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作者：張君睿（北京大學(xué)物理學(xué)院）
量子物理讓我們對(duì)這個(gè)世界的理解有了天翻地覆的改變。圖片來(lái)源：TheDigitalArtist @Pixabay
在量子力學(xué)誕生以后，我們對(duì)于世界的理解從原先的本體論（ontology）變成了認(rèn)識(shí)論（epistemic）。
讓我們先來(lái)回顧一下歷史。 這一切要從馬赫（Ernst Mach，1838/2/18－1916/2/19）講起。他認(rèn)為科學(xué)的目的本來(lái)就不是探尋什么真理，科學(xué)只是想要找到一種“最經(jīng)濟(jì)的思想”。例如，當(dāng)我們想要描述自由落體時(shí)，一個(gè)方法是收集大量的自由落體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)間的一致性；我們也可以采取另一個(gè)方法，尋找背后的物理定律，比如速度的變化是常數(shù)。
對(duì)于馬赫而言，第二種方法更好，只是因?yàn)樗敖?jīng)濟(jì)”，只需寫(xiě)出一條式子就解釋了很多同類(lèi)的現(xiàn)象。但對(duì)于“認(rèn)識(shí)”這個(gè)世界如何運(yùn)行而言，兩種方法是等價(jià)的?？茖W(xué)是用最少的腦力來(lái)解釋最多可能的事實(shí)，我們認(rèn)為某條物理定律是有價(jià)值的并非因?yàn)樗恰皩?duì)的”、是“真理”，僅僅是因?yàn)樗梢院芎?jiǎn)潔地解釋我們觀察到的事實(shí)。
馬赫的這種哲學(xué)觀念影響了20 世紀(jì)許多科學(xué)家，包括愛(ài)因斯坦、海森堡、泡利、費(fèi)曼……，注意這里沒(méi)有列出玻爾，這是因?yàn)椴栍辛硪环N哲學(xué)思想。愛(ài)因斯坦終其一生都不能接受量子力學(xué)的不確定或非實(shí)在性，我現(xiàn)在覺(jué)得有這種想法非常合理，肯定沒(méi)有人能徹底明白量子力學(xué)究竟是怎么回事，大家都只是記下了數(shù)學(xué)怎么操作然后就開(kāi)始做研究，對(duì)于背后的規(guī)律都避而不談。
玻爾曾說(shuō)：“如果你沒(méi)有被量子力學(xué)所困惑，那就代表你根本沒(méi)有徹底了解它?！?span>[1] 費(fèi)曼也認(rèn)為：”我?guī)缀蹩梢哉f(shuō)沒(méi)有人能了解量子力學(xué)?！?span>[2]
我們通常都傾向于相信存在一個(gè)實(shí)質(zhì)的外在世界，它本來(lái)就存在那里。當(dāng)我們說(shuō)想要“描述”這個(gè)世界時(shí)，其實(shí)已經(jīng)默認(rèn)說(shuō)有個(gè)世界等著我們?nèi)ッ枋?。這種想法并不能被證實(shí)，我們只是“相信”了這件事。愛(ài)因斯坦認(rèn)為：“相信有個(gè)獨(dú)立于感知主體的外在世界是所有自然科學(xué)的基礎(chǔ)?！?span>[3] 自古以來(lái)科學(xué)家們都認(rèn)為這個(gè)外在世界有一些實(shí)質(zhì)的狀態(tài)等待我們?nèi)グl(fā)掘，而科學(xué)的目的就是去完善那些告訴我們世界如何組成和演化的知識(shí)。盡管科學(xué)的方法需要觀察和測(cè)量來(lái)達(dá)到此目的，但我們相信這些被描述的“物理實(shí)在”是獨(dú)立于操作手段而存在的。
