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深度科普:量子力學與意識有關?(近10000字,請耐心閱讀)

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提到量子力學,許多人腦海中或許會浮現(xiàn)出 “玄學” 二字。這門學科全然顛覆了我們習以為常的日常生活經(jīng)驗,打開了一扇通往奇異世界的大門。



愛因斯坦的相對論,同樣對傳統(tǒng)認知發(fā)起了挑戰(zhàn),它提出了全新的相對時空觀,革新了我們對時空的理解。但相對論仍歸屬于經(jīng)典物理學范疇,因為它遵循著最基本的因果律和定域性原則(簡單來說,即光速限制,任何信息和物質(zhì)的傳播速度都無法超越光速)。

量子力學則截然不同,它對我們的世界觀和宇宙觀帶來了根本性的沖擊,甚至連因果律這一經(jīng)典物理學的基石都受到了挑戰(zhàn)。



想象一下,在現(xiàn)實生活中,我們有著清晰的因果邏輯:我打你一耳光,隨后你才會感覺到疼痛。但在量子世界里,卻可能出現(xiàn)這樣令人匪夷所思的情景 —— 你先感覺到疼痛,然后我才打了你一耳光。這種違背常規(guī)因果的現(xiàn)象,是不是讓人覺得荒誕至極,仿佛踏入了一個 “不講理” 的瘋狂世界?

在經(jīng)典宏觀世界里,我們對事物的認知是直觀而確定的。

比如一輛小汽車停在路邊,無論我們是否關注它,它都客觀存在于那里,位置不會憑空改變。但量子世界卻充滿了不確定性。在這個奇異的世界中,事物的狀態(tài)往往取決于觀測。



以汽車為例,假如它處于量子世界,那么只有當你進行觀測時,汽車才會在某個確定的位置出現(xiàn);而當你未觀測時,汽車可能身處宇宙的任何角落,甚至可能同時出現(xiàn)在兩個不同的地方。這聽起來是不是讓人難以置信,仿佛意識能夠左右客觀世界的存在?

關于 “意識” 對量子世界的影響,在大眾的討論中愈發(fā)神秘化。



然而,對于物理學領域的專家而言,在量子力學的某些詮釋中,盡管確實涉及 “意識” 概念,但其中的內(nèi)涵絕非普通大眾所理解的那般簡單。物理學家們憑借著深厚的科學素養(yǎng),專注于對自然規(guī)律的探索,并沒有精力涉足玄幻哲學等領域。實際上,量子力學中關于 “意識” 的詮釋,有著更為深層次的邏輯脈絡,不能僅僅從字面意思去解讀。

量子力學的諸多詮釋,都圍繞著一個核心 ——“觀測”??梢哉f,量子力學的所有謎題,根源都在于 “觀測” 這一行為。



量子世界具有許多令人難以理解的特性,諸如疊加態(tài)、不確定性、糾纏態(tài)等量子態(tài)。在理論層面,這些狀態(tài)能夠存在,但一旦我們進行觀測,卻只能捕捉到某一個確定的狀態(tài)。這就引發(fā)了一系列問題:為什么會出現(xiàn)這種情況?在從不確定狀態(tài)轉變?yōu)榇_定狀態(tài)的過程中,究竟發(fā)生了什么?

為了更形象地說明這些抽象的概念,我們借助著名的思想實驗 “薛定諤的貓” 來一探究竟。



這個實驗想必很多人都有所耳聞,大致過程是這樣的:一只貓被關在一個密封的箱子里,箱子里裝有放射性元素、毒氣瓶等裝置。放射性元素有 50% 的概率發(fā)生衰變,一旦衰變,就會觸發(fā)機關打破毒氣瓶,貓就會死亡;若沒有衰變,貓則存活。



按照量子力學的詮釋,放射性元素在未被觀測時,處于衰變與不衰變的 “疊加態(tài)”。那么與之緊密關聯(lián)的貓,最終也會處于 “生和死” 的疊加態(tài),也就是存在一只理論上 “既死又活” 的貓。但這顯然與我們?nèi)粘5恼J知相悖,在現(xiàn)實生活中,怎么可能出現(xiàn)一只同時處于生死兩種狀態(tài)的貓呢?

