提到量子力學(xué),很多吃瓜群眾會下意識地認(rèn)為是“玄學(xué)”,畢竟那是一個門完全顛覆我們?nèi)粘I罱?jīng)驗(yàn)的學(xué)科。
愛因斯坦的相對論雖然也顛覆了我們的傳統(tǒng)認(rèn)知,但相對論仍舊屬于經(jīng)典物理學(xué)范疇,因?yàn)橄鄬φ撟裱罨镜?strong>因果律和定域性(通俗理解就是光速限制)。相對論顛覆的只是我們對時空的傳統(tǒng)認(rèn)識,提出了全新的相對時空觀。
但量子力學(xué)完全顛覆了我們的世界觀和宇宙觀,甚至連最基本的因果律都被顛覆了。舉個最通俗的例子,我打你以耳光,然后你才會感覺到疼。如果說有這樣一個世界,你先感覺到疼,然后我才打了你以耳光,你是不是覺得很瘋狂?甚至覺得見鬼了?
而量子世界恰恰就是那樣一個“不講理”的世界。
還有,在我們的經(jīng)典宏觀世界里,一切都是真實(shí)客觀存在的,比如說一輛小汽車停在路邊,它就在那里,無論我們是否觀測,它都會一直在那里。但如果我告訴你,在一個詭異的世界里,只有你觀測了,汽車才會在那里。當(dāng)你不觀測時,汽車可能位于宇宙的任何地方,甚至同時存在兩個不同的地方,你會有什么感想?
你肯定會認(rèn)為我瘋了!
但我告訴你,假設(shè)那輛汽車在量子世界,上面所講的一切都會上演。汽車到底停在哪里,取決于你的觀測,進(jìn)一步來講就是我們的“意識”。難道我們的意識可以影響客觀世界?
不得不說,關(guān)于“意識”對量子世界的影響,在吃瓜種群中傳的越來越玄乎了。其實(shí)對于物理學(xué)大佬來講,在量子力學(xué)的一些詮釋當(dāng)中,雖然他們確實(shí)提到了“意識”的概念,但絕不像普通吃瓜群眾想的那么簡單。
物理學(xué)界大佬有極高的科學(xué)素養(yǎng),他們才沒有時間也沒有心思去研究玄幻哲學(xué)等其他學(xué)科。事實(shí)上,關(guān)于“意識”在量子力學(xué)中的詮釋,絕不能從字面意思去理解,而是有著更深層的邏輯鏈。
首先,量子力學(xué)中的所有詮釋,都基于一點(diǎn):觀測。也就是說量子力學(xué)所有的問題根源,其實(shí)都源于“觀測”。
量子世界擁有很多讓我們感覺到匪夷所思的特點(diǎn),比如說疊加態(tài),不確定性,糾纏態(tài)等量子態(tài),但是所有這些狀態(tài)都只能存在理論上,當(dāng)我們進(jìn)行觀測時,永遠(yuǎn)只能觀測到某一個確定狀態(tài)。
為什么會這樣?從不確定狀態(tài)到確定狀態(tài)這個過程中,到底發(fā)生了什么?
理論是枯燥的,我們就用著名的思想實(shí)驗(yàn)“薛定諤的貓”來舉例說明。
這個實(shí)驗(yàn)被我科普了無數(shù)次,具體過程就不講了,總之就是,一只貓的生死緊密地與放射性元素是否衰變聯(lián)系在一起。一旦衰變了,貓就會死,而如果沒有衰變,貓就活著。
按照量子力學(xué)詮釋,放射性元素衰變的概率為50%,具體來講就是同時處于衰變與不衰變的“疊加態(tài)”。那么貓最終的狀態(tài)也會是“生和死”的疊加態(tài),也就是說,存在一只“既死又活”的貓。
顯然,這并不符合我們的日常生活認(rèn)知,現(xiàn)實(shí)中怎么可能存在“既死又活”的貓呢?
好奇心讓我們看看“既死又活”的貓到底是什么樣的。而當(dāng)我們實(shí)施觀測的一瞬間,貓就會從“既死又活”的“疊加態(tài)”坍縮為“要么死,要么活”的唯一確定狀態(tài)。
也就是說,當(dāng)我們沒有觀測時,量子事件是一片模糊的“概率云”事件,而當(dāng)我們觀測的一瞬間,概率云發(fā)生了“坍縮”,成為唯一的確定狀態(tài)。
那么,是我們的觀測行為改變了結(jié)果嗎?或者說是我們的意識影響了最終的結(jié)果嗎?