正如愛(ài)因斯坦所說(shuō)：“物理學(xué)就是在嘗試從概念上理解現(xiàn)實(shí)，且它獨(dú)立于被觀察的事物?！?span>[4] 然而量子力學(xué)不允許有獨(dú)立于觀測(cè)存在的物理實(shí)在。  一切的“存在”與“樣貌”都取決于“是否可以測(cè)量”？ 1927 年第五次索爾維會(huì)議參與者，攝于國(guó)際索爾維物理研究所。 第一排：歐文·朗繆耳、馬克斯·普朗克、瑪麗·居里、亨德里克·洛倫茲、阿爾伯特·愛(ài)因斯坦、保羅·朗之萬(wàn)、查爾斯·古耶、查爾斯·威爾森、歐文·理查森 第二排：彼得·德拜、馬丁·努森、威廉·勞倫斯·布拉格、亨德里克·克雷默、保羅·狄拉克、阿瑟·康普頓、路易·德布羅意、馬克斯·玻恩、尼爾斯·波爾 第三排：奧古斯特·皮卡爾德、亨里奧特、保羅·埃倫費(fèi)斯特、愛(ài)德華·赫爾岑、西奧費(fèi)·頓德?tīng)枴枩亍ぱΧㄖ@、維夏菲爾特、沃爾夫?qū)づ堇?、維爾納·海森堡、拉爾夫·福勒、萊昂·布里淵。攝影：Benjamin Couprie @wiki
愛(ài)因斯坦曾和年輕時(shí)的海森堡有過(guò)一次對(duì)談，愛(ài)因斯坦提到：“原則上，由觀察到的數(shù)值來(lái)建立一個(gè)理論是不對(duì)的。實(shí)際上往往相反，反而是你用的理論決定你能觀察到什么?！?span>[5] 這個(gè)想法一直在海森堡的心中，后來(lái)他提出了不確定性原理。海森堡說(shuō)：“在原子尺度時(shí)，物理學(xué)家只該考慮可測(cè)量量?！?span>[6] 他認(rèn)為在量子尺度時(shí)，我們只能考慮能被測(cè)量的量。這是什么意思呢？
當(dāng)量子還在建立階段時(shí)，古典的物理學(xué)家都質(zhì)問(wèn)他們：“你看你們的理論一點(diǎn)都不好，因?yàn)樗荒芑卮鹆Ｗ拥膶?shí)際位置是什么、或是在干涉實(shí)驗(yàn)中粒子究竟穿過(guò)了哪個(gè)孔，或諸如此類(lèi)的問(wèn)題?！?/p>
海森堡卻說(shuō)：“我不需要回答這類(lèi)問(wèn)題，因?yàn)槟銦o(wú)法由實(shí)驗(yàn)的方法問(wèn)這個(gè)問(wèn)題。”[7] 我們不需要回答這種問(wèn)題，因?yàn)槊總€(gè)在物理中使用的概念都需要有個(gè)可操作的定義，除非我們可以指出它要怎么被測(cè)量，否則我們不允許談?wù)撃硞€(gè)概念。
玻爾的互補(bǔ)原理 在這之后，玻爾提出了互補(bǔ)原理，他認(rèn)為不能用單獨(dú)一種概念來(lái)完備地描述整體量子現(xiàn)象，為了完備地描述整體量子現(xiàn)象，必須將分別描述波動(dòng)性、粒子性的概念都囊括在內(nèi)。這兩種概念可以視為同一個(gè)硬幣的兩面?；パa(bǔ)的兩件事情（例如波粒二象性或位置動(dòng)量不確定性）無(wú)法被同時(shí)觀察到，不可能在某一時(shí)刻看到波動(dòng)和粒子兩種性質(zhì)。所以當(dāng)我們想要描述量子行為時(shí)，必須同時(shí)考慮波動(dòng)和粒子兩種觀點(diǎn)，不可能用單一種概念來(lái)描述整個(gè)量子現(xiàn)象。
因此在這個(gè)基礎(chǔ)上，他認(rèn)為人們?cè)葻o(wú)法解釋電子干涉圖樣中出現(xiàn)既有粒子又有波的現(xiàn)象，只是互補(bǔ)的兩面，而這兩種概念都不能被舍棄。波動(dòng)和粒子兩種描述都是必要的，它們適用于不同的條件，兩種概念是互補(bǔ)而非互斥的。