出于好奇,我們試圖打開箱子一探究竟,看看這只 “既死又活” 的貓究竟是什么模樣。然而,就在我們實施觀測的瞬間,神奇的事情發(fā)生了,貓會從 “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)。



這似乎表明,在我們沒有觀測時,量子事件如同一片模糊的 “概率云”,充滿了不確定性;而當我們進行觀測的那一刻,概率云瞬間坍縮,變成了一個確定的結果。

是我們的觀測行為改變了最終的結果嗎?難道真的是我們的意識在影響客觀世界?

以玻爾為首的哥本哈根學派認為,在觀測之前去探討貓的狀態(tài)沒有實際意義,因為任何觀測者和觀測行為都屬于獨立于理論之外的特殊過程。這其中涉及到 “量子經(jīng)典邊界” 的問題。



觀測行為和觀測者遵循經(jīng)典物理規(guī)律,而微觀粒子屬于量子范疇,兩者之間存在著一道邊界,觀測行為必須跨越這道邊界才能生效。物理學家海森堡也提出了 “海森堡邊界” 的概念,他認為在邊界的一側是經(jīng)典世界,一切都遵循我們熟悉的經(jīng)典物理法則,不存在疊加態(tài)和不確定性;而另一側則是量子世界,充滿了疊加態(tài)和不確定性。

但這個邊界究竟在哪里,又該如何定義,海森堡也無法給出確切的解釋。他只是指出,這條邊界由我們所研究問題的性質(zhì)決定,并且物理過程不應存在不連續(xù)性,邊界的具體位置具有一定的自由度??梢钥闯觯绫竟忈寣τ?“邊界” 的解釋較為模糊,有回避核心問題之嫌。



為了解釋量子世界如何過渡到經(jīng)典世界,玻爾還提出了著名的 “對應原理”。

該原理認為,量子力學在經(jīng)典物理邊界處應能自然地與之兼容。然而,這一原理最大的問題在于:所謂的 “經(jīng)典物理邊界” 究竟該如何界定?我們知道,像電子、光子等微觀粒子,由于質(zhì)量極小,會表現(xiàn)出明顯的量子效應,如疊加態(tài)、不確定性等。

而在經(jīng)典世界中,物體質(zhì)量較大,例如一個籃球,主要表現(xiàn)出經(jīng)典物理效應,量子效應難以顯現(xiàn)。但如果我們逐步放大微觀尺度,會發(fā)現(xiàn)量子效應會逐漸向經(jīng)典物理效應轉變,且這個轉變過程是較為自然的。



這意味著,在大質(zhì)量物體上,不確定性極小,幾乎可以忽略不計。宏觀物體由于質(zhì)量大,物質(zhì)波的波長極短,短到難以展現(xiàn)出波的特性,所以我們在日常生活中難以察覺到量子效應。這便是玻爾對于量子效應過渡到經(jīng)典物理效應的詮釋。

但這種解釋看似合理,實則存在漏洞。

以薛定諤的貓為例,這個思想實驗將微觀世界的詭異現(xiàn)象延伸到了宏觀世界,讓人難以接受。對應原理的具體問題在于,既然量子效應會隨著尺度增大逐漸轉變?yōu)榻?jīng)典物理效應,那么微觀與宏觀之間似乎不應存在明確的邊界。

所謂的 “經(jīng)典與微觀” 的對應關系,并非經(jīng)典狀態(tài)與量子狀態(tài)的簡單對應,而是經(jīng)典確定狀態(tài)與微觀不確定狀態(tài)的統(tǒng)計平均之間的對應。也就是說,在經(jīng)典物理世界中,詭異的量子效應并非真正消失,只是從表象上看似乎消失了。