以玻爾為首的哥本哈根學(xué)派認(rèn)為,談?wù)撚^測之前貓的狀態(tài)沒有任何意義,因?yàn)槿魏斡^測者和觀測行為都必須是獨(dú)立于理論外的特殊過程。
什么意思呢?
實(shí)際上就是“量子經(jīng)典邊界”問題,觀測行為和觀測者是經(jīng)典的,但微觀粒子屬于量子,兩者存在邊界,觀測行為必須跨越和這個邊界才行。
物理學(xué)家海森堡也提出了自己的“海森堡邊界”,認(rèn)為在邊界的一邊就是經(jīng)典世界,那里的一切都是我們平時感知到的,都遵循經(jīng)典物理法則,自然沒有疊加態(tài),也沒有不確定性。而另一邊遵循量子法則,到處充滿了疊加態(tài)和不確定性。
但是這個邊界到底在哪里?如何定義這樣的邊界?海森堡也不能解釋清楚。
海森堡認(rèn)為,這條邊界是由我們研究的問題本身的性質(zhì)決定的,這個物理過程不應(yīng)該有不連續(xù)性,這條邊界具體在什么位置具有完全的自由度。
可以看出,哥本哈根詮釋對于“邊界”的解釋其實(shí)是很模糊的,有逃避關(guān)鍵問題的嫌疑。
不過,對于量子世界是如何過渡到經(jīng)典世界這個問題,玻爾還提出了一個著名的原理:對應(yīng)原理。該原理認(rèn)為,量子力學(xué)必須在經(jīng)典物理邊界很自然地兼容。對應(yīng)原理最大的問題是:到底什么是經(jīng)典物理邊界?
我們都清楚,像電子和光子等微觀粒子,由于質(zhì)量非常小,具有明顯的量子效應(yīng),比如說疊加態(tài),不確定性等。而在我們的經(jīng)典世界里,由于經(jīng)典世界的物體質(zhì)量很大,比如一個籃球,只能表現(xiàn)出經(jīng)典物理效應(yīng),量子效應(yīng)表現(xiàn)不出來。
但如果我們把電子光子這樣的微觀尺度不斷放大,結(jié)果就是量子效應(yīng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)典物理效應(yīng),這個過程的轉(zhuǎn)變是非常自然的。
也就是說,不確定性在大質(zhì)量物體上完全可以忽略不計(jì),不確定性極小。而宏觀物體由于質(zhì)量很大,物質(zhì)波的波長也非常短,短到幾乎無法體現(xiàn)出波的特性,當(dāng)然我們也察覺不到。于是,經(jīng)典宏觀世界當(dāng)然就無法體現(xiàn)出量子效應(yīng)了。
以上就是玻爾對量子效應(yīng)過渡到經(jīng)典物理效應(yīng)的詮釋。
但是,這樣的解釋看似合情合理,其實(shí)也有很大的漏洞,還拿薛定諤的貓這個思想實(shí)驗(yàn)來說,相當(dāng)于把微觀世界的詭異現(xiàn)象直接轉(zhuǎn)移到了宏觀世界,當(dāng)然很難讓人接受。
對應(yīng)原理的問題具體來講就是,既然量子效應(yīng)會隨著尺度不斷增大最終轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)典物理效應(yīng),那么所謂的微觀與經(jīng)典(也就是宏觀)就不應(yīng)該存在邊界。
所謂“經(jīng)典與微觀”的對應(yīng)關(guān)系,并不是經(jīng)典狀態(tài)與量子狀態(tài)的對應(yīng),而是經(jīng)典確定狀態(tài)與微觀不確定狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)平均之間的對應(yīng)。
說白了,在經(jīng)典物理世紀(jì),詭異的量子效應(yīng)并沒有真的消失,只是看起來消失了而已。于是,在經(jīng)典混沌系統(tǒng)中,這種矛盾就會不斷被放大,不管我們?nèi)绾卧龃蟪叨?,量子效?yīng)都會出現(xiàn)線性,結(jié)果就不可能產(chǎn)生混沌現(xiàn)象。
但是,在我們的經(jīng)典世界里,混沌現(xiàn)象到處存在??茖W(xué)家們后來提出了退相干理論,否則玻爾的對應(yīng)原理完全不能成立。何為退相干?簡單講就是,微觀粒子與周圍環(huán)境發(fā)生相互作用,從而導(dǎo)致量子效應(yīng)消失。退相干,也就是“不再具有相干性”,不再具有量子效應(yīng)。
