每個(gè)人觀察世界的視角都是主觀的,。你周圍所有的光信號(hào)中,，只有一小部分能進(jìn)入你的眼睛。你接收到的視覺信息中又只有一小部分能進(jìn)入大腦的意識(shí),，讓你對(duì)事情做出某種解讀。每個(gè)人的視角不一樣,，看到的東西就不一樣,。面對(duì)同一個(gè)東西，我們就好像盲人摸象一樣,，各自有各自不同的看法,。

同樣的半瓶水，樂觀主義者認(rèn)為水還有半瓶是滿的,，悲觀主義者認(rèn)為水已經(jīng)空了一半,。同樣一幅畫，你要是認(rèn)為畫中人物的臉很小，她就是一位年輕少婦,；你要是認(rèn)為畫中人有個(gè)大鼻子和尖下巴,，她就是一位老太太,。兩條裙子其實(shí)是一樣的，打上不同的光有些人就會(huì)認(rèn)為它們一個(gè)是藍(lán)色一個(gè)是黃色,。

觀察結(jié)果,，取決于觀察者,。

但是請(qǐng)注意,，以上這些都是心理現(xiàn)象，可不是物理現(xiàn)象,。我們對(duì)一件事物的解讀不一樣,，那都是我們自己的原因：那個(gè)事物就在那里，它的那些“硬事實(shí)”，是你怎么解讀也不會(huì)說錯(cuò)的,。樹上明明站著兩只鳥,，誰看也不能說有三只，這沒問題吧?正因?yàn)槲覀儽仨殞?duì)“硬事實(shí)”達(dá)成一致,，我們才相信這個(gè)世界是個(gè)“客觀”實(shí)在,，而不是每個(gè)人各自幻想出來的東西,。

在量子力學(xué)里，觀測(cè)結(jié)果往往受到觀測(cè)行為的影響,。電子本來沒有自旋，是物理學(xué)家的觀測(cè)給它強(qiáng)行賦予了一個(gè)確定的自旋,。我們知道這個(gè)結(jié)果是隨機(jī)的：物理學(xué)家本人不能決定觀測(cè)出來的自旋是向上還是向下……但是到目前為止，我們說的觀測(cè)都是對(duì)不同事件的觀測(cè),。我在這一秒鐘觀測(cè)的是這個(gè)電子,，那么下一秒你是不是觀測(cè)一個(gè)新的電子：還是把這個(gè)電子再觀測(cè)一遍，那都是“另一個(gè)”事件,。

如果兩個(gè)物理學(xué)家觀測(cè)“同一個(gè)”物理事件，他們的觀測(cè)結(jié)果必須是一致的……這總沒問題吧?這樣那個(gè)事件才算是客觀實(shí)在,，對(duì)吧?

不一定。量子力學(xué)會(huì)讓你懷疑,，到底有沒有“客觀實(shí)在”,。

波函數(shù)到底是怎么坍縮的?

我們上一講說了，觀測(cè)會(huì)讓波函數(shù)“坍縮”：這個(gè)粒子本來具有“波動(dòng)性”,，是一個(gè)“既…又……”的疊加態(tài)，現(xiàn)在因?yàn)槟銛[上儀器非得觀測(cè)它到底是從哪條路走的,，或者它的自旋到底是向上還是向下,，它不得不變成了“或者……或者……”的“粒子性”，它的波函數(shù)坍縮了,。

在數(shù)學(xué)上,，這一切都是非常簡(jiǎn)單的,。比如對(duì)于一個(gè)沒有被做路徑觀測(cè)、同時(shí)走過兩條縫的電子,，我們可以把它的波函數(shù)寫成[1]：

我們管這個(gè)叫“波函數(shù)”是一個(gè)歷史習(xí)慣,，嚴(yán)格地說應(yīng)該叫“態(tài)函數(shù)”,，它描寫了從左邊走和從右邊走的量子疊加態(tài)。而不管你用什么方法觀測(cè),，只要你探知到了電子的路徑,，它的波函數(shù)就會(huì)變成一

或者

這二者之一，具體變成哪個(gè),，完全是隨機(jī)的,。這就是波函數(shù)的坍縮。

坍縮前,，波函數(shù)是兩個(gè)狀態(tài)的疊加,；坍縮后,，它隨機(jī)地變成了其中一個(gè)狀態(tài),。描寫自旋、位置,、動(dòng)量,，所有物理量的波函數(shù)都是這樣的疊加，這就是波函數(shù)的本質(zhì),。

好,，現(xiàn)在我們的問題是，從觀測(cè)前那個(gè)形式,，到觀測(cè)后這個(gè)形式，波函數(shù)的變化是如何發(fā)生的呢?大家都知道是觀測(cè)讓波函數(shù)坍縮,，但是在底層的物理機(jī)制上，觀測(cè)到底是怎么讓波函數(shù)坍縮的,，這是一個(gè)大問題,。

玻爾基本上回避了這個(gè)問題,。他說測(cè)量?jī)x器都是宏觀的東西，測(cè)量相當(dāng)于宏觀破壞了微觀,。我感覺他這個(gè)說法就如同說你用針刺破了一個(gè)肥皂泡，說著好像很自然,，但是經(jīng)不住細(xì)想：那個(gè)針頭和肥皂泡表面的接觸過程到底是怎樣的呢?