他說(shuō)：“由不同實(shí)驗(yàn)條件下得到的結(jié)果無(wú)法被單一圖像包含，它們必須被認(rèn)為是互補(bǔ)的，因?yàn)橹挥锌傮w的現(xiàn)象能夠徹底探討關(guān)于這些對(duì)象的可能信息?！?span>[8] 我們必須放棄以往只用單一模型來(lái)描述物理概念的這種想法，玻爾認(rèn)為海森堡發(fā)現(xiàn)的不確定原理是更深刻的互補(bǔ)原理的一種表現(xiàn)。玻爾甚至把互補(bǔ)原理和東方的“陰／陽(yáng)”聯(lián)系起來(lái)，還在自己的墓碑上刻了一個(gè)太極符號(hào)，他領(lǐng)悟到一項(xiàng)真諦：沒(méi)有一種角度可以窮盡真實(shí)，不同的觀點(diǎn)可能都有價(jià)值，卻是互相排斥的。
玻爾的墓上甚至有一個(gè)互補(bǔ)的陰陽(yáng)的符號(hào)。 圖片來(lái)源：By Kim Bach ，CC BY-SA 4.0 , from Wikimedia Commonswiki
在量子力學(xué)建立后，物理學(xué)家對(duì)于世界的認(rèn)識(shí)有了革命性的改變。以往視為理所當(dāng)然的物理實(shí)在現(xiàn)在出問(wèn)題了，因?yàn)閺幕パa(bǔ)原理可以得知用不同的儀器觀測(cè)同一物體竟然會(huì)出現(xiàn)不同的現(xiàn)象。我們只能透過(guò)儀器來(lái)認(rèn)識(shí)這個(gè)世界，而由不同的儀器所看到的世界也是不同的。 玻爾認(rèn)為：“并不存在量子世界。只有一個(gè)抽象的量子物理描述。認(rèn)為物理學(xué)的任務(wù)是弄清楚自然是怎么回事是不對(duì)的。物理學(xué)只關(guān)注我們對(duì)自然的看法。”[9] “描述世界”這件事只是在融合我們經(jīng)驗(yàn)中的客觀事件，客觀的外在世界根本就不存在，一切實(shí)驗(yàn)只是客觀世界在我們的主觀意識(shí)上的投影。愛(ài)因斯坦的本體論觀點(diǎn)認(rèn)為科學(xué)的任務(wù)是要描述自然的“本質(zhì)”；但玻爾的知識(shí)論觀點(diǎn)則認(rèn)為科學(xué)的任務(wù)是描述我們“怎么了解自然”，也就是所有可能的感知與實(shí)驗(yàn)的綜合結(jié)果。 這聽(tīng)起來(lái)還是很抽象，我們以不確定原理為例，本體論觀點(diǎn)會(huì)告訴你：“一個(gè)電子不能同時(shí)‘擁有’確切的位置和確切的動(dòng)量?！倍R(shí)論觀點(diǎn)則會(huì)說(shuō)：“不可能同時(shí)‘知道’電子確切的位置和動(dòng)量?！蔽也辉诤跤袥](méi)有，我只能說(shuō)測(cè)不了，沒(méi)法設(shè)計(jì)某種實(shí)驗(yàn)同時(shí)測(cè)到位置和動(dòng)量。
我們能觀察到的世界是我們認(rèn)知世界的“投影”？那什么才是真實(shí)？或者根本沒(méi)有真實(shí)？圖片來(lái)源：pixabay
玻爾和海森堡都同意物理研究的目的是促進(jìn)我們對(duì)于觀察到的自然現(xiàn)象的了解。那究竟什么是了解世界呢？海森堡依然受到馬赫的影響，他認(rèn)為：“了解”代表找到一個(gè)數(shù)學(xué)方法，而只要按照這些方法就可以成功的預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但對(duì)玻爾而言，“了解”有更深刻的意義：它代表對(duì)于觀察到的現(xiàn)象的一種“描述”。