在經(jīng)典混沌系統(tǒng)中,這種矛盾會被不斷放大,無論我們?nèi)绾卧龃蟪叨龋孔有紩阅撤N線性方式出現(xiàn),導致無法產(chǎn)生混沌現(xiàn)象。但在現(xiàn)實的經(jīng)典世界中,混沌現(xiàn)象卻隨處可見。為了解決這一問題,科學家們提出了退相干理論。簡單來說,退相干就是微觀粒子與周圍環(huán)境發(fā)生相互作用,致使量子效應消失,不再具有相干性,也就是不再表現(xiàn)出量子特性。



玻爾對于自己提出的對應原理表達了這樣的觀點:量子效應并非自然地轉換為經(jīng)典理論,只是在統(tǒng)計解釋層面與經(jīng)典理論相吻合。

換句話說,量子力學的統(tǒng)計平均結果與經(jīng)典物理的確定結果在一定程度上近似一致。但需要明確的是,量子力學與經(jīng)典物理是兩個截然不同的理論體系,它們相互獨立,無法從其中一個推導出另一個。

玻爾還表示,無法從量子力學中推導出觀測結果的合理解釋,原因在于我們生活在宏觀世界,所有物體本質(zhì)上都是經(jīng)典的,我們所使用的觀測儀器自然也遵循經(jīng)典物理規(guī)律。因此,從經(jīng)典到量子邊界的觀測過程,會促使波函數(shù)發(fā)生坍縮。



波函數(shù)屬于微觀領域的概念,而我們的觀測行為處于宏觀世界,當我們對波函數(shù)進行觀測時,觀測結果必然會跨越邊界,從量子態(tài)轉變?yōu)榻?jīng)典態(tài),即從疊加態(tài)變?yōu)榇_定態(tài)。但尷尬的是,玻爾始終未能明確指出這個邊界究竟位于何處,這難免給人一種敷衍的感覺。

此外,無論是我們?nèi)祟愖陨?,還是所使用的觀測儀器,都是由微觀粒子組成的,那么為什么由微觀粒子構成的我們和儀器,卻要遵循與量子力學不同的特殊法則呢?

實際上,科學家們一直在努力尋找這個所謂的邊界,并且取得了一定成果。

通過實驗,科學家們已經(jīng)驗證了在更大尺度上存在量子效應。



以雙縫干涉實驗為例,經(jīng)過不斷改進,已經(jīng)實現(xiàn)了在由 810 個原子組成的大分子尺度上觀察到干涉現(xiàn)象??梢灶A見,隨著科技的不斷進步,我們將在更大尺度上觀測到量子效應,這意味著宏觀物體同樣可能遵循量子力學規(guī)律。

馮諾依曼等科學家指出,量子力學應該具有普適性,不僅適用于微觀世界,在經(jīng)典宏觀世界同樣有效。這表明,量子世界與宏觀經(jīng)典世界之間或許并不存在絕對的邊界,兩個看似截然不同的世界,或許都可以用量子力學來進行描述。所謂的觀測或測量,本質(zhì)上是被觀測對象與觀測者(或觀測儀器)之間的相互作用。

上述觀點具有一定的合理性,因為觀測本身就是一種相互作用,只有通過相互作用,觀測對象與觀測者之間才能產(chǎn)生因果聯(lián)系,進而實現(xiàn)信息的傳遞。所以,任何觀測過程都無法脫離觀測者而獨立存在。



回到薛定諤的貓這個思想實驗,觀測者、貓、放射性元素、毒氣瓶等所有物體,實際上構成了一個相互糾纏的疊加態(tài)系統(tǒng),整個系統(tǒng)按照量子力學的規(guī)律進行演化。但這個演化結果卻讓我們感到詫異,畢竟在現(xiàn)實生活中,不可能出現(xiàn)既死又活的貓。根據(jù)我們的生活經(jīng)驗,必然存在某種過程,使得系統(tǒng)的疊加態(tài)發(fā)生 “坍縮”,從而轉變?yōu)榇_定狀態(tài)。

有科學家認為,在整個系統(tǒng)中,并不存在我們傳統(tǒng)認知中的 “經(jīng)典” 物體,所有物體,包括我們自身,都是由微觀粒子構成,因此都應遵循量子力學規(guī)律。



