無二的，並將機會視為從物理可能性的選單中烹飪出一種現實，即使在完整的現實中，選單上的每個替代方案都會發生。
解釋我們將如何感知這樣的宇宙需要將觀察者納入圖中。但是，無論人類是否存在，分支過程都會發生。一般來說，在物理系統之間的每次相互作用中，組合系統的總波函式都會以這種方式趨於分叉。今天對分支如何變得獨立以及每個分支如何變成我們習慣的經典現實的理解被稱為退相干理論。它是現代標準量子理論中公認的一部分，儘管並非所有人都同意艾弗雷特的所有分支都代表存在的現實的解釋。
艾弗雷特並非第一個批評哥本哈根坍縮假設不足的物理學家。但他透過從量子力學方程本身推匯出普遍波函式的數學上一致的理論，取得了新的突破。多重宇宙的存在是他的理論的結果，而不是謂詞。艾弗雷特在他的論文的腳註中寫道：“從理論的角度來看，疊加態的所有元素（所有‘分支’）都是‘實際的’，沒有哪個比其他的更‘真實’。”
大約五年前，巴西巴伊亞聯邦大學的科學史學家奧利瓦爾·弗雷雷·Jr. 在檔案研究中發現，包含所有這些想法的草案引發了一場引人注目的幕後鬥爭。1956 年春天，艾弗雷特在普林斯頓大學的學術顧問約翰·阿奇博爾德·惠勒將論文草稿帶到哥本哈根，以說服丹麥皇家科學院和文學院出版它。他寫信給艾弗雷特，說他與玻爾和彼得森就此進行了“三次長時間且激烈的討論”。惠勒還與玻爾理論物理研究所的其他幾位物理學家分享了他學生的作品，包括亞歷山大·W·斯特恩。
分裂
惠勒給艾弗雷特的信中報告說：“您美麗的波函式形式主義當然仍然屹立不倒；但我們所有人都認為，真正的問題是要附加到形式主義量的詞語。”一方面，惠勒對艾弗雷特使用“分裂”人類和炮彈作為科學隱喻感到不安。他的信件揭示了哥本哈根學派對艾弗雷特作品含義的不安。斯特恩駁斥艾弗雷特的理論是“神學”，惠勒本人也不願挑戰玻爾。在給斯特恩的一封冗長而圓滑的信中，他解釋並原諒了艾弗雷特的理論，認為它是對量子力學主流解釋的擴充套件，而不是反駁
我想我可以這樣說，這位非常優秀、能幹且獨立思考的年輕人逐漸接受了目前解決測量問題的方法是正確且自洽的，儘管在目前的論文草稿中仍然保留著過去可疑態度的少數痕跡。因此，為了避免任何可能的誤解，讓我說一下，艾弗雷特的論文並非旨在質疑目前解決測量問題的方法，而是接受它並推廣它。[原文強調。]
艾弗雷特會完全不同意惠勒對他對哥本哈根解釋的看法的描述。例如，一年後，當回應《現代物理評論》雜誌的編輯布萊斯·S·德威特的批評時，他寫道
哥本哈根解釋是無可救藥地不完整的，因為它先驗地依賴於經典物理學……以及一種哲學怪胎，它對宏觀世界抱有“現實”概念，而對微觀世界則否認相同的概念。
當惠勒在歐洲為他的論點辯論時，艾弗雷特正面臨失去學生緩徵兵役的危險。為了避免去新兵訓練營，他決定在五角大樓找一份研究工作。他搬到了華盛頓特區地區，再也沒有回到理論物理學領域。
然而，在接下來的一年裡，他與惠勒進行了長途交流，因為他不情願地將論文縮減到原來長度的四分之一。1957 年 4 月，艾弗雷特的論文委員會接受了縮減後的版本——沒有“分裂”。三個月後，《現代物理評論》發表了縮短後的版本，題為“量子力學的‘相對態’公式”。在同一期雜誌上，惠勒發表了一篇配套論文，讚揚了他的學生的發現。
當這篇論文發表時，它立即陷入了默默無聞。惠勒逐漸疏遠了與艾弗雷特理論的聯絡，但他與這位理論家保持聯絡，徒勞地鼓勵他做更多量子力學方面的工作。在去年的一次採訪中，當時 95 歲的惠勒評論說：“[艾弗雷特] 對他的理論沒有得到反響感到失望，甚至可能感到痛苦。我多麼希望我能繼續與艾弗雷特進行討論。他提出的問題很重要。”
核軍事戰略
艾弗雷特在為五角大樓開始他的第一個專案近一年後，獲得了普林斯頓大學的博士學位：計算核戰爭中放射性塵埃的潛在死亡率。他很快成為五角大樓幾乎隱形但極具影響力的武器系統評估小組 (WSEG) 數學部門的負責人。艾弗雷特就選擇氫彈目標和構建轟炸機、潛艇和導彈核三位一體的最佳方法向艾森豪威爾和肯尼迪政府的高階官員提供建議，以在核打擊中發揮最佳威力。