舉個(gè)例子，如果有人問(wèn)：電子是什么？我們應(yīng)該回答電子什么也不是，更精確地說(shuō)，除了被測(cè)量的時(shí)候，電子實(shí)際上并不存在；沒(méi)被測(cè)量時(shí)，電子只是一堆潛在可能性的疊加（我們對(duì)存在的定義就是能夠和你產(chǎn)生相互作用，比如暗物質(zhì)，要想感受到它的作用就得做測(cè)量）。在測(cè)量前，電子有可能在甲處也有可能在乙處，而當(dāng)真的進(jìn)行了測(cè)量之后，電子只可能在甲處或在乙處被發(fā)現(xiàn)。玻爾否定本體論的闡述，在他看來(lái)，既然兩種互補(bǔ)的表述已經(jīng)窮盡我們能對(duì)自然的了解，那就不需要再說(shuō)更多了，現(xiàn)在我們不在乎本質(zhì)是什么，我們只在乎可不可測(cè)。
以不確定原理為例，本體論的觀點(diǎn)是： “在某一時(shí)刻，位置的不確定性越小，則動(dòng)量的不確定性越大，反之亦然?！?/p>
而知識(shí)論的表述則更繁瑣： “在某一時(shí)刻，如果對(duì)位置和動(dòng)量‘同時(shí)進(jìn)行測(cè)量’，位置的不確定性越小，則動(dòng)量的不確定性越大，反之亦然?！?/p>
從現(xiàn)在開(kāi)始，我們不能再談?wù)撃切o(wú)法被測(cè)量的事情了，若想要談?wù)撃硞€(gè)概念，我們就必須先設(shè)計(jì)出一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量它，否則此概念就沒(méi)有任何意義。如果有人想問(wèn)某個(gè)定律背后的機(jī)制是什么，比如問(wèn)原子內(nèi)部是否有軌道，氫原子能級(jí)是否真的是電子在軌道間躍遷，或是電子的自旋是否真的是某種超光速的自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生，我們只能回答“這些問(wèn)題毫無(wú)意義”。如果你不能設(shè)計(jì)某種實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這種猜測(cè)，沒(méi)有人可以給你任何更深刻的描述。我們不知道有任何更基本的機(jī)制可以拿來(lái)推導(dǎo)出這些結(jié)果。擔(dān)心某件在原則上不能被驗(yàn)證的事情是“物理之外”（metaphysics ，既形而上學(xué)）的管轄了。泡利曾說(shuō)：
“和討論一個(gè)針尖上能坐多少個(gè)天使的遠(yuǎn)古問(wèn)題一樣，我們無(wú)需為某些我們根本無(wú)法知道的事情費(fèi)腦筋?！?span>[10]
一個(gè)針尖可以坐幾個(gè)天使？這真的值得好好思考…… 圖片來(lái)源：pixabay
這世界是否可以用量子力學(xué)來(lái)描述？ 玻爾回答：“當(dāng)然不是！量子力學(xué)并沒(méi)有解釋自然，它描述了我們對(duì)自然的看法?！?span>[11] 但海森堡則認(rèn)為：“當(dāng)然！量子力學(xué)告訴我們微觀世界是怎么回事，它們?cè)仁且恍┛赡苄裕跍y(cè)量后會(huì)變成實(shí)際的?！?/span>[12] 那究竟誰(shuí)的想法更好？哥本哈根學(xué)派認(rèn)為物理實(shí)在對(duì)于像“動(dòng)量”或“位置”這種物理量，在測(cè)量它們之前并沒(méi)有確切的值。愛(ài)因斯坦會(huì)問(wèn)在測(cè)量前的瞬間粒子是否有確切（雖然我們不知道）的位置，他甚至提出，對(duì)于這種問(wèn)題我們只能回答：沒(méi)有、我們不知道、這問(wèn)題沒(méi)有意義。