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)。當我們進行觀測時,會發(fā)生什么呢?我們的眼睛或觀測儀器會與實驗系統(tǒng)融為一體,理論上會看到貓?zhí)幱谏退赖寞B加態(tài),但這僅僅是第一步。

眼睛看到的信息需要經(jīng)過視神經(jīng)的處理,在這個過程中,視神經(jīng)接收到的仍是生和死的疊加態(tài)信息,并將其傳輸給大腦。然而,根據(jù)我們的生活經(jīng)驗,無論這個過程多么復雜,最終我們只能觀測到貓的某一種確定狀態(tài),而不是疊加態(tài)。

這就意味著,在整個信息傳遞過程中,必然存在某個環(huán)節(jié)打破了量子力學的疊加態(tài),問題的關鍵在于,這個出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)究竟在哪里呢?

科學家們普遍認為,物理法則應具有普適性,但這種普適性可能僅在物質(zhì)世界有效。

既然宏觀世界的物體由微觀粒子組成,那么宏觀物體理應遵循量子力學規(guī)律,即量子力學具有普適性,在微觀和宏觀世界都適用。但量子力學的這種普適性或許不應擴展到物質(zhì)之外的現(xiàn)象,比如意識和精神。盡管意識這一概念早已存在,但目前科學家們對其本質(zhì)的理解仍較為膚淺。因此,物理學家馮諾依曼等提出,很可能是意識在其中發(fā)揮了關鍵作用。



也就是說,意識或許就是那個打破疊加態(tài)的 “神秘鏈條”,意識本身可能并不遵循傳統(tǒng)的物理法則,正是意識導致了波函數(shù)的坍縮,成為物質(zhì)之外的神秘 “觀測者”。

但如果真的如此,就會引發(fā)一個更為棘手的問題:這將導致 “意識決定物質(zhì)” 的結論。從本質(zhì)上講,這一結論仍屬于哥本哈根詮釋的范疇,不同之處在于,“意識決定論” 直接用 “意識” 來解釋原本模糊不清的量子效應影響問題。



隨后,科學家們又提出了一個尖銳的問題:量子力學表明觀測會導致波函數(shù)坍縮,那么實驗中的貓自己的 “觀測” 是否也會導致波函數(shù)坍縮呢?由于貓無法像人類一樣表達自身感受,這個問題很難得到確切驗證。于是,科學家們對薛定諤的貓實驗進行了改進,將一個人和貓一同關進密閉箱子,并為這個人配備防毒面具,讓其在不干預實驗的前提下進行觀測。

這個升級后的實驗與原實驗本質(zhì)相同,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)實才是客觀存在的,那么貓依然會處于既死又活的疊加態(tài)。但從箱子里的人的角度來看,他自身的觀測會導致波函數(shù)坍縮,所以他只會看到貓的一種確定狀態(tài),即死貓或者活貓,而不會看到既死又活的疊加態(tài),也不會因此精神分裂。這樣一來,問題就出現(xiàn)了:箱子外的我們和箱子內(nèi)的觀測者對于貓的狀態(tài)認知產(chǎn)生了沖突,究竟誰的認知是正確的呢?

有物理學家認為,物質(zhì)和意識是兩種截然不同的存在方式,觀測行為應該是可以被明確界定的,并非像玻爾提出的那樣模棱兩可。所謂觀測,實際上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果,只是大腦產(chǎn)生的一種印象。如果離開了這種印象,觀測行為就失去了意義。波函數(shù)只是一種用于描述周圍事物的數(shù)學工具,當人們與周圍環(huán)境發(fā)生相互作用時,會在意識中產(chǎn)生某種感覺,這就是觀測的本質(zhì)。

當我們獲取外界信息時,會更新對外部世界的認知,同時自動屏蔽與該信息相悖的其他信息。通俗來講,所謂的波函數(shù)坍縮,其實就是人類大腦中的信息更新過程。



仍以薛定諤的貓為例,在我們打開箱子之前,貓的狀態(tài)處于疊加態(tài),也就是說,貓 “既死又活” 的印象同時存在于我們的意識之中。這種狀態(tài)在現(xiàn)實中難以理解和接受,但在意識印象層面卻并非無法想象。