1960 年，他幫助撰寫了 WSEG 第 50 號報告，這是一份具有催化作用的報告，至今仍被列為機密。根據艾弗雷特的朋友和 WSEG 同事喬治·E·普以及歷史學家的說法，WSEG 第 50 號報告使軍事戰略合理化並促進了軍事戰略的實施，這些戰略在幾十年內一直有效，包括相互保證摧毀的概念。WSEG 向核戰爭決策者提供了足夠多的關於放射性塵埃全球影響的可怕資訊，以至於許多人相信維持永久僵局的優點——而不是像一些有權勢的人所倡導的那樣，對蘇聯、中國和其他共產主義國家發動先發制人的首次打擊。
關於艾弗雷特理論的最後一場鬥爭也發生在這個時期。1959 年春天，玻爾在哥本哈根接見了艾弗雷特。他們在六週的時間裡會面了幾次，但效果不大：玻爾沒有改變立場，艾弗雷特也沒有重新進入量子物理學研究。不過，這次旅行並非完全失敗。一天下午，在 Østerport 酒店喝啤酒時，艾弗雷特在酒店的信箋上寫下了他對另一項數學傑作的重要改進，即廣義拉格朗日乘數法，也稱為艾弗雷特演算法。該方法簡化了複雜後勤問題的最佳解決方案的搜尋——從核武器的部署到準時制工業生產計劃，再到最大限度地實現學區取消種族隔離的校車路線。
1964 年，艾弗雷特、普和其他幾位 WSEG 同事創立了一傢俬營國防公司 Lambda Corporation。除其他活動外，該公司還設計了反彈道導彈系統的數學模型和計算機化的核戰爭遊戲，據普稱，軍方多年來一直在使用這些遊戲。艾弗雷特迷上了發明貝葉斯定理的應用，貝葉斯定理是一種將未來事件的機率與過去經驗相關聯的數學方法。1971 年，艾弗雷特建造了一個貝葉斯機器原型，這是一個從經驗中學習並透過推斷可能的結果來簡化決策的計算機程式，很像人類的常識能力。在五角大樓的合同下，Lambda 使用貝葉斯方法發明了跟蹤來襲彈道導彈軌跡的技術。
1973 年，艾弗雷特離開了 Lambda，並與 Lambda 同事唐納德·雷斯勒共同創立了一家資料處理公司 DBS。DBS 研究武器應用，但專門分析政府平權行動計劃的社會經濟影響。當他們第一次見面時，雷斯勒回憶說，艾弗雷特“羞怯地”問他是否讀過他 1957 年的論文。“我瞬間思考了一下，然後回答說，‘哦，我的上帝，你就是那個艾弗雷特，那個寫了那篇瘋狂論文的瘋子，’”雷斯勒說。“我在研究生院讀過它，並嗤之以鼻，斷然拒絕了它。”兩人成為了好朋友，但同意不再談論多重宇宙。
三杯馬提尼午餐 儘管取得了所有這些成功，但艾弗雷特的生活在許多方面都受到了損害。他以酗酒而聞名，朋友們說這個問題似乎隨著時間的推移而愈演愈烈。據雷斯勒說，他的合夥人通常享用三杯馬提尼午餐，然後在辦公室裡睡個午覺——儘管他仍然設法保持高效。
然而，他的享樂主義並沒有反映出一種輕鬆、玩世不恭的生活態度。“他不是一個有同情心的人，”雷斯勒說。“他對事物的研究帶來了冷酷、殘酷的邏輯。公民權利權利對他來說毫無意義。”
約翰·Y·巴里是艾弗雷特在 WSEG 的前同事，他也質疑他的道德操守。在 20 世紀 70 年代中期，巴里說服他在摩根大通的僱主聘請艾弗雷特開發一種預測股市變動的貝葉斯方法。據多人稱，艾弗雷特成功了——然後拒絕將產品交給摩根大通。“他利用了我們，”巴里回憶道。“[他是一個] 才華橫溢、具有創新精神、狡猾、不可靠、可能酗酒的人。”
艾弗雷特以自我為中心。“休喜歡信奉一種極端唯我論，”DBS 的前僱員伊萊恩·齊昂說。“儘管他煞費苦心地將他的[多世界]理論與任何關於思想或意識的理論區分開來，但顯然我們所有人都欠我們的存在相對於他創造的世界。”
而且他幾乎不認識他的孩子們，伊麗莎白和馬克。
隨著艾弗雷特追求他的創業生涯，物理學界開始認真審視他曾經被忽視的理論。德威特 180 度大轉彎，成為其最忠實的擁護者。1967 年，他撰寫了一篇文章，提出了惠勒-德威特方程：量子引力理論應該滿足的普遍波函式。他讚揚艾弗雷特證明了這種方法的必要性。然後，德威特和他的研究生尼爾·格雷厄姆編輯了一本物理學論文集《量子力學的多世界解釋》，其中收錄了艾弗雷特論文的未刪節版本。“多世界”這個警句迅速流行起來，並在 1976 年的科幻雜誌《Analog》中廣為流傳。