而玻爾對于自己提出的對應(yīng)原理表達(dá)了這樣的思想,他認(rèn)為量子效應(yīng)并不是自然地轉(zhuǎn)換為經(jīng)典理論,只是在統(tǒng)計(jì)解釋層面與經(jīng)典理論吻合。說比了,量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)平均與經(jīng)典物理的確定結(jié)果可以認(rèn)為近似一致。
但是,量子力學(xué)與經(jīng)典物理是截然不同的,是兩個完全獨(dú)立的理論,兩者并不能從對方推導(dǎo)出來。
玻爾也表示,并不能從量子力學(xué)中推導(dǎo)出觀測結(jié)果的合理詮釋,這是因?yàn)槲覀兩钤诤暧^世界,任何物體必然是經(jīng)典的,我們使用的任何觀測儀器當(dāng)然也是經(jīng)典的。于是,從經(jīng)典到量子邊界的觀測過程就起到了迫使波函數(shù)坍縮的作用。
波函數(shù)屬于微觀領(lǐng)域,而我們的觀測行為處在宏觀世界,那么我們對波函數(shù)的觀測,一定會讓觀測結(jié)果直接穿越邊界本身,從量子轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)典,也就是從疊加態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇_定態(tài)。
但尷尬的是,這個邊界到底在哪里?既然玻爾一直宣稱存在這樣一個邊界,但始終不能說出這個邊界在哪里,顯然這是有問題的,給人敷衍的感覺。
還有,不管是我們?nèi)祟愖约海€是我們使用的任何觀測儀器,都是由微觀粒子組成的,為什么由微觀粒子組成的我們或者儀器必須遵守不同于量子力學(xué)的特殊法則呢?
實(shí)際上,科學(xué)家們一直在尋找上述所謂的邊界,還真的有效果,科學(xué)家們通過實(shí)驗(yàn)已經(jīng)驗(yàn)證了在更大的尺度上存在量子效應(yīng),科學(xué)家們通過對雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的不斷改進(jìn),已經(jīng)做到了大分子尺度上的干涉現(xiàn)象,大分子右810個原子組成??梢源_定的是,隨著人類科技水平不斷提升,會在更大的尺度上觀測到量子效應(yīng),這意味著其實(shí)宏觀物體也遵循量子力學(xué)。
這也是為什么馮諾依曼等科學(xué)家指出,量子力學(xué)一定會對所有現(xiàn)實(shí)世界都適用,不僅僅在微觀世界適用,在經(jīng)典的宏觀世界同樣有效。這意味著,量子世界與宏觀經(jīng)典世界根本就不存在所謂的邊界,兩個看起來井水不犯河水的世界,其實(shí)都可以用量子力學(xué)來描述。
而所謂的觀測或者測量,只不過是被觀測的對象與觀測者(或者觀測所用到的實(shí)驗(yàn)儀器)之間的相互作用。
上述觀點(diǎn)其實(shí)相當(dāng)合理,因?yàn)橛^測本身說白了就是相互作用,只有相互作用才會讓觀測對象與觀測者產(chǎn)生因果關(guān)系,然后讓信息得以傳遞。所以,任何觀測過程不可能不考慮觀測者本身。
說到底,在薛定諤的貓這個思想實(shí)驗(yàn)里,觀測者,貓,放射性元素,毒氣瓶等所有的物體,其實(shí)是一個進(jìn)入了糾纏疊加態(tài),整個系統(tǒng)是按照量子力學(xué)去演化的。
不過演化結(jié)果讓我們詫異,畢竟現(xiàn)實(shí)中不可能存在既死又活的貓?,F(xiàn)實(shí)生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們,一定是發(fā)生了某種過程,讓系統(tǒng)疊加態(tài)發(fā)生了“坍縮”,從而成為確定狀態(tài)。
有科學(xué)家表示,在整個系統(tǒng)里,根本沒有我們眼里的“經(jīng)典”物體,所有的物體,包括我們自身,都是由微觀粒子構(gòu)成的,那么所有這些物體當(dāng)然要遵循量子力學(xué)。
所以, 放射性元素處于衰變與不衰變的疊加態(tài),貓自然也處于生和死的疊加態(tài)。當(dāng)我們觀測時,會發(fā)生什么呢?