例如,當你詢問朋友貓的狀態(tài)時,朋友告知你貓死了或者活著,這個瞬間,朋友傳遞給你的信息就確定了貓的狀態(tài),同時在你的意識中自動排除了其他可能性。準確地說,在朋友告知你的那一刻,貓的狀態(tài)在你的意識里發(fā)生了坍縮。這樣的解釋相對簡單,也更容易被接受。在朋友告知你之前,波函數(shù)本身并沒有明確的現(xiàn)實意義,只是對意識印象的一種數(shù)學描述。

但如果你進一步追問朋友:“在我問你之前,貓到底是死是活呢?” 朋友可能會回答 “我早就告訴過你貓是活(死)的了”。這就產(chǎn)生了矛盾,在你首次詢問之前,貓?zhí)幱诩人烙只畹寞B加態(tài),而再次詢問時,朋友卻表示貓早已處于確定狀態(tài)。

現(xiàn)在,我們將朋友看作一臺測量儀器,會發(fā)現(xiàn)什么呢?結果是,在我們首次用儀器觀測之前,貓和儀器本身都處于既死又活的疊加態(tài)。但如果觀測者是你的朋友,他怎么可能看到處于疊加態(tài)的貓呢?



這顯然既奇怪又矛盾,因為從本質(zhì)上講,一只貓和你的朋友在這個實驗中的角色并沒有本質(zhì)區(qū)別。而作為你自己,你自然會認為朋友與你有著相同的感覺和印象,即朋友不應該看到貓的疊加態(tài),而應看到確定狀態(tài)。否則,你很容易陷入 “唯我論”,從邏輯上無法證實別人和你的印象是否一致,甚至可能徹底否定別人的意識存在。科學家們自然不愿意陷入這樣的困境,因此通常會認為,在你發(fā)現(xiàn)貓的狀態(tài)坍縮之前,貓其實早已在朋友觀測的瞬間發(fā)生了坍縮。



也就是說,對于沒有意識的機器而言,它可以處于疊加態(tài);但對于擁有意識的人類個體來說,意識會使疊加態(tài)發(fā)生坍縮。簡單來講,有意識的生命和無意識的機器在這個過程中表現(xiàn)出了截然不同的作用。進一步得出的深層結論是:意識就是導致波函數(shù)坍縮的 “罪魁禍首”。



這就是 “馮諾依曼 - 魏格納詮釋”,馮諾依曼首次提出意識與坍縮之間可能存在某種聯(lián)系,魏格納則將這種可能的聯(lián)系進一步具體化。

然而,這個詮釋仍然存在諸多模糊之處。其中最大的問題在于:究竟什么是意識?判斷某個觀測者是否具有意識的標準又是什么?

通常情況下,我們認為人類具有意識,但其他物種呢?豬牛羊貓等動物是否有意識?蟑螂、螞蟻等昆蟲呢?

如果密封箱子里的貓有意識,那么它自身的觀測就會導致波函數(shù)坍縮,即貓自己將自己的狀態(tài)從疊加態(tài)變?yōu)榇_定態(tài)。



但如果只有人類的意識才被認可為意識,那么問題就更加復雜了:為什么人類如此特殊,能夠使自然界的疊加態(tài)坍縮?這似乎意味著現(xiàn)實世界的客觀存在依賴于人類的意識。

也就是說,如果意識真的能導致波函數(shù)坍縮,那么不僅是當下的宇宙,甚至 138 億年的宇宙歷史都可能是意識的產(chǎn)物。這樣一來,矛盾就出現(xiàn)了:在宇宙早期,尚無生命存在,也就不存在能夠?qū)е掠钪?“波函數(shù)坍縮” 的因素,那么當時的宇宙應該處于完全模糊的狀態(tài),如同一片充滿不確定性的概率云。