然而，並非所有人都同意哥本哈根解釋需要讓位。康奈爾大學物理學家 N·大衛·梅爾敏認為，艾弗雷特解釋將波函式視為客觀真實世界的一部分，而他認為波函式僅僅是一種數學工具。“波函式是人類的構造，”梅爾敏說。“它的目的是使我們能夠理解我們的宏觀觀察。我的觀點與多世界解釋正好相反。量子力學是一種使我們能夠使我們的觀察連貫一致的工具，而說我們身處量子力學之中，並且量子力學必須適用於我們的感知，這是不一致的。”
但是，許多在職物理學家表示，應該認真對待艾弗雷特的理論。
斯坦福大學理論物理學家斯蒂芬·申克說：“當我在 20 世紀 70 年代後期聽到艾弗雷特的解釋時，我認為這有點瘋狂。現在我認識的大多數思考弦理論和量子宇宙學的人都在思考類似於艾弗雷特風格的解釋。而且由於量子計算的最新發展，這些問題不再是學術性的了。”
退相干理論的先驅之一，洛斯阿拉莫斯國家實驗室的院士沃伊切赫·H·祖雷克評論說：“艾弗雷特的成就是堅持認為量子理論應該是普遍的，不應該將宇宙劃分為先驗經典的事物和先驗量子的事物。他給了我們所有人一張通行證，讓我們以我們現在使用量子理論的方式來描述測量作為一個整體。”
普林斯頓高階研究所的弦理論家胡安·馬爾達西那反映了他的同事們的普遍態度：“當我從量子力學的角度思考艾弗雷特理論時，這是最合理的信念。在日常生活中，我不相信它。”
1977 年，德威特和惠勒邀請討厭公開演講的艾弗雷特在德克薩斯大學奧斯汀分校就他的解釋發表演講。他穿著皺巴巴的黑色西裝，在整個研討會期間都在不停地抽菸。現在在牛津大學的戴維·多伊奇是量子計算領域的創始人之一（其本身也受到艾弗雷特理論的啟發），當時也在場。“艾弗雷特超越了他的時代，”多伊奇在總結艾弗雷特的貢獻時說。“他代表了拒絕放棄客觀解釋。物理學和哲學領域的最初目的是解釋世界，但放棄這一目的對這兩個領域的進步造成了極大的危害。我們不可挽回地陷入了形式主義，一些不具有解釋性的事物被視為進步，而真空則被神秘主義、宗教和各種垃圾所填補。艾弗雷特之所以重要，是因為他站出來反對它。”
在德克薩斯州之行後，惠勒試圖將艾弗雷特與加利福尼亞州聖巴巴拉的理論物理研究所聯絡起來。據報道，艾弗雷特對此很感興趣，但該計劃最終未能實現。
全部體驗
艾弗雷特於 1982 年 7 月 19 日在床上去世。年僅 51 歲。他的兒子馬克當時還是個十幾歲的少年，他記得那天早上發現了父親冰冷的屍體。感受到冰冷的身體，馬克意識到他以前從未觸控過他的父親。“我不知道該如何看待我的父親剛剛去世的事實，”他告訴我。“我真的和他沒有任何關係。”
不久之後，馬克搬到了洛杉磯。他成為了一位成功的詞曲作者和一支流行搖滾樂隊 Eels 的主唱。他的許多歌曲都表達了他作為一位抑鬱、酗酒、情感冷漠的男人的兒子的悲傷經歷。直到他父親去世多年後，馬克才瞭解到艾弗雷特的職業生涯和成就。
馬克的妹妹伊麗莎白在 1982 年 6 月首次嘗試自殺，僅在艾弗雷特去世前一個月。馬克發現她昏迷在浴室地板上，並及時將她送往醫院。他回憶說，那天晚上晚些時候回到家時，他的父親“從報紙上抬起頭來說，‘我不知道她那麼悲傷。’”1996 年，伊麗莎白服用過量安眠藥自殺身亡，並在她的錢包裡留下了一張紙條，說她要去另一個宇宙與她的父親團聚。
在 2005 年的一首歌《Things the Grandchildren Should Know》中，馬克寫道：“我從來沒有真正理解/對他來說在自己的頭腦中生活是什麼感覺。”他信奉唯我論的父親會理解這種困境。“一旦我們承認任何物理理論本質上都只是一種關於經驗世界的模型，”艾弗雷特在他論文的未刪節版本中總結道，“我們就必須放棄找到任何類似正確理論的希望……僅僅是因為我們永遠無法獲得全部體驗。”