這革命性地改變了人類(lèi)對(duì)于世界的了解。曾經(jīng)我們認(rèn)為可以無(wú)限精確地探索世界，原子只是比較小的東西而已，遵循的物理規(guī)律跟宏觀物體一樣，但現(xiàn)在則發(fā)現(xiàn)用不同儀器所觀測(cè)到的世界也大不相同?？陀^世界不再存在，主觀操作決定了我們能看到什么。
讓物理學(xué)家困擾的塌縮不確定機(jī)率性 我們必須來(lái)談?wù)劀y(cè)量和塌縮。在量子力學(xué)里，量子態(tài)可以用波函數(shù)（wave function）來(lái)描述，概念有點(diǎn)像是震動(dòng)的彈簧在不同的時(shí)間里有不同的形狀；薛定諤方程式則用來(lái)計(jì)算波函數(shù)如何隨著時(shí)間而變化。波函數(shù)塌縮指的是，在量子力學(xué)體系中與外界發(fā)生某些作用（如測(cè)量或觀察）后，波函數(shù)會(huì)發(fā)生突變：由原先若干本征態(tài)的疊加在測(cè)量后塌縮到單一本征態(tài)。
波函數(shù)塌縮，也就是“量子態(tài)經(jīng)過(guò)測(cè)量受影響其結(jié)果”這概念困擾了無(wú)數(shù)的物理學(xué)家。曾經(jīng)有位史丹佛的年輕教授在量子力學(xué)課的頭兩周試圖探討測(cè)量問(wèn)題，結(jié)果卻被系上資深的教授批評(píng)說(shuō)：“你這么做是有害的，學(xué)生們不需要了解量子力學(xué)的建立，這些都無(wú)用，只要讓他們會(huì)算就行了?！倍?strong>朗道在他的書(shū)中試圖給測(cè)量一個(gè)數(shù)學(xué)定義（第一類(lèi)測(cè)量和第二類(lèi)測(cè)量），但依然避不開(kāi)塌縮這個(gè)概念。雖然他整本書(shū)中都不曾出現(xiàn)“塌縮”這個(gè)詞，然而他指出“當(dāng)量子客體和經(jīng)典儀器相互作用后， 原先展開(kāi)的完備集就只會(huì)剩下一項(xiàng)被讀出來(lái)，選中任何一項(xiàng)的機(jī)率是它的系數(shù)之模平方”。這其實(shí)就是在說(shuō)測(cè)量后波函數(shù)會(huì)塌縮至某一本征態(tài)。朗道已經(jīng)算是比較良心了，至少愿意談一下測(cè)量，更多的教科書(shū)直接把測(cè)量當(dāng)作只可意會(huì)不可言談之事，而像是“退相干”（decoherence，另一個(gè)對(duì)于塌縮的解釋?zhuān)追Q(chēng)“波函數(shù)坍縮效應(yīng)”，是量子力學(xué)的基本數(shù)學(xué)特性之一）這種較現(xiàn)代的概念更是絕口不提。
我們?yōu)楹尾幌矚g塌縮，最直接的原因就是其中具有機(jī)率的概念，物理學(xué)家們一向認(rèn)為我們只要掌握所有定律就能預(yù)知未來(lái)，像拉普拉斯就是一位決定論支持者，他提出： “我們可以把宇宙現(xiàn)在的狀態(tài)視為其過(guò)去的果以及未來(lái)的因。加入一位智者能知道在某一時(shí)刻所有促使自然運(yùn)動(dòng)的力和所有組構(gòu)自然的物體的位置，假如他也能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，那么在宇宙里，從最大的物體到最小的粒子，它們的運(yùn)動(dòng)都包含在一條簡(jiǎn)單公式里。對(duì)于這位智者來(lái)說(shuō)，沒(méi)有任何事物會(huì)是含糊的，并且未來(lái)只會(huì)像過(guò)去一樣出現(xiàn)在他眼前?！?/p> 愛(ài)因斯坦熟讀斯賓諾莎并深受他的哲學(xué)影響，斯賓諾莎在《倫理學(xué)》中對(duì)神的看法是，他認(rèn)為神是決定論宇宙的一環(huán)，沒(méi)有任何事情是偶然發(fā)生的。愛(ài)因斯坦從斯賓諾莎思想的精神中發(fā)展出一套決定性本質(zhì)的概念，認(rèn)為萬(wàn)物規(guī)律受到嚴(yán)格的法則所規(guī)范。
