1961 年，諾貝爾物理學(xué)獎得主尤金?維格納提出了一個看似荒誕卻直擊物理學(xué)核心的思想實驗。這個被后世稱為 “維格納的朋友” 的實驗，以量子力學(xué)為基礎(chǔ)，拋出了一個顛覆性的問題：如果兩個觀察者對同一物理過程的測量結(jié)果截然不同，且各自的結(jié)果都符合量子力學(xué)規(guī)律，那么 “客觀現(xiàn)實” 是否真的存在？

半個多世紀以來，這個思想實驗如同量子領(lǐng)域的 “幽靈”，困擾著一代又一代物理學(xué)家。

它不僅是薛定諤的貓實驗的 “人性化升級”，更將量子力學(xué)的核心矛盾 —— 疊加態(tài)、測量坍縮與觀察者的角色 —— 推向了更尖銳的層面。直到最近，隨著量子技術(shù)的突破性進展，研究人員終于將這個停留在紙面上的思想實驗變成了現(xiàn)實。他們在預(yù)印期刊 arxiv 上發(fā)表的研究結(jié)果，給出了一個令人不安的答案：現(xiàn)實或許是不可調(diào)和的，客觀現(xiàn)實的絕對存在性，正面臨著量子力學(xué)的嚴峻挑戰(zhàn)。

要理解 “維格納的朋友” 實驗，我們必須先回到量子力學(xué)的基礎(chǔ)邏輯，尤其是那個讓愛因斯坦都難以接受的核心概念 —— 疊加態(tài)。

在經(jīng)典物理學(xué)中，一個物體的狀態(tài)是確定的。比如一顆硬幣，要么是正面朝上，要么是反面朝上，不存在 “既是正面又是反面” 的中間狀態(tài)。

但在量子世界里，微觀粒子（如光子、電子）的行為卻完全不同。根據(jù)量子力學(xué)的哥本哈根詮釋，在未被測量之前，微觀粒子可以同時處于多個狀態(tài)的疊加之中。

以光子的偏振為例：光子的偏振方向可以是水平（H），也可以是垂直（V）。在沒有進行測量時，光子并非處于 “非 H 即 V” 的確定狀態(tài)，而是處于 “H 和 V 的疊加態(tài)”—— 也就是說，它同時具備水平偏振和垂直偏振的屬性。這種狀態(tài)看似違背常識，但卻是量子力學(xué)的基本假設(shè)，并且已經(jīng)被無數(shù)實驗所驗證。

而 “測量” 這一行為，在量子力學(xué)中扮演著極其特殊的角色。當(dāng)觀察者對處于疊加態(tài)的粒子進行測量時，粒子的疊加態(tài)會瞬間 “坍縮”，從多個可能的狀態(tài)中隨機選擇一個，呈現(xiàn)出一個確定的測量結(jié)果。比如測量光子的偏振，一旦測量完成，光子就會明確地表現(xiàn)為水平偏振或垂直偏振，疊加態(tài)消失。

維格納正是基于這一核心邏輯，設(shè)計了他的思想實驗。實驗的核心設(shè)定簡單而精妙：

假設(shè)存在一個封閉的實驗室，維格納的朋友（一位物理學(xué)家）在實驗室內(nèi)部，對一個處于偏振疊加態(tài)的光子進行測量。根據(jù)量子力學(xué)的規(guī)則，當(dāng)朋友完成測量后，光子的疊加態(tài)會坍縮，朋友會得到一個確定的結(jié)果 —— 要么是水平偏振，要么是垂直偏振。

對朋友而言，這個結(jié)果是明確且唯一的，光子的狀態(tài)已經(jīng)從疊加態(tài)變成了確定態(tài)，這是她所感知到的 “現(xiàn)實”。

但與此同時，維格納本人站在實驗室外面，并且對實驗室內(nèi)部的情況一無所知。他不知道朋友是否已經(jīng)進行了測量，也不知道測量的結(jié)果是什么。那么，從維格納的視角來看，實驗室內(nèi)部的系統(tǒng)（包括光子、朋友的測量儀器，甚至朋友本人）處于什么狀態(tài)呢？