我們的眼睛或者說觀測儀器本身也自然會與實(shí)驗(yàn)本身合為一個系統(tǒng),看到貓?zhí)幱谏退赖寞B加態(tài),但這僅僅是開始,眼睛看到的并非是我們真實(shí)感受到的。什么意思呢?
眼睛看到的信息會經(jīng)過視神經(jīng)處理,視神經(jīng)仍舊會接受到生和死疊加態(tài)這種信息,最終會傳輸給大腦。而在這個過程中,生與死的疊加態(tài)一直存在,沒有發(fā)生坍縮。
但是,生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們,不管上述過程有多長,有多復(fù)雜,最終我們只能觀測到某一種狀態(tài),而不是疊加態(tài)。
也就是說,整個過程中,一定存在某個鏈條,打破了量子力學(xué)的疊加態(tài),問題就在于,到底哪個鏈條出現(xiàn)了問題呢?
科學(xué)家們認(rèn)為,物理法則應(yīng)該具有普適性,不過這種普適性很可能只在物質(zhì)世界有效。那么,既然宏觀世界物體都是由微觀粒子組成的,那么宏觀物體就一定要遵循量子力學(xué)。也就是說,量子力學(xué)應(yīng)該是普適的,不管是在微觀世界還是在宏觀世界,都是適用的。
但是,量子力學(xué)的這種普適性不應(yīng)該延伸到物質(zhì)之外的現(xiàn)象,比如說意識和精神。雖然意識的概念早就出現(xiàn)了,但是科學(xué)家們對于意識本質(zhì)的認(rèn)知其實(shí)還很膚淺。
所以,物理學(xué)家馮諾依曼等科學(xué)家就表示,大概率是意識在起作用。說白了,意識或許就是那個出現(xiàn)問題的“鏈條”,意識本身可能真的不遵循物理法則。也就是說,正是意識導(dǎo)致了波函數(shù)坍縮,意識是物質(zhì)之外的神秘“觀測者”。
但果真如此的話,就會出現(xiàn)更加尷尬的問題:將會導(dǎo)致意識決定物質(zhì)的“詭異”結(jié)論。這個結(jié)論的本質(zhì)其實(shí)還屬于哥本哈根詮釋,不同的是,“意識決定論”把原本模糊不清的量子效應(yīng)影響問題直接用“意識”來詮釋。
之后科學(xué)家又提出了這樣一個尖銳的問題:量子力學(xué)表明觀測可以導(dǎo)致波函數(shù)坍縮,那么那只貓的觀測是不是也會導(dǎo)致波函數(shù)坍縮呢?
當(dāng)然,我們很難去求證這件事,畢竟貓不是人,它不會向我們表達(dá)自己的感受。于是,科學(xué)家對薛定諤的貓這個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn),把一個人和貓一起關(guān)進(jìn)密閉的箱子里,讓這個人進(jìn)行觀測。
當(dāng)然,科學(xué)家做實(shí)驗(yàn)不可能以犧牲這個人的生命為代價,所以為了避免這個人被毒氣毒死,科學(xué)家給他佩戴了防毒面具。而這個人只是在那里觀測,無論看到貓是死是活,都不會進(jìn)行任何干涉。
能夠看出,這個升級的實(shí)驗(yàn)與原來的實(shí)驗(yàn)本質(zhì)上沒有任何區(qū)別,只是增加了一個觀測者。按照哥本哈根詮釋,只有被觀測的現(xiàn)實(shí)才是客觀存在的,那么很明顯,那只貓仍舊會處于既死又活的疊加態(tài)。箱子里面的人自然也會看到可能讓他精神分裂的“既死又活”的貓。
但是從這個人的角度分析,他自身的觀測也會導(dǎo)致波函數(shù)坍縮,所以他只會看到死貓或者活貓的唯一狀態(tài),而不是看到既死又活的“疊加態(tài)”,當(dāng)然他也不會成為精神分裂者。
那么,問題就出現(xiàn)了:位于箱子外面的我們,與箱子里面的這個人就發(fā)生了沖突,到底誰錯了呢?