薛定諤由哈密頓建立的光學(xué)方法得到了德布羅伊物質(zhì)波波函數(shù)，但薛定諤方程依然符合決定論，我們只要知道某一時(shí)刻的波函數(shù)，就可以推出未來(lái)任一時(shí)刻的波函數(shù)，如果你高興的話(huà)也可以往過(guò)去推。薛定諤一直認(rèn)為這波函數(shù)是在描述物質(zhì)波，但他卻無(wú)法解釋電子所分布的范圍竟會(huì)越來(lái)越大這種詭異現(xiàn)象。后來(lái)玻恩提出模平方是找到電子的機(jī)率。但這導(dǎo)致向來(lái)有明確因果關(guān)系的物理竟然跑出來(lái)不確定的機(jī)率，大部分科學(xué)家都對(duì)此無(wú)法接受，其中也包括薛定諤本人與愛(ài)因斯坦。
所以薛定諤才提出貓的思想實(shí)驗(yàn)來(lái)反諷，按機(jī)率理論貓會(huì)處于既死又活的莫名狀態(tài)，而愛(ài)因斯坦也在當(dāng)年十二月寫(xiě)給玻恩的信中寫(xiě)下著名的“上帝不擲股子”。
把一只貓、一個(gè)裝有氰化氫氣體的玻璃燒瓶和放射性物質(zhì)放進(jìn)封閉的盒子里。當(dāng)盒子內(nèi)的監(jiān)控器偵測(cè)到衰變粒子時(shí)，就會(huì)打破燒瓶，殺死這只貓。根據(jù)量子力學(xué)的哥本哈根詮釋?zhuān)趯?shí)驗(yàn)進(jìn)行一段時(shí)間后，貓會(huì)處于又活又死的疊加態(tài)?？墒牵偃魧?shí)驗(yàn)者觀察盒子內(nèi)部，他會(huì)觀察到一只活貓或一只死貓，而不是同時(shí)處于活狀態(tài)與死狀態(tài)的貓。這事實(shí)引起一個(gè)謎題：到底量子疊加是在什么時(shí)候終止，并且塌縮成兩種可能狀態(tài)中的一種狀態(tài)？ 圖片來(lái)源：Dhatfield [CC BY-SA 3.0] via wikipedia  “觀察者”的存在，影響了測(cè)量結(jié)果？這科學(xué)嗎？ 塌縮的機(jī)率性破壞了古典決定論，愛(ài)因斯坦始終認(rèn)為這種不確定性只是因?yàn)榱孔恿W(xué)不夠完備所致，還提出隱變量理論來(lái)試圖解釋。 溫伯格也質(zhì)問(wèn)： “既然薛定諤方程能確定任何時(shí)刻的波函數(shù)，如果觀察者及其測(cè)量?jī)x器本身都是由決定性的波函數(shù)所描述的，為什么我們不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)測(cè)量結(jié)果，而只能知道機(jī)率？ 作為一個(gè)普遍的問(wèn)題：如何建立量子與古典現(xiàn)實(shí)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系？”[13] 還有,究竟是什么導(dǎo)致了塌縮？是人類(lèi)的意識(shí)嗎？我們是否只能透過(guò)測(cè)量來(lái)觀察這個(gè)世界？
“當(dāng)我們不看月亮?xí)r，月亮是否還在那？”
當(dāng)我們不看月亮?xí)r，月亮是否還在那？如果森林中有棵樹(shù)倒了，沒(méi)有人在場(chǎng)聆聽(tīng)，那么會(huì)有聲響嗎？圖片來(lái)源：flo222 @Pixabay