根據(jù)量子力學(xué)的數(shù)學(xué)描述，維格納作為外部觀察者，沒有對實驗室內(nèi)部的系統(tǒng)進行任何測量。因此，整個實驗室系統(tǒng)（光子 + 朋友 + 儀器）仍然處于疊加態(tài)之中。在維格納看來，光子既沒有坍縮到水平偏振，也沒有坍縮到垂直偏振，而是和朋友的測量結(jié)果、朋友的意識狀態(tài)一起，處于一種 “光子水平偏振 + 朋友觀測到水平” 和 “光子垂直偏振 + 朋友觀測到垂直” 的疊加態(tài)。

這就出現(xiàn)了一個驚人的矛盾：對于實驗室內(nèi)部的朋友來說，光子的狀態(tài)是確定的，疊加態(tài)已經(jīng)坍縮；而對于實驗室外部的維格納來說，光子和朋友的整個系統(tǒng)仍然處于疊加態(tài)，坍縮并未發(fā)生。兩個觀察者對同一個物理過程的 “現(xiàn)實” 產(chǎn)生了完全不同的認知，并且這兩種認知都嚴格遵循量子力學(xué)的規(guī)律，沒有任何邏輯錯誤。

面對這個悖論，維格納陷入了深深的思考。他意識到，問題的關(guān)鍵可能出在 “觀察者” 的定義上。在經(jīng)典物理學(xué)中，觀察者是獨立于被觀測系統(tǒng)之外的，測量過程不會受到觀察者主觀狀態(tài)的影響。但在量子力學(xué)中，測量似乎與觀察者的意識緊密相關(guān)。

維格納提出了一個大膽的猜想：或許量子測量的坍縮并不是由測量儀器本身引起的，而是由 “有意識的觀察者” 的感知導(dǎo)致的。也就是說，只有當(dāng)有意識的觀察者意識到測量結(jié)果時，疊加態(tài)才會發(fā)生坍縮。在他的思想實驗中，朋友作為有意識的觀察者，在觀測到光子偏振的瞬間，引發(fā)了疊加態(tài)的坍縮；而維格納作為外部觀察者，沒有意識到內(nèi)部的測量結(jié)果，因此整個系統(tǒng)對他而言仍然處于疊加態(tài)。

這一觀點在當(dāng)時引起了巨大的爭議。維格納在后來的著作中寫道：“不可能在沒有意識的情況下，以完全一致的方式表述量子力學(xué)的定律。無論我們未來的觀念如何發(fā)展，對外部世界的研究都會得出這樣的結(jié)論，即意識的內(nèi)容是終極現(xiàn)實，這一點仍將是引人注目的。”

他的這一論斷，將意識引入了原本被認為是客觀的物理學(xué)領(lǐng)域，使得 “維格納的朋友” 實驗不僅成為一個量子力學(xué)的悖論，更觸及了哲學(xué)層面的 “現(xiàn)實本質(zhì)” 問題。

“維格納的朋友” 實驗提出后的幾十年里，它一直停留在思想層面。一方面，由于實驗需要嚴格隔離的系統(tǒng)和高精度的測量手段，當(dāng)時的技術(shù)條件無法實現(xiàn)；另一方面，實驗涉及到 “意識是否影響量子態(tài)” 這一敏感話題，也讓許多物理學(xué)家望而卻步。

但隨著量子糾纏技術(shù)、量子測量技術(shù)的飛速發(fā)展，情況逐漸發(fā)生了改變。研究人員意識到，不需要真正讓 “有意識的觀察者” 處于疊加態(tài)（這在倫理和技術(shù)上都不現(xiàn)實），可以用糾纏光子和自動化測量裝置來模擬 “維格納” 和 “朋友” 的角色，從而間接驗證實驗的核心邏輯。

