與朱清時院士商討：量子塌縮與多世界詮釋、測量與實在、以及量子糾纏｜爭鳴
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作者按
朱清時院士發(fā)表了兩篇討論量子和佛學(xué)的文章，一篇是《物理學(xué)步入禪境——緣起性空》，一篇是《客觀世界很有可能并不存在》，引起了很大反響。李淼老師對其中一些觀點表示異議，寫了一篇題為《量子世界觀和佛教世界觀是否相似？量子力學(xué)是否支持人類靈魂的存在？》的文章，闡述了自己的觀點。受兩位老師的文章啟發(fā)，不揣淺陋，草就本文，以見教于大方。
撰文 | 楊榮佳（河北大學(xué)教授）
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量子塌縮與多世界詮釋
除了上面提到的那兩篇文章，朱清時院士還有一篇非常有名的題為《量子意識》的文章。朱院士在文中談到“波函數(shù)塌縮”、“薛定諤貓”和“量子糾纏”等量子物理現(xiàn)象，并得出結(jié)論：“物質(zhì)世界離不開意識，意識是物質(zhì)世界的基礎(chǔ)，意識才使物質(zhì)世界從不確定到確定。”
朱院士在文中說：電子可以同時處于兩個不同地點，電子有可能在A點存在，也可能在B點存在，電子的狀態(tài)是“在A點又不在A點的迭加”。李淼老師則認(rèn)為，在測量時電子只能在一個地方出現(xiàn)，且不管有沒有測量，電子都是存在的。
其實，即使沒有測量或者相互作用，電子也不會無處不在，而是以一定的概率在空間某點出現(xiàn)，這個概率是由波函數(shù)的模方?jīng)Q定的，不同的空間點有不同的概率。比如，電子出現(xiàn)在A點的概率是0.5，在B點出現(xiàn)的概率是0.00001，那么相對于A點，電子在B點出現(xiàn)的概率幾乎為零。藉此，如果你說電子無處不在，就不大妥貼。
在測量時，意識是否會直接對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，仍是一個爭議。在朱院士看來，是意識導(dǎo)致了波函數(shù)的塌縮，從而創(chuàng)造了物質(zhì)世界。李老師反詰：如果是意識造就了物質(zhì)，在人類出現(xiàn)之前，難道地球太陽就不存在了嗎？當(dāng)然，我們還可以問，比如，如果實在是意識測量時波函數(shù)塌縮的結(jié)果，那么你看到的是一朵花，別人是不是有可能看到的就是一只鴨子了？
當(dāng)然，沿著“意識決定實在”的思想，有一種可以反駁以上反問的方案：即存在一個獨立于自然獨立于宇宙的意識存在，這個意識可以是基督教所說的上帝。這樣，我們就進入了宗教。
只要有相互作用，不管有沒有人的意識參與，波函數(shù)都會塌縮，比如打到墻上的光子。另外，研究中的測量，不僅僅只涉及意識活動，還涉及物質(zhì)活動，比如儀器操作。毫無疑問，意識活動在構(gòu)想實驗的時候起著主要作用，不過在具體的測量過程中，基本還是通過儀器來進行，比如Planck衛(wèi)星對微波背景輻射的探測，研究人員恐怕沒有誰愿意騎在衛(wèi)星上直接通過意識進行觀測吧？科學(xué)實驗最重要的一點，就是要盡量地排除人為因素，做到盡可能地客觀。只有這樣，別人才有可能重復(fù)，從而進行驗證。
其次，哥本哈根詮釋面臨的最大挑戰(zhàn)就是無法解釋“量子塌縮”。為了避免這樣的疑難，Everett提出多世界詮釋。以“薛定諤貓”為例：當(dāng)觀測者未觀測之前，貓?zhí)幱凇盎睢迸c“死”的迭加態(tài)。觀測者進行觀測時，觀測者和貓組成了一個新的大系統(tǒng)。這個大系統(tǒng)由兩個子系統(tǒng)組成：一個是觀測者和活貓的子系統(tǒng)，一個是觀測者和死貓的子系統(tǒng)。這兩個子系統(tǒng)就相當(dāng)于兩個平行世界，觀測者在子系統(tǒng)觀測時不會發(fā)生干擾，從而不會導(dǎo)致“量子塌縮”。因此，根據(jù)多世界詮釋，測量時不會發(fā)生“量子塌縮”，因而也就不會有朱院士所說的“意識導(dǎo)致量子塌縮從而導(dǎo)致客觀物”的產(chǎn)生。