有物理學(xué)家認(rèn)為,物質(zhì)和意識肯定是兩個截然不同的存在方式,觀測行為是能被嚴(yán)格界定的東西,并不是玻爾提出的那種模棱兩可的詮釋。
也就是說,所謂觀測,只不過是人們的意識形成印象的過程,我們看到活貓或者死貓的結(jié)果,也只不過是大腦產(chǎn)生的印象罷了,如果離開這種印象,所謂的觀測將變得沒有任何意義。
而波函數(shù)只不過是一種數(shù)學(xué)工具,用這種工具可以描述周圍事物。人們與周圍環(huán)境產(chǎn)生相互作用,會在意識里創(chuàng)造出某種感覺,這就是所謂的觀測。當(dāng)我們獲取到外界信息時,就會形式外界認(rèn)知的更新,然后與這種信息相悖的其他信息就會自動被屏蔽掉。
通俗來講,所謂的波函數(shù)坍縮不過是人類大腦里的信息更新罷了。
還拿薛定諤的貓這個思想實(shí)驗(yàn)來講,在我們打開箱子之前,貓的狀態(tài)是“疊加態(tài)”,也就是說,那只貓“既死又活”的印象同時存在我們的意識當(dāng)中。這種狀態(tài)在現(xiàn)實(shí)匯中確實(shí)很難讓人理解并接受,但對于意識中的印象,一點(diǎn)也不難。
就好比,如果你問你的朋友貓的狀態(tài),朋友說貓死了或者活著,朋友的回答信息瞬間就向你傳遞了確定信息,然后在你的意識里自動排除了其他可能性。說白了,在朋友告訴你的那一刻,貓的狀態(tài)就發(fā)生了坍縮,準(zhǔn)確來講在你的意識里坍縮了。這樣解釋起來并不是讓我們感到太奇怪,也更加簡單。
而在你的朋友告訴你之前,所謂的波函數(shù)其實(shí)并沒有什么現(xiàn)實(shí)以,只不過是意識印象中的數(shù)學(xué)描述而已。但是如果你繼續(xù)問你朋友第二個問題:“在我問你貓的狀態(tài)之前,貓到底是死是活呢?”
你的朋友該如何回答呢?很可能會說“我早就告訴過你貓是活(死)的了”。但這就出現(xiàn)了矛盾,在你首次問你朋友之前,貓?zhí)幱诩人烙只畹寞B加態(tài),而當(dāng)你再次問你朋友貓的狀態(tài)時,他告訴你貓?jiān)缇吞幱诖_定的狀態(tài)了。
現(xiàn)在,把你的朋友當(dāng)做一臺測量儀器,會發(fā)生什么呢?
結(jié)果就是,在我們首次用儀器觀測結(jié)果之前,貓的狀態(tài)就是既死又活的疊加態(tài),當(dāng)然儀器本身也是。但是如果事實(shí)觀測的是你的朋友,他怎么可能看到處于疊加態(tài)的貓呢?這顯得既奇怪又矛盾。因?yàn)楸举|(zhì)來講一只貓與你的朋友不應(yīng)該有區(qū)別。
而作為你本人來講,你當(dāng)然會非常自然地認(rèn)為你的朋友一定與你有相同的感覺和印象,也就是說,你的朋友不應(yīng)該看到貓的疊加態(tài),而且確定狀態(tài)。不然的話,你很容易就會陷入“唯我論”,也就是說,邏輯上講無論如何你都無法證實(shí)別人和你的印象是否一致,然后徹底否定別人的意識。
科學(xué)家們當(dāng)然不愿走進(jìn)這個死胡同,因此會很自然地認(rèn)為,在你發(fā)現(xiàn)貓的狀態(tài)坍縮之前,其實(shí)貓?jiān)缫呀?jīng)“被坍縮”了,在你朋友觀測的那一瞬間就坍縮了。
也就是說,對于沒有意識的機(jī)器來講,它可以處于疊加態(tài),但對于我們某個人來講,擁有意識的人類一定會讓疊加態(tài)發(fā)生坍縮。
說白了,有意識的生命與沒有意識的機(jī)器會表現(xiàn)出完全不同的作用。深層結(jié)論就是:意識就是波函數(shù)發(fā)生坍縮的“罪魁禍?zhǔn)住薄?/strong>
實(shí)際上這就是“馮諾依曼-魏格納詮釋”,前者首次提出意識很可能與坍縮有某種關(guān)系,而后者把這種可能存在的關(guān)系具體化了。
不過這個詮釋其實(shí)仍舊是相當(dāng)模糊的,比如說,最大的問題就是:到底什么是意識?判斷某個觀測者是否具有意識的標(biāo)準(zhǔn)是什么?
通常我們會認(rèn)為,人類肯定是有意識的,但其他物種呢?比如說豬牛羊貓等動物有沒有意識?蟑螂甚至螞蟻有沒有呢?
