奇书网

第7章 世界是一场幻觉（第1页）

第7章　世界是一场幻觉

你看得到我，你看不到我

迪士尼与皮克斯合作的动画电影《玩具总动员》（ToyStory）及其续集都是关于量子力学的。电影的主角是玩具，当主人安迪看向它们时，它们表现得像普通玩具，可一旦安迪不看它们，它们就“活”了过来。

安迪没有见过玩具的活跃状态，只看到过它们的经典行为。他似乎也从未注意到在每次游戏之间，玩具的位置发生了改变（虽然他很善良，但他并不是最善于观察的孩子）。但如果他仔细观察，可能就会发现玩具的位置每次都略有不同。

粒子也是如此。如果我们把目光从粒子身上移开，那么相比于我们观察的时候，它们的行为有很大的不同。我们可以用薛定谔方程猜测它们可能的位置，但永远无法准确地预测每次我们走进房间时会发生什么。

假设安迪开始详细记录每个玩具的位置及每次的状态，他可能开始注意到，只能用概率描述自己观察到的状态。例如，胡迪（1）有90%的可能性出现在安迪上次离开的地方，但也有可能（可能性不为0）出现在房间的另一边，甚至在大楼外的某个地方。

如果安迪属于哥本哈根学派，他会用简洁的数学解释所发生的一切。他的玩具以每种可能的状态出现在所有可能的位置，直到安迪进入房间，这时玩具的叠加态坍缩成某种经典态。但有一个永恒且博大（2）的问题：当安迪出现在房间里，是什么引起玩具的波函数发生变化的？

在《玩具总动员》中，有一个场景是胡迪向一群玩具解释它们不得不打破作为玩具的“规则”，那么这些规则究竟是什么？谁决定了这些规则？

如果在安迪的卧室安装摄像头，这些玩具会“活”过来吗？如果有人偷偷地在暗中监视玩具，它们该怎么办？当玩具被其他玩具注视时，它们还能活过来吗？为什么小狗巴斯特不算在内？如果有人工智能机器人会怎样？黑猩猩会引起坍缩吗？那个邪恶的孩子西德看到胡迪开口说话而精神崩溃，以至于放弃学业，在《玩具总动员3》中做收集垃圾的工作，这又该怎样解释呢？（仔细看，那个人绝对是西德客串的。）

试图在《玩具总动员》的宇宙中寻找测量的哲学意义是一场噩梦，但在量子力学中我们不得不这样做。测量问题不仅仅违背直觉，还提出了一些严肃的问题：是什么使现实成为现实？

人们经常弄混测量问题与海森堡不确定性原理，但它们还是有区别的。测量问题说的是粒子在被观察时选择所处的状态；而不确定性原理说的是，即使观察也无法得到粒子的全部信息。

不确定性原理可以类比为安迪的眼睛有问题，需要特殊颜色的眼镜才能看见东西。不戴眼镜看玩具，他能分辨出玩具的颜色，但图像很模糊。也就是说，他能测准颜色，但测不准形状。如果他戴上眼镜，玩具就变得清晰，但通过有色眼镜他就看不清楚颜色了。他可以选择测量颜色或形状，但永远不能同时测量。

找一个朋友

1932年，物理学家约翰·冯·诺依曼决定拆解双缝实验，对各个方面加以数学分析，从而确定是哪个阶段导致了波函数坍缩。测量过程的某些方面一定是特殊的。

他研究了正在生成的粒子，研究它如何离开发射器，如何接触狭缝，如何穿过狭缝，如何出现在另一侧等，并计算了相关的波函数。最后，令他大为恼火的是，他发现没有哪个阶段是特殊的。量子力学实验的每个部分在物理学上都是等价的。[1]

这极大地损害了哥本哈根诠释，因为既然不能证明是什么东西导致了波函数坍缩，那么为什么会出现坍缩呢？玻尔和海森堡耸耸肩，爱因斯坦挠了挠他的卷发，薛定谔关上了卧室的门。我们最好不要问里面发生了什么。

最终，匈牙利物理学家尤金·维格纳就测量问题提出了引起最广泛讨论（最不具代表性）的解决方案。他扩展了薛定谔的猫实验，把科学家本人纳入其中。

我们把猫关在密闭的盒子里，它处于一种死与活的叠加态；当科学家朋友打开盒子，会发现猫坍缩成一种本征态或另一种本征态。两种可能性各占50%。现在假设实验是在一个封闭的房间里进行，而维格纳等在房间外。

如果认真对待哥本哈根诠释，那么粒子既触发了探测器，又没有触发探测器，既杀死了猫，又没有杀死猫。在维格纳看来，他的科学家朋友会打开盒子，同时发现一只死猫和一只活猫。维格纳的朋友也将处在叠加态，既看到一只活猫而感到如释重负，又看到一只死猫而感到惊恐万分，寻找刷子和抹刀。只有当维格纳打开实验室的门，弄清楚里面究竟发生了什么以后，他朋友的波函数才会坍缩。[2]

但这是荒谬的。维格纳的朋友不可能处于叠加态，因为从来没有人观察到这样的人类大脑。在任何时候人类都不可能同时观察和不观察。意识总是处于本征态。因此，维格纳说，意识一定是坍缩的波函数。

根据维格纳的说法，在谈论测量的时候，我们实际上是在谈论一个正在观察的有知觉的头脑，因为头脑不存在叠加态，所以它观察到的粒子也不存在。

需要明确的是，维格纳并不是在量子牛油果（3）领域获得网络文凭的小人物。他获得过诺贝尔奖，是众所周知的追求实际的物理学家。他并不喜欢把意识引入辩论中，但他别无选择。

小心谨慎

意识在过去是一个谜，现在仍然是。但由于实验的其他部分都可以被描述，所以波函数坍缩只可能发生在有意识的头脑中，这也是我们没能完全理解的地方。

维格纳的解释暗示了一些非常离奇的事情。首先，这意味着我们的头脑对粒子有影响，而不是粒子对头脑有影响。

其次，这意味着在数十亿年里，整个宇宙一直处于叠加态，直到有意识的生物进化到可以观察它。毫无疑问，在人类历史早期的某个时候，由于人口稀少且分布密集，肯定存在某个时候没有人看月亮。这时月亮会突然消失吗？如果这样，为什么地球没有在太阳轨道上失去平衡而倾斜，然后也消失呢？

是不是总有什么东西盯着月亮不让它消失？有没有可能有一颗至高无上的头脑时时刻刻都有意识地观察着宇宙，防止它在没有其他人观察的时候失控？