馮·諾依曼拒絕接受玻爾這個(gè)說法。馮·諾依曼說測(cè)量?jī)x器也是用原子組成的啊,，理論上說它也應(yīng)該遵守量子力學(xué)定律啊,。可是我們量子力學(xué)已知的所有定律里,，根本就沒有一條，說波函數(shù)是怎么坍縮的,。我完全贊同馮·諾依曼這個(gè)質(zhì)疑，這里面還有個(gè)考慮是單純用數(shù)學(xué)方程其實(shí)無法描寫波函數(shù)坍縮——坍縮是絕對(duì)隨機(jī)的,，可是數(shù)學(xué)方程的運(yùn)算沒有這樣的隨機(jī)。我們大概可以說,，波函數(shù)坍縮好像需要數(shù)學(xué)之外的一個(gè)什么東西來觸發(fā)。

但是接下來馮·諾依曼有個(gè)大膽的猜測(cè),，我們可就很難接受了。馮·諾依曼說是“人的意識(shí)”讓波函數(shù)坍縮,。這可能是因?yàn)闇y(cè)量都需要有人參與,，而人的意識(shí)是唯一有可能不受數(shù)學(xué)方程限制的東西,。關(guān)于量子力學(xué)與人的意識(shí)的關(guān)系這是一個(gè)引發(fā)了無數(shù)爭(zhēng)論的大題目，我不太相信這個(gè)說法,，但是咱們這里先不細(xì)講,。你現(xiàn)在只要知道波函數(shù)坍縮這個(gè)問題有多難就行了——物理學(xué)家都被逼到要把意識(shí)這么神秘的東西搬出來的程度了。

我這里要說的是,，為量子力學(xué)的數(shù)學(xué)表述做出過重大貢獻(xiàn)的尤金·維格納(Eugene Wigner) ,， 也支持這個(gè)“意識(shí)說”,， 而且他提出了一個(gè)悖論。

維格納的朋友

維格納出生于1902年,，是屬于量子力學(xué)上半場(chǎng)的物理學(xué)家，他想問題想得很深,，而且善于提出好問題,。維格納曾經(jīng)提出，為什么我們生活的這個(gè)自然世界里的事兒,，如此精準(zhǔn)地符合數(shù)學(xué)呢?你會(huì)用到無比復(fù)雜精巧的數(shù)學(xué)公式,，但是那些公式真有用：這個(gè)宇宙憑什么聽數(shù)學(xué)的呢?這是個(gè)奇跡,。這個(gè)問題到現(xiàn)在哲學(xué)家仍然在爭(zhēng)論。

1961年，維格納構(gòu)思了一個(gè)關(guān)于人的意識(shí)與波函數(shù)坍縮的關(guān)系的思想實(shí)驗(yàn),，后世把這個(gè)實(shí)驗(yàn)叫做“維格納的朋友”,。

我們?cè)O(shè)想有一個(gè)光子,，它處于“水平偏振”和“垂直偏振”這兩種狀態(tài)的量子疊加態(tài)?！捌瘛边@個(gè)概念跟自旋有點(diǎn)像，對(duì)光子來說很容易測(cè)量,。你在電影院看3D 電影用的就是偏振原理。兩個(gè)眼鏡片一個(gè)只能接收水平偏振光一個(gè)只能接收垂直偏振光,，這是兩種不相容的狀態(tài)，所以你的左右眼才能看到不一樣的圖像,，在大腦中合成出來一個(gè)立體感。我們假設(shè)維格納的朋友在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里對(duì)這個(gè)光子的偏振態(tài)進(jìn)行了測(cè)量,。那我們知道，這個(gè)測(cè)量行為必定會(huì)讓光子的波函數(shù)坍縮,，現(xiàn)在光子或者是垂直偏振，或者是水平偏振,。

我們?cè)偌僭O(shè)，維格納本人,，在那個(gè)實(shí)驗(yàn)室外面目睹了他朋友做的事情。維格納知道他的朋友做出了觀測(cè),，只是不知道觀測(cè)的結(jié)果。

好,，那請(qǐng)問，現(xiàn)在那個(gè)光子是個(gè)什么狀態(tài),。維格納和維格納的朋友對(duì)此有不同的看法,。

在維格納的朋友看來,，我實(shí)驗(yàn)已經(jīng)做完了，我已經(jīng)知道光子的偏振是……比如說垂直的吧,，它的波函數(shù)已經(jīng)坍縮了,，它現(xiàn)在就是一個(gè)垂直偏振的光子：