這種模糊狀態(tài)將一直持續(xù)到宇宙中首個意識體出現(xiàn),在意識體觀測的瞬間,整個宇宙才坍縮成為如今的模樣。

甚至可以推測,138 億年前宇宙的誕生,或許就是某個意識體的一次觀測,使得宇宙瞬間誕生。如果真是這樣,將會對人類的認知產(chǎn)生顛覆性的影響。因此,哥本哈根詮釋在探討這類問題時,總是試圖通過各種方式小心翼翼地避開意識話題,因為以玻爾為首的哥本哈根學派深知,在物理學中引入意識概念可能帶來諸多難以解決的問題。

但現(xiàn)實情況是,無論是否愿意,只要對哥本哈根詮釋進行深入探究,最終都可能導向 “意識導致波函數(shù)坍縮” 這一結論。



實際上,物理學家們提出將人放入密封箱子進行觀測的思想實驗,并非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,揭示其內(nèi)在的不自洽性。那么,如何解釋哥本哈根詮釋的不自洽呢?

有物理學家提出了更為大膽的 “多世界詮釋”。

多世界詮釋指出,觀測并非我們?nèi)粘K斫獾暮唵涡袨?,它有著明確的物理意義,本質(zhì)上是觀測者與被觀測系統(tǒng)之間的相互作用,而這種相互作用必須借助量子力學的語言來加以描述。在這個框架下,觀測者并不具備特殊地位,與測量儀器并無本質(zhì)區(qū)別,觀測行為以及所產(chǎn)生的結果,都完全遵循量子力學的規(guī)則。

量子力學中顯著的疊加態(tài)和糾纏態(tài)現(xiàn)象,會致使物體喪失其獨立性狀態(tài)。



以經(jīng)典的薛定諤的貓思想實驗為例,當我們試圖將觀測者與密封箱子里的貓及整個系統(tǒng)分離開來看待時,就已經(jīng)踏入了錯誤的認知路徑。實際上,觀測者在實施觀測的那一剎那,便與貓以及整個系統(tǒng)緊密地糾纏在一起,無論是觀測者自身,還是那只命運神秘的貓,都不再具有獨立的狀態(tài)。

這也就表明,當我們執(zhí)著于追問 “貓到底是死是活” 時,這個問題本身的意義已經(jīng)悄然改變。因為觀測者和貓不再彼此獨立,整個系統(tǒng)處于糾纏之中。所以,我們對貓狀態(tài)的任何描述,都必須基于觀測者已經(jīng)呈現(xiàn)出的某個狀態(tài)。簡單來說,貓和觀測者的狀態(tài)相互依存,相對彼此而存在。從通俗的角度理解,整個系統(tǒng)的所有疊加態(tài)都是真實存在的,只不過它們的存在是相對于觀測者而言的。



所以,無論觀測者在何時進行觀測,觀測者自身的狀態(tài)都已經(jīng)與貓的某一種狀態(tài)建立起了特定聯(lián)系,而這一結論能夠通過薛定諤方程嚴謹?shù)赝茖У贸觥_@意味著,觀測者并非以獨立個體的形式進行觀測,而是以 “疊加態(tài)” 的方式參與其中,觀測者的這種疊加態(tài)分別對應著貓的疊加態(tài)。

或許你會覺得這樣的描述如同繞口令,讓人困惑不已,進而忍不住質(zhì)疑:我不想陷入如此復雜的理解,只想知道貓到底是死還是活。但很遺憾,在多世界詮釋的視角下,你所探尋的那只 “貓”,其自身都無法明確自己的狀態(tài)。通俗來講,這只貓已不再是我們傳統(tǒng)認知中具有獨立實體意義的貓,它僅僅是與整個箱子系統(tǒng)乃至整個宇宙相互糾纏的波函數(shù)的一部分。

更為關鍵的是,無論是貓還是觀測者,都根本無法與宇宙環(huán)境完全隔絕開來。即便我們擁有超凡的能力,能夠?qū)⒄麄€系統(tǒng)中的所有物質(zhì),包括可見與不可見的,全部清除干凈,但引力場、其他各類場以及宇宙微波背景輻射,卻始終無法被徹底消除。