2023 年，由因斯布魯克大學(xué)博士后研究員馬丁?林鮑爾（Martin Ringbauer）等人組成的研究團隊，在維格納思想實驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一個可操作的實驗方案。他們的核心思路是 “加倍” 維格納的實驗，通過糾纏光子構(gòu)建兩個相互獨立又關(guān)聯(lián)的 “實驗室系統(tǒng)”，從而讓實驗結(jié)果具備可驗證性。

實驗的具體 setup 如下：

• 糾纏光子對的制備：研究人員首先制備了一對處于糾纏態(tài)的光子，分別命名為光子 A 和光子 B。根據(jù)量子糾纏的特性，這兩個光子的偏振狀態(tài)是高度關(guān)聯(lián)的 —— 如果測量到光子 A 是水平偏振，那么光子 B 必然也是水平偏振；反之亦然。這種糾纏特性確保了兩個 “實驗室系統(tǒng)” 之間的關(guān)聯(lián)性，為后續(xù)的對比實驗奠定了基礎(chǔ)。
• 兩個 “內(nèi)部觀察者”（朋友）：研究人員設(shè)置了兩個相互隔離的實驗室，分別稱為實驗室 1 和實驗室 2。每個實驗室內(nèi)部都放置了一套自動化測量裝置（相當(dāng)于維格納的 “朋友”），負責(zé)測量對應(yīng)的糾纏光子（實驗室 1 測量光子 A，實驗室 2 測量光子 B）。當(dāng)測量完成后，裝置會記錄下光子的偏振狀態(tài)（水平或垂直），這相當(dāng)于 “朋友” 得到了確定的測量結(jié)果。
• 兩個 “外部觀察者”（維格納）：在兩個實驗室的外部，研究人員設(shè)置了另一套測量系統(tǒng)，由兩個 “外部觀察者” 組成，分別命名為愛麗絲（Alice）和鮑勃（Bob）。愛麗絲負責(zé)對實驗室 1 的整個系統(tǒng)（包括光子 A 和內(nèi)部測量裝置）進行二次測量，鮑勃則負責(zé)對實驗室 2 的整個系統(tǒng)（包括光子 B 和內(nèi)部測量裝置）進行二次測量。愛麗絲和鮑勃的測量方式是非經(jīng)典的干涉測量，這種測量可以判斷被測量系統(tǒng)是否處于疊加態(tài)。

簡單來說，這個實驗的結(jié)構(gòu)是：兩個內(nèi)部 “朋友” 分別測量糾纏光子，得到各自的 “現(xiàn)實”；兩個外部 “觀察者”（愛麗絲和鮑勃）則測量整個內(nèi)部系統(tǒng)，判斷內(nèi)部系統(tǒng)是否處于疊加態(tài)，從而得到他們的 “現(xiàn)實”。通過對比內(nèi)部和外部的測量結(jié)果，研究人員可以驗證維格納思想實驗中的核心矛盾 —— 不同觀察者的 “現(xiàn)實” 是否真的不可調(diào)和。

實驗的過程可以分為兩個階段：

• 第一階段：內(nèi)部測量（朋友的觀測）：首先，兩個實驗室的內(nèi)部測量裝置同時對各自的糾纏光子進行測量。根據(jù)量子力學(xué)的規(guī)則，當(dāng)內(nèi)部裝置完成測量后，光子 A 和光子 B 的疊加態(tài)會分別坍縮，內(nèi)部裝置記錄下確定的偏振狀態(tài)（比如實驗室 1 記錄光子 A 為水平偏振，實驗室 2 記錄光子 B 為水平偏振）。對內(nèi)部 “朋友” 而言，測量結(jié)果是確定的，這是他們的 “現(xiàn)實”。
• 第二階段：外部測量（愛麗絲和鮑勃的觀測）：在內(nèi)部測量完成后，愛麗絲和鮑勃對各自對應(yīng)的實驗室系統(tǒng)進行干涉測量。干涉測量的核心原理是：如果被測量的系統(tǒng)（實驗室 + 光子）處于疊加態(tài)，那么干涉圖案會呈現(xiàn)出特定的條紋；如果系統(tǒng)已經(jīng)坍縮到確定態(tài)，那么干涉圖案會呈現(xiàn)出另一種完全不同的條紋。