如果密封箱子里的那只貓有意識,那么這只貓當(dāng)然不會處于既死又活的疊加態(tài)了,因?yàn)樨堊陨淼挠^測就會導(dǎo)致波函數(shù)坍縮,說白了,自己把自己弄坍縮了。
而如果只有人類這個物種的意識才稱得上意識,那么由此引發(fā)的問題就更大了:人類為何如此特殊,竟然可以把自然界的疊加態(tài)弄坍縮?言外之意,現(xiàn)實(shí)世界的客觀存在竟然是因?yàn)槿祟惖囊庾R!
也就是說,如果意識真的能導(dǎo)致波函數(shù)坍縮,那么不僅僅是如今的宇宙,138億年的宇宙歷史都應(yīng)該是意識的產(chǎn)物。于是矛盾就出現(xiàn)了:當(dāng)宇宙早期沒有生命的時候,就不會有任何東西導(dǎo)致宇宙的“波函數(shù)坍縮”,那么當(dāng)時的宇宙就應(yīng)該處于完全模糊的狀態(tài),就像云里霧里的概率云那樣。
而這種狀態(tài)一直延續(xù)到宇宙中首個意識體的出現(xiàn),這個意識體在觀測的一瞬間,整個宇宙就發(fā)生了探索,成為如今的模樣。
甚至我們可以推測出,138億年前宇宙的誕生,就是某個意識體觀測了一眼,我們的宇宙瞬間就誕生了。
如果真的是這樣的話,對人類的認(rèn)知將是完全的顛覆,因此哥本哈根詮釋在談?wù)撨@種問題時,總是會小心翼翼地通過各種方式避開意識的話題。因?yàn)椴枮槭椎母绫竟忈尯芮宄?,在物理學(xué)上引入意識這個概念是相當(dāng)不明智的。
但現(xiàn)實(shí)的情況就是,不管愿不愿意,如果對哥本哈根詮釋進(jìn)行刨根問底,最終一定會導(dǎo)向這個結(jié)論:意識導(dǎo)致波函數(shù)坍縮。
實(shí)際上,物理學(xué)家們提出把某個人放在密封的箱子里進(jìn)行觀測這個思想實(shí)驗(yàn),目的當(dāng)然不是為了證明意識對疊加態(tài)的影響,而是為了質(zhì)疑哥本哈根詮釋,讓這個詮釋變得不自洽。如何解釋哥本哈根詮釋的不自洽呢?
有物理學(xué)家就提出了更大膽的多世界詮釋。
該詮釋認(rèn)為,觀測具有明確的物理意義,所謂的觀測其實(shí)是觀測者與被觀測系統(tǒng)間的相互作用,這種作用必須通過量子力學(xué)來描述。其中觀測者本身并沒有什么特殊的地方,與測量儀器沒有本質(zhì)區(qū)別,觀測行為和結(jié)果都是通過量子力學(xué)描述的。
而量子力學(xué)非常明顯的現(xiàn)象就是疊加態(tài),糾纏態(tài),這些都會導(dǎo)致物體獨(dú)立性狀態(tài)的喪失。
還拿薛定諤的貓這個思想實(shí)驗(yàn)來講,當(dāng)我們試圖把觀測者獨(dú)立于密封的箱子這個系統(tǒng)時,其實(shí)就已經(jīng)錯了,觀測者在實(shí)施觀測的一瞬間就與貓已經(jīng)整個系統(tǒng)發(fā)生了糾纏關(guān)系,無論是觀測者本身還是貓,都不再具有獨(dú)立狀態(tài)。
這就意味著,當(dāng)我們想知道“貓到底是死是活?”,問題本身其實(shí)已經(jīng)沒有任何有意了。為什么?
因?yàn)闊o論是觀測者還是貓,都不再是獨(dú)立的,整個系統(tǒng)都發(fā)生了糾纏。因此,我們對貓狀態(tài)的任何描述,其實(shí)都需要建立在觀測者已經(jīng)取得了某個狀態(tài)。
說白了,貓和觀測者都是建立在對方狀態(tài)基礎(chǔ)上存在的,兩者都相對彼此而存在。通俗來講就是,整個系統(tǒng)的所有疊加態(tài)都存在,只不過是相對觀測者存在。
所以,不管觀測者在任何時候進(jìn)行觀測,觀測者本身的狀態(tài)已經(jīng)和貓的某一個狀態(tài)建立了聯(lián)系,而這一點(diǎn)同樣能通過薛定諤方程推導(dǎo)出來。
這就意味著,觀測者本身其實(shí)不是作為獨(dú)立的個體進(jìn)行觀測的,也是以“疊加態(tài)”的形式進(jìn)行觀測,這種疊加態(tài)分別對應(yīng)貓的疊加態(tài)。
可能你會覺得這像是在玩繞口令,因此你會提出質(zhì)疑:我不想了解那么清楚,就想知道,貓到底是死是活?