而且,與宏觀物體之間短程、相對簡單的相互作用不同,量子糾纏是一種長程作用,理論上它能夠跨越無限遙遠的時空,使相關物體始終保持糾纏狀態(tài)。如此一來,整個系統(tǒng)想要完全斷絕與宇宙環(huán)境的相互作用,幾乎是不可能的。這就表明,系統(tǒng)本身最終必然會與宇宙發(fā)生相互作用,成為一個不可分割的整體。



進一步而言,宇宙中的所有疊加態(tài)都注定會與觀測者的狀態(tài)產(chǎn)生糾纏。也就是說,宇宙本身也存在 “波函數(shù)”,當波函數(shù)坍縮時,某個坍縮結果對應的宇宙中貓是死的,而另一個對應的宇宙中貓則是活的。從數(shù)學領域來看,高維度希爾伯特空間中的某一個側面,實際上就是宇宙波函數(shù)坍縮后的一種可能結果。

當然,這樣的結果絕非單一,至少可以分為兩種,這便構成了所謂的不同的兩個世界,也就是多世界。通過對希爾伯特高維空間的數(shù)學分析可知,兩個世界之間出現(xiàn)重疊的可能性幾乎為零。簡單來講,我們無法從一個世界去感知另一個世界的存在,不同的兩個世界就如同兩條永遠不會相交的平行線。

基于此,我們可以認為量子力學實際上就是對希爾伯特高維空間的矢量描述,在這個體系中,并不存在我們傳統(tǒng)意義上所理解的經(jīng)典狀態(tài),并且所有的疊加方式在本質(zhì)上都是等價的。因此,我們能夠以任意形式來描述波函數(shù)。



例如,一只活貓或者死貓的狀態(tài),完全可以看作是 “活貓與死貓” 這兩種狀態(tài)的疊加。具體來講,波函數(shù)就類似于希爾伯特高維空間中的矢量。為了更好地理解這一抽象概念,我們可以打個比方:想象一個高維空間的骰子,骰子的每一個面就如同一個經(jīng)典世界,而處于低維空間的我們,只能看到骰子在低維空間的投影。



理論上,骰子能夠從任意角度投影到低維空間,只有在極為特殊的角度下,我們才能看到骰子某個確定的面,而在其他絕大多數(shù)角度,我們所看到的都是骰子多個面的疊加狀態(tài)。從理論分析,我們看到某個確定面的概率非常低,更多時候看到的是多個面的疊加情況。



由此可見,按照多世界詮釋,并不存在疊加態(tài)坍縮為單一確定態(tài)的過程。因為疊加態(tài)所蘊含的所有可能性實際上都已經(jīng)發(fā)生,在不同的世界中,有著不同的 “你”,他們各自見證了疊加態(tài)中的每一種可能性。那么,新的問題隨之而來:眾多世界中的 “你”,究竟哪一個才是 “真正的你” 呢?由于每個世界中的 “你” 都擁有意識,這一問題最終演變成了 “多意識” 問題。



然而,意識之所以能夠被稱為意識,其關鍵在于它必須是確定的、符合經(jīng)典認知的,并且能夠清晰地認知自我。否則,一個與外界處于糾纏狀態(tài)、無法明確區(qū)分 “自我” 的意識,根本不能被視為真正的意識。

這也就意味著,多世界是真實存在的,多世界詮釋中的疊加態(tài)和不確定性與我們所生活的確定的經(jīng)典世界一樣真實。不同之處在于,多世界是由于從不同角度進行觀測,導致宇宙波函數(shù)坍縮而形成的不同側面。從數(shù)學范疇來看,那些非經(jīng)典的所有側面所對應的狀態(tài),無法形成自我意識,自然也就不存在意識。而能夠被我們認知的側面,必定是在具有確定意識的視角下所呈現(xiàn)出來的。



所以,多意識理論認為,世界本身并沒有發(fā)生分裂,真正發(fā)生分裂的是觀測者的意識。是意識從不同的視角進行觀測,在導致波函數(shù)坍縮之后,產(chǎn)生了不同的觀測結果。而 “你” 僅僅是隨機選擇了某個觀測視角,從而看到了相應的某個結果。

還有一個值得深入探討的問題,既然多世界詮釋似乎意味著我們能夠預測未來世界的分支走向,那么又該如何解釋量子力學中令人困惑的概率問題呢?