舉個(gè)具體例子，如果森林中有棵樹(shù)倒了，沒(méi)有人在場(chǎng)聆聽(tīng)，那么會(huì)有聲響嗎？如果真實(shí)的森林中有一棵真實(shí)的樹(shù)倒下了，那么即便沒(méi)有人在附近，聲音當(dāng)然還是會(huì)出現(xiàn)。即使沒(méi)有人在場(chǎng)聽(tīng)到，還是會(huì)有其他的蛛絲馬跡，聲響透過(guò)空氣會(huì)搖晃一些樹(shù)葉，我們只要夠仔細(xì)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)荊棘劃過(guò)葉子而留下了割痕。如果問(wèn)：是否有聲音的“感覺(jué)”呢？答案是沒(méi)有。照理講，聲音的感覺(jué)是和認(rèn)知連接在一起的， 我們不知道別的生物是否有知覺(jué)。
也有人說(shuō)塌縮是經(jīng)典客體（如觀察儀器、觀察者）和量子客體（被測(cè)量的量子）相互作用后的結(jié)果，此過(guò)程完全不需要一位實(shí)驗(yàn)操作者存在。但如果有本質(zhì)論的物理法則存在，一個(gè)經(jīng)典客體哪來(lái)的魔力去塌縮波函數(shù)呢？宏觀和微觀的分割線(xiàn)又是什么？量子力學(xué)非?！盎巍保谶M(jìn)行定義時(shí)竟然需要用到作為自身極限情形的經(jīng)典儀器，頗有種剪不斷理還亂的感覺(jué)，不像相對(duì)論可以完全拋棄自身極限的牛頓體系獨(dú)立存在。
諾貝爾獎(jiǎng)得主萊格特就說(shuō)：“如果說(shuō)塌縮是由有意識(shí)的觀察者所導(dǎo)致的會(huì)不會(huì)更好？”[14] 其實(shí)量子力學(xué)初建立時(shí)，人們對(duì)測(cè)量理論的看法就有所分歧，玻爾認(rèn)為測(cè)量是微觀系統(tǒng)和宏觀儀器相互作用的結(jié)果，海森堡認(rèn)為測(cè)量是指留下一個(gè)永久的“紀(jì)錄”，而維格納認(rèn)為當(dāng)一位有意識(shí)的觀察者介入后才算完成了測(cè)量。
和經(jīng)典的“測(cè)量”不同，量子中的“測(cè)量”行為是創(chuàng)造性的，它簡(jiǎn)直創(chuàng)造了被測(cè)量的物理實(shí)在。約當(dāng)（矩陣力學(xué)的三位創(chuàng)始人之一，因?yàn)榧尤爰{粹黨沒(méi)獲諾貝爾獎(jiǎng)）就宣稱(chēng)： “觀測(cè)不僅會(huì)干擾被觀測(cè)量，而且產(chǎn)生了它！我們強(qiáng)迫電子出現(xiàn)在特定的位置。一般來(lái)說(shuō)，原先它既不在這也不在那，它尚未決定一個(gè)確切位置……每一次觀察不僅僅是一種干擾，而是一種尖銳的侵犯：我們自己產(chǎn)生了測(cè)量結(jié)果?！?span>[15]
唯心主義者認(rèn)為塌縮是由人類(lèi)的意識(shí)所造成的，但貓狗或是昆蟲(chóng)是否擁有意識(shí)，能否引發(fā)波函數(shù)的塌縮，他們卻不愿意繼續(xù)探討。曾有物理學(xué)家問(wèn)狄拉克塌縮是如何產(chǎn)生的，他回答：“自然會(huì)自己做出選擇?！蹦蔷烤勾笞匀皇窃趺醋龀鲞x擇的呢？他又說(shuō)：“當(dāng)機(jī)率不再有干涉時(shí)。”這想法就是后來(lái)的量子退相干。退相干能夠解釋為什么不會(huì)觀察到干涉現(xiàn)象，但是退相干能否解釋波函數(shù)塌縮的后果，這議題至今仍舊存在巨大爭(zhēng)議。退相干是一種標(biāo)準(zhǔn)量子力學(xué)效應(yīng)，它不是一種量子力學(xué)詮釋?zhuān)抢昧孔恿W(xué)分析獲得的結(jié)果。