研究人員的關(guān)鍵假設(shè)是：如果維格納的思想實驗是正確的，那么愛麗絲和鮑勃的干涉測量結(jié)果應(yīng)該顯示，實驗室系統(tǒng)仍然處于疊加態(tài)（即內(nèi)部 “朋友” 的測量沒有導(dǎo)致系統(tǒng)坍縮）；而內(nèi)部 “朋友” 的測量結(jié)果則顯示，光子的狀態(tài)已經(jīng)確定（即疊加態(tài)已經(jīng)坍縮）。這兩種結(jié)果將同時成立，且都符合量子力學(xué)的規(guī)律，從而證明 “現(xiàn)實是相對于觀察者的”。

3. 實驗結(jié)果：不可調(diào)和的 “現(xiàn)實分歧”

經(jīng)過多次重復(fù)實驗，研究團隊得到了明確的結(jié)果：愛麗絲和鮑勃的干涉測量結(jié)果顯示，兩個實驗室系統(tǒng)確實處于疊加態(tài)；而兩個內(nèi)部測量裝置的記錄則顯示，光子的偏振狀態(tài)已經(jīng)確定（疊加態(tài)坍縮）。

這意味著，內(nèi)部 “朋友” 和外部 “觀察者”（愛麗絲、鮑勃）對同一個物理過程的 “現(xiàn)實” 認知完全不同：

• 對內(nèi)部 “朋友” 而言，光子的狀態(tài)是確定的（水平或垂直），疊加態(tài)已經(jīng)坍縮，這是一個客觀存在的 “事實”；
• 對愛麗絲和鮑勃而言，實驗室系統(tǒng)仍然處于疊加態(tài)，疊加態(tài)并未坍縮，這也是一個可驗證的 “事實”。

更重要的是，這兩種 “事實” 并不是因為測量誤差或?qū)嶒炘O(shè)計缺陷導(dǎo)致的，而是嚴格遵循量子力學(xué)規(guī)律的必然結(jié)果。馬丁?林鮑爾在接受采訪時表示：“看來，與經(jīng)典物理學(xué)不同，測量結(jié)果不能被認為是絕對真實的，但必須相對于執(zhí)行測量的觀察者來理解。”

這一結(jié)果直接驗證了維格納思想實驗的核心猜想：不同觀察者的 “現(xiàn)實” 可以是不可調(diào)和的，不存在一個獨立于觀察者之外的、絕對的 “客觀現(xiàn)實”。

這項實驗的結(jié)果，不僅僅是對量子力學(xué)理論的一次驗證，更對整個科學(xué)體系的基礎(chǔ)提出了深刻的挑戰(zhàn)?？茖W(xué)之所以被認為是客觀的，核心在于它依賴于 “可重復(fù)、可驗證的事實”—— 一個實驗結(jié)果，無論由誰來觀測、誰來驗證，都應(yīng)該得到相同的結(jié)論。但維格納的朋友實驗及其現(xiàn)代驗證，卻打破了這一基本前提。

自啟蒙運動以來，科學(xué)方法的核心假設(shè)是 “客觀實在論”—— 即存在一個獨立于觀察者的外部世界，科學(xué)的目的就是通過觀察和測量，揭示這個外部世界的客觀規(guī)律。在經(jīng)典物理學(xué)中，這一假設(shè)是完全成立的：無論是牛頓的萬有引力定律，還是麥克斯韋的電磁理論，其規(guī)律的有效性都不依賴于觀察者的身份、狀態(tài)或測量方式。一個蘋果從樹上落下，無論誰來觀察，它的下落加速度都是 9.8m/s2；一束光在真空中傳播，無論誰來測量，它的速度都是 3×10?m/s。