只能說:我很抱歉。你想知道的“貓”恐怕連它自己都不知道是什么,通俗來講這只貓變得毫無意義,并沒有獨(dú)立的貓存在,貓只是與整個箱子系統(tǒng)甚至整個宇宙糾纏在一起的波函數(shù)罷了。
所以,最重要的是,不管是貓還是觀測者,都無法做到與宇宙環(huán)境完全隔絕,即便是你有能力把整個系統(tǒng)的所有物質(zhì),包括看見的和看不見的物質(zhì)都清除掉,無論如何你都清理不掉引力場,還有其他各種場,當(dāng)然還有宇宙微波背景輻射。
還有,與宏觀物體之間的相互作用完全不同,量子糾纏是長程的作用,理論上可以跨越無限遠(yuǎn)的時空仍舊糾纏在一起。如此一來,整個系統(tǒng)就更不可能完全斷絕與宇宙環(huán)境的相互作用了。也就是說,系統(tǒng)本身最終必然與宇宙發(fā)生作用成為不可分割的整體。
進(jìn)一步講,宇宙中的所有疊加態(tài)都必將與觀測者的狀態(tài)發(fā)生糾纏,也就是說,宇宙也有“波函數(shù)”,坍縮后的某個宇宙與死貓關(guān)聯(lián),而另一個宇宙與活貓關(guān)聯(lián)。
從數(shù)學(xué)范疇來講,高維度希爾伯特空間中的某個側(cè)面,其實(shí)就是宇宙波函數(shù)坍縮后的某種結(jié)果。當(dāng)然結(jié)果肯定不止一個,可以分為兩種,也就是不同的兩個世界,所謂的多世界。
而且從數(shù)學(xué)上分析希爾伯特高維空間,兩個世界之間出現(xiàn)重疊的可能性趨于零。說白了,我們不可能從一個世界去感知另一個世界。也就是說,不同的兩個世界,就像兩條平行線那樣,永遠(yuǎn)不可能出現(xiàn)交集。
這樣一來,我們就可以認(rèn)為,量子力學(xué)其實(shí)就是希爾伯特高維空間的矢量描述而已,根本不存在所謂的經(jīng)典狀態(tài),并且所有的疊加方式其實(shí)都是等價的,所以我們自然就可以用任何形式來描述波函數(shù),也就是說,一只活貓或者死貓的狀態(tài),完全可以看成是“活貓與死貓”兩種貓狀態(tài)的疊加。
具體來講就是,波函數(shù)就相當(dāng)于希爾伯特高維空間中的矢量。對于這種說法,可能你不能很好理解,打個比方就更容易接受了。
就像一個高維空間的骰子,骰子的每個面就相當(dāng)于一個經(jīng)典世界,而在低維空間的我們只能看到骰子的投影。理論上骰子可以從任何角度投影到低維空間,而只有在非常特殊的某個較低,低維空間的我們才能看到骰子某個確定的面,在其他任何角度我們看到的都是骰子很多面的疊加狀態(tài)。
理論上分析,我們看到某個確定面的概率是很低的,看到的基本上都是很多面的疊加。
可以看出,按照多世界詮釋,根本就不會存在疊加態(tài)坍縮為確定態(tài)的過程,因?yàn)榀B加態(tài)的所有可能性其實(shí)都發(fā)生了,每個世界中不同的“你”其實(shí)都見證了每種可能性的發(fā)生。
那么,問題又來了,哪個世界的“你”才是“真正的你”呢?由于每個世界的“你”都有意識,所以最終就會演化為“多意識”的問題。
但是意識之所以能成為意識,最關(guān)鍵的一點(diǎn)是它必須是確定的,經(jīng)典的,能夠認(rèn)知自我的。否則一個與外界糾纏在一起的不確定意識,根本不可能區(qū)分那個是“自我”,這樣的“意識”當(dāng)然算不上意識。
也就是說,多世界其實(shí)是存在的,多世界詮釋中的疊加態(tài)和不確定性是很真實(shí)的,與我們生活的確定經(jīng)典世界同樣真實(shí)。不同的是,多世界是從不同角度觀測,導(dǎo)致宇宙波函數(shù)坍縮而形成的不同側(cè)面。
從數(shù)學(xué)范疇來講,非經(jīng)典的所有側(cè)面所對應(yīng)的狀態(tài)都無法形成自我意識,當(dāng)然也不可能存在意識了。而那些能夠被認(rèn)知的側(cè)面,一定是在確定意識的視角下出現(xiàn)的。
所以,多意識理論認(rèn)為,其實(shí)世界并沒有發(fā)生分裂,發(fā)生分裂的只不過是觀測者的意識,是意識本身從不同視角觀測,導(dǎo)致波函數(shù)坍縮之后,觀測到的不同結(jié)果而已。而“你”只是隨機(jī)選擇某個觀測視角,看到了某個結(jié)果罷了。
還有一個問題,既然多世界詮釋意味著我們可以預(yù)測未來世界的分支,又該如何解釋量子力學(xué)中的概率問題呢?