如霍金所說(shuō)：“在魚(yú)缸里的金魚(yú)感知到的‘現(xiàn)實(shí)’并不真實(shí)，因?yàn)閺澢谋砻鏁?huì)讓金魚(yú)眼中的‘現(xiàn)實(shí)’世界變得扭曲。金魚(yú)看見(jiàn)的世界與我們所謂的‘現(xiàn)實(shí)’不同，但我們?cè)趺茨芸隙ㄋ吹降木筒蝗缥覀冋鎸?shí)？就連我們自己終其一生，也在透過(guò)一塊扭曲的鏡片（望遠(yuǎn)鏡）打量周遭的世界呢?！眕ixabay
關(guān)于物理學(xué)，我們還不了解的是……
愛(ài)因斯坦認(rèn)為有個(gè)客觀的物理實(shí)在，不同觀察者都從自己的角度看問(wèn)題；而玻爾則認(rèn)為對(duì)于想要研究的問(wèn)題不同，觀察者會(huì)設(shè)計(jì)各種相異的實(shí)驗(yàn)，而這些實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造了物理實(shí)在。最后貝爾不等式的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為這場(chǎng)世紀(jì)辯論帶來(lái)終結(jié)，宣告玻爾是對(duì)的，測(cè)量的過(guò)程創(chuàng)造了一個(gè)特定的結(jié)果。粒子在對(duì)它進(jìn)行測(cè)量之前沒(méi)有一個(gè)確定的位置，是測(cè)量的過(guò)程給出了一個(gè)具體數(shù)值，測(cè)量“創(chuàng)造”出了一個(gè)結(jié)果。
這種挺像魔法的“儀器創(chuàng)造說(shuō)”不太令人滿(mǎn)意，但是維格納的唯心論想法也有荒謬之處，以薛定諤的貓為例，是你“看的行為”看死了貓，而非毒藥，這變得非?；闹?，宏觀事件的線(xiàn)性組合會(huì)非常奇怪。現(xiàn)在人們普遍接受的說(shuō)法是：測(cè)量的本質(zhì)是某些宏觀體系受到了影響，在測(cè)量發(fā)生的時(shí)刻，宏觀體系與微觀體系相互作用，并留下一個(gè)永久記錄。宏觀體系不允許處于由不同態(tài)所構(gòu)成的線(xiàn)性組合的態(tài)，當(dāng)然宏觀和微觀之間并沒(méi)有明確的分割線(xiàn)，但是由退相干理論，在極短的時(shí)間內(nèi)它就會(huì)回到普通的經(jīng)典態(tài)。
最后以海森堡的一段話(huà)為量子力學(xué)作結(jié)尾： “我們不能再獨(dú)立于觀察過(guò)程來(lái)談?wù)摿Ｗ拥男袨椤Ｗ鳛樽詈蟮慕Y(jié)果，量子理論中的數(shù)學(xué)法則不再處理粒子本身，而是我們對(duì)于粒子的了解。也不能再客觀地詢(xún)問(wèn)這些粒子是否在空間和時(shí)間上存在?？茖W(xué)不再是自然界的客觀觀察者，而是將自己視為人與自然之間相互作用的演員。分析、解釋、分類(lèi)的科學(xué)方法已經(jīng)意識(shí)到了它的局限性。方法和對(duì)象不能再分開(kāi)?！?/span>[16] 這大概要說(shuō)的就是哥本哈根學(xué)派的瑕疵，我們應(yīng)該對(duì)測(cè)量的本質(zhì)和波函數(shù)的塌縮有更深刻的理解。 注釋?zhuān)?/span>
參考資料：
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