但量子力學(xué)的發(fā)展，尤其是維格納的朋友實驗的驗證，卻讓這一假設(shè)變得岌岌可危。實驗結(jié)果表明，在量子領(lǐng)域，“事實” 是依賴于觀察者的 —— 不同的觀察者可以對同一個物理過程得出截然不同的結(jié)論，且這些結(jié)論都是正確的、可驗證的。這意味著，科學(xué)所追求的 “客觀事實”，在量子層面可能并不存在，或者說，“客觀事實” 的定義需要被重新審視。

這對科學(xué)方法的沖擊是巨大的。如果測量結(jié)果是觀察者依賴的，那么傳統(tǒng)的 “獨立驗證” 方法就會失效。比如，一個物理學(xué)家在實驗室中得到的量子測量結(jié)果，另一個物理學(xué)家在不同的觀測視角下可能會得到完全不同的結(jié)果，這并不意味著其中一個人犯了錯誤，而是因為他們的 “觀察者身份” 不同。那么，科學(xué)研究如何才能達成共識？科學(xué)的 “客觀性” 又該如何定義？

事實上，關(guān)于量子力學(xué)的本質(zhì)以及它所描述的 “現(xiàn)實”，物理學(xué)家之間的分歧由來已久。自量子力學(xué)誕生以來，就存在多種不同的詮釋，每種詮釋都試圖解釋量子世界的反常理現(xiàn)象，但至今沒有一種詮釋能夠得到所有物理學(xué)家的認可。

哥本哈根詮釋：這是最經(jīng)典、最被廣泛接受的一種詮釋，由玻爾、海森堡等人提出。它認為，量子粒子在未被測量時處于疊加態(tài)，測量行為導(dǎo)致疊加態(tài)坍縮，從而呈現(xiàn)出確定的結(jié)果。但哥本哈根詮釋并沒有明確說明 “測量” 的定義 —— 什么樣的過程算是 “測量”？測量儀器必須是宏觀的嗎？意識是否在測量中扮演角色？這些問題的模糊性，為維格納的猜想埋下了伏筆。

多世界詮釋：由休?埃弗萊特提出的多世界詮釋，試圖回避 “疊加態(tài)坍縮” 這一神秘過程。它認為，當(dāng)對量子粒子進行測量時，宇宙會分裂成多個平行宇宙，每個宇宙對應(yīng)一個可能的測量結(jié)果。在每個平行宇宙中，觀察者都會看到一個確定的結(jié)果，而所有可能的結(jié)果都在不同的宇宙中同時存在。按照多世界詮釋，維格納和他的朋友并沒有產(chǎn)生 “現(xiàn)實分歧”，而是分別處于不同的平行宇宙中，各自的結(jié)果都是真實的。

隱變量理論：以愛因斯坦為代表的部分物理學(xué)家，拒絕接受量子力學(xué)的概率性和疊加態(tài)概念。他們認為，量子粒子的狀態(tài)其實是由某種未被發(fā)現(xiàn)的 “隱變量” 決定的，量子力學(xué)的不確定性只是因為我們尚未掌握這些隱變量。如果能夠找到隱變量，量子力學(xué)就可以像經(jīng)典物理學(xué)一樣，具備完全的確定性。但貝爾不等式實驗的結(jié)果，已經(jīng)在很大程度上否定了局域隱變量的存在，這也讓愛因斯坦的觀點逐漸失去了支持。

維格納的朋友實驗及其現(xiàn)代驗證，進一步加劇了這種分歧。支持哥本哈根詮釋的物理學(xué)家可能會認為，實驗結(jié)果證明了意識在量子測量中的核心作用；支持多世界詮釋的物理學(xué)家則可能將其解讀為平行宇宙存在的證據(jù)；而那些試圖尋找量子力學(xué)新詮釋的物理學(xué)家，則可能從中看到了重構(gòu)量子理論基礎(chǔ)的契機。

正如研究人員在論文中所指出的：“這種選擇要求我們接受不同觀察者對實驗中發(fā)生的事情不可調(diào)和的不同意見的可能性?！?這意味著，物理學(xué)家們可能需要放棄對 “絕對客觀現(xiàn)實” 的執(zhí)念，重新思考量子力學(xué)的本質(zhì)。