多世界詮釋給出的答案是,我們并不能確切地預測自身將會出現(xiàn)在哪一個分支世界,這恰恰是不確定性和概率存在的根本原因。這里涉及到一個 “后觀測過程” 的概念。



所謂退相干,簡單來說就是量子系統(tǒng)與外部環(huán)境發(fā)生相互作用,進而導致量子效應消失的過程,這個過程極為迅速,通常在 10 的負 20 次方秒內(nèi)就能瞬間完成。也就是說,在如此短暫的時間里,世界分支便已經(jīng)形成并確定下來。

然而,與之形成鮮明對比的是,人們意識的產(chǎn)生速度要慢得多,通常僅為毫秒級別。這就表明,在我們完成觀測后的某個瞬間,世界分支實際上已經(jīng)形成,只是我們當時并不知曉。經(jīng)過相對較長的時間(當然,這里的 “長” 是相對于退相干的瞬間而言),我們才會逐漸意識到自己處于哪個世界分支之中。這就是我們在量子力學中觀察到概率和不確定性的根源所在。

按照多意識理論,人們所觀測到的每一種結果,實際上都是我們某個意識從特定觀測視角所獲得的。當意識在選擇觀測視角的同時,也就等同于對自我進行了定義。



那么,“我” 到底是什么呢?首先,“我” 必然是某種自我意識,并且這種自我意識必須是與外界完全區(qū)分開來的、確定的存在。否則,如果 “我” 與整個世界處于糾纏不清的狀態(tài),陷入 “我即世界,世界即我” 的混沌之中,那么 “我” 的概念便不復存在,整個世界也將因此失去意義。

從上述對多世界詮釋以及相關概念的描述中,我們可以得出這樣的結論:在單個世界的框架下,量子力學必然存在不自洽性。

這也就意味著,如果量子力學想要成為一個具有普適性的理論,多世界的存在就是必然的。反之,如果否定多世界的存在,量子力學自身的理論體系就無法實現(xiàn)自洽。這種不自洽性可能體現(xiàn)在,例如我們總是需要一個獨立于量子力學之外的觀測者。簡單來說,量子力學難以在保證自身理論自洽的同時,又對使用該理論進行觀測的觀測者進行合理描述。

歸根結底,在單個世界量子力學的自洽性與多世界詮釋之間,我們必須做出選擇,而且只能選擇一個。



在量子力學的研究中,我們常常會遇到這樣的問題:某個事件在這個世界發(fā)生的概率究竟有多大?

而在多世界詮釋的語境下,這個問題就轉變?yōu)?“在所有的世界分支里,哪一個我才是真實的我”。從多意識理論的角度出發(fā),又進一步演變?yōu)?“在所有的意識分支里,如何才能準確地定義我自己”。這樣的問題如果繼續(xù)深入探討下去,很可能會偏離量子力學的核心主題,甚至上升到哲學的高度。

但無論如何,我們都無法回避這些問題,因為 “我” 這個概念在我們的日常生活中無處不在,頻繁地被使用。也正是因為我們對 “我” 這個字太過熟悉,以至于常常忽略了對其背后深刻內(nèi)涵的思考。

實際上,這已經(jīng)涉及到哲學領域中關于 “自我定義” 的思想,而這種思想在邏輯上注定是不完美的。這也從側面反映出,我們所處的世界必然是不確定的,充滿了概率性。



當我們從 “我” 的角度出發(fā)進行觀測時,所謂的意識坍縮與多世界理論或者多意識理論實際上已經(jīng)緊密地融合在一起。因此,當我們拋開傳統(tǒng)意義上所追求的 “客觀現(xiàn)實”,純粹從 “我” 的獨特視角去審視一切時,原本看似完全無法兼容的多世界理論與單世界理論,最終竟然呈現(xiàn)出驚人的一致與協(xié)調(diào)。

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