多世界詮釋認(rèn)為,我們并不能預(yù)測我們本身會出現(xiàn)在哪個分支世界,這也是不確定性和概率的根本所在。
這里有一個“后觀測過程”,什么意思呢?
退相干是瞬間完成的(退相干,通俗來講就是量子系統(tǒng)與外部環(huán)境發(fā)生相互作用,從而退出“量子效應(yīng)”),通常在10的負(fù)20次方秒就完成了,說白了,在如此短的世界里,世界分支就形成了,確定了。但是人們意識的產(chǎn)生比退相干的速度要更慢,通常只有毫秒級別。
這就意味著,在我們觀測之后的某個瞬間,其實(shí)世界分支已經(jīng)形成了,只不過我們不知道而已。過了很長時間(當(dāng)然這里的“很長時間”只相對于退相干的瞬間而言)我們才會意識到我們自身出現(xiàn)在哪個世界分支。這就是我們會看到概率和不確定性的根源所在。
也就是說,按照多意識理論,人們觀測到的每種結(jié)果,其實(shí)都是我們某個意識觀測的某個視角而已。在意識選擇觀測視角時,其實(shí)就等同于定義了自我。
所以說,“我”到底是什么?首先“我”必定是某種自我意識,然后這種自我意識又必定是完全區(qū)別于外界,同時也是確定的東西。否則,如果“我”與整個世界糾纏在一起,“我即世界,世界即我”,那么就不存在“我”的概念了,而整個世界也會變得沒有任何意義!
從以上概念描述中,我們可以得出這樣的結(jié)論:單個世界中的量子力學(xué)肯定是不自洽的。這就意味著,如果量子力學(xué)是一個普適的理論,那么多世界就不然存在。如果多世界不存在,量子力學(xué)自然也就不自洽了。
這種不自洽可能體現(xiàn)在,比如說我們一定需要獨(dú)立于量子力學(xué)之外的某個觀測者。說白了,量子力學(xué)不可能在自洽的同時,去描述使用量子力學(xué)的觀測者。
說到底,在單個世界量子力學(xué)自洽性和多世界詮釋中,我們只能選擇一個!
量子力學(xué)會經(jīng)常遇到這樣的問題:某個事件在這個世界發(fā)生的概率到底有多大?其實(shí)這種問題如果到了多世界詮釋里,就會演變?yōu)椤霸谒械氖澜绶种Ю?,哪個我才是真的我呢?”
從多意識理論中,又會演變?yōu)椋涸谒械囊庾R分支里,該如何準(zhǔn)確定義我自己呢?
這種問題繼續(xù)討論下去,有可能會偏離主題,甚至上升到哲學(xué)領(lǐng)域。但無論如何我們不能回避這個問題,因?yàn)椤拔摇边@個概念是我們?nèi)粘I钪凶畛S玫母拍?,而就是因?yàn)槲覀儗Α拔摇边@個只太熟悉了,以至于完全把它忽略了。
其實(shí)這就涉及到哲學(xué)上的“自我定義”思想,而這種思想在邏輯上一定是不完美的,所以,我們的世界一定是不確定的,是有概率的。
而當(dāng)我們以“我”的角度來觀測時,所謂的意識坍縮與多世界理論或者多意識理論其實(shí)已經(jīng)融為一體了。因此,當(dāng)我們拋開所謂的“客觀現(xiàn)實(shí)”,從“我”的視角來審視一切,多世界理論與單世界理論這個兩個原本看起來完全無法兼容的概念,最終竟然會保持出奇的一致和協(xié)調(diào)!
完!
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