但是在維格納看來,，既然我還不知道觀測(cè)的結(jié)果,，根據(jù)量子力學(xué),，我就必須假設(shè)光子波函數(shù)沒有坍縮、不過考慮到我朋友做了實(shí)驗(yàn),，他跟光子發(fā)生了相互作用，我應(yīng)該把朋友也算作這個(gè)量子事件的一部分,，所以波函數(shù)應(yīng)該寫成下面這個(gè)樣子：

你看，光子現(xiàn)在到底是個(gè)確定的狀態(tài)還是處于某種疊加態(tài),，它的波函數(shù)到底坍縮了沒有，維格納和維格納的朋友有不同的看法,。而且他們的看法都是對(duì)的,。那光子的狀態(tài)還是個(gè)客觀現(xiàn)實(shí)嗎?

 “客觀現(xiàn)實(shí)”存在嗎?

你可能馬上想到，維格納可以做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證啊?他找個(gè)干涉儀,，看看光子能不能自己跟自己干涉，這不就行了嗎?這不行,。維格納眼中的光子并不是簡(jiǎn)單地處于“水平偏振”和“垂直偏振”這兩個(gè)疊加態(tài)，而是考慮到他朋友的觀測(cè)、把他朋友也看做量子系統(tǒng)的一部分,，的疊加態(tài)。維格納必須把他朋友帶上跟光子一起做個(gè)干涉實(shí)驗(yàn)才行,。但是維格納的朋友畢竟是個(gè)宏觀物體，他的“波動(dòng)性”實(shí)在太小了,，這個(gè)干涉效應(yīng)沒有辦法觀測(cè)到,。

而維格納如果只是再測(cè)一遍光子的偏振情況,，他只會(huì)得到跟朋友一樣的結(jié)果——對(duì)此，維格納的朋友會(huì)說那是因?yàn)橹芭笥言趯?shí)驗(yàn)室里的觀測(cè)就已經(jīng)讓光子的波函數(shù)坍縮了,；而維格納會(huì)說那是因?yàn)樽约哼@一次觀測(cè)，讓光子跟朋友的總波函數(shù)一起坍縮了,。他們對(duì)事件的解釋不一樣，可是你無法判斷誰說的對(duì),。

“維格納的朋友”這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)里說的客觀現(xiàn)實(shí)沖突，似乎是無法證明的……

但是2019年,，英國(guó)赫瑞瓦特大學(xué)的幾個(gè)物理學(xué)家，用光子代替維格納和維格納的朋友,，真的做成了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜我們沒法細(xì)說,，簡(jiǎn)單地說，是用四個(gè)光子代表兩對(duì)物理學(xué)家——愛麗絲和愛麗絲的朋友,、鮑勃和鮑勃的朋友——去測(cè)量另外一對(duì)有糾纏關(guān)系的光子。愛麗絲的朋友和鮑勃的朋友各自在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里測(cè)量一個(gè)光子的偏振情況,，愛麗絲和鮑勃?jiǎng)t在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室外面做測(cè)量。

愛麗絲可以選擇直接測(cè)量那個(gè)光子的偏振,，這相當(dāng)于是知道了她的朋友的測(cè)量,；她也可以選擇把朋友和那個(gè)光子放在一起測(cè)量，這相當(dāng)于是對(duì)自己心目中那個(gè)更大的波函數(shù)進(jìn)行觀測(cè)……如此這般這般如此,，再考慮到貝爾不等式那樣的協(xié)調(diào)效應(yīng)，剪斷截說,，最后人類物理學(xué)家再統(tǒng)計(jì)一下所有這些測(cè)量的概率，發(fā)現(xiàn)那些概率的行為并不一致,。

這就相當(dāng)于證實(shí)了，維格納和他的朋友,，確實(shí)觀測(cè)到了不一樣的現(xiàn)實(shí),。當(dāng)然這個(gè)實(shí)驗(yàn)跟維格納原始的設(shè)想已經(jīng)不一樣了，這里面維格納和維格納的朋友不但沒有意識(shí),，而且還都成了光子。我們?nèi)绻Ｊ匾稽c(diǎn),，大概不應(yīng)該從這個(gè)實(shí)驗(yàn)中得出“客觀實(shí)在不存在”這樣的結(jié)論,。但是不論如何,，如果你非得相信波函數(shù)是個(gè)物理實(shí)在，那么“維格納的朋友”這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)告訴你,，兩個(gè)觀測(cè)者對(duì)同一件事可以有不同的觀測(cè)結(jié)果。量子力學(xué)至少給了我們?nèi)ベ|(zhì)疑“客觀現(xiàn)實(shí)”的動(dòng)力,。

這個(gè)動(dòng)力會(huì)吸引人使用“平行宇宙”這樣的觀念去解釋量子力學(xué)，咱們后面再說?，F(xiàn)在我們還有一個(gè)問題需要解決：薛定諤的貓。