測量與實在
在展開討論之前，我們有必要對涉及的“實證主義”和“實在主義”這兩個術(shù)語作簡要的說明?！皩嵶C主義”說的是：我測到什么就是什么，在測量之前，我無法對客體給出任何描述?！皩嵲谥髁x”是說：存在一個不依賴于人的客觀世界。
愛因斯坦是實在主義者，玻爾是實證主義者。以“黑匣子里的電子”為例，在愛因斯坦看來，不管測不測量，匣子里的電子都有確定的自旋方向，無論左右；而在玻爾看來，在沒有測量之前，電子是左旋還是右旋，我們無法得知，只有測量了，我們才知道那一刻電子是處于哪一個自旋態(tài)。愛因斯坦抱怨道，我們不觀測時，難道月亮就不存在嗎？
愛因斯坦和玻爾都不可能全對：意識活動能對客觀世界產(chǎn)生影響，但并不是直接的、唯一的影響。
在測量實施之前，我們大腦會先有一個關(guān)于測量的設(shè)想，這應(yīng)該屬于意識活動。然后，選用一定的儀器、方法、步驟，實施實驗設(shè)想，再進行相關(guān)測量。也就是說，測量是離不開人類意識活動的，廣而言之，人類的活動都離不開意識。如果夸大這種“觀察者效應(yīng)”，就會導(dǎo)致類似魏格納（Eugene Wigner）的想法，他說：“順理成章地，對物體的量子描述受進入我意識中的意念所影響?！敝煸菏恳卜噶祟愃频腻e誤，從而得出“意識產(chǎn)生物質(zhì)”的結(jié)論。
舉一個很簡單的例子：在人類出現(xiàn)之前，手機存在嗎？當(dāng)然不存在。最先提出無線通訊構(gòu)想的可能是特斯拉（Nikola Tesla），但在手機出現(xiàn)之前，無線通訊的構(gòu)想還屬于一種意識活動。在這里，雖然意識活動起到了很重要的作用，但意識并未直接創(chuàng)造物質(zhì)，如果沒有人類知識的積累和科技的發(fā)展、以及手工和機器生產(chǎn)等物質(zhì)活動，手機也不會成為現(xiàn)實。
如果把宇宙間的一切事物分為自然世界和人造世界，自然世界不是人的意識創(chuàng)造的，但人類的意識活動會對其造成一些影響。對于人造世界，在某種意義上，我們可以說是人類所特有的意識活動和物質(zhì)活動所創(chuàng)造的。
但這并不是說意識有時候是第一性的。相反，應(yīng)該是先有物質(zhì)，然后才有相關(guān)意識，意識反作用于物質(zhì)。比如特斯拉關(guān)于無線通訊的構(gòu)想，也是基于法拉弟和麥克斯韋等人關(guān)于電磁場相關(guān)規(guī)律的知識。在法拉弟之前，比如人類智慧的象征之一的牛頓也沒能提出移動通訊的構(gòu)想。
物質(zhì)第一性還是意識第一性，是哲學(xué)第一大根本問題。學(xué)過唯物主義的人大概都知道，物質(zhì)應(yīng)該是第一性的。在朱院士那里，是意識造就了物質(zhì)，意識是第一性的。唯心主義者，可能會比較傾向于認(rèn)同朱院士的觀點。
量子糾纏
量子糾纏往往被人濫用，特別是一些媒體，喜歡用諸如“鬼魅般的超距作用”來形容，容易誤導(dǎo)大眾。在愛因斯坦及其合作者的那篇關(guān)于EPR（Einstein-Podolsky-Rosen paradox，即EPR悖論）的原始論文中，有一個經(jīng)常被人忽略的假設(shè)：不存在相互作用。如果有相互作用，用玻爾反駁愛因斯坦的話說：兩個粒子仍是一個系統(tǒng)，沒有其它關(guān)聯(lián)。而愛因斯坦他們認(rèn)為在兩個粒子離得足夠遠(yuǎn)，不能用相互作用來聯(lián)系的時候，也可能存在某種關(guān)聯(lián)，這就是后來提出的 “量子糾纏”?，F(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，似乎表明愛因斯坦是正確的。
關(guān)于量子糾纏，李淼和朱清時兩位老師都用了“手套”來做比喻，很容易讓人理解。朱院士在文章中說：人腦中海量的電子互相處于糾纏態(tài)，還和宇宙中其它電子處于糾纏態(tài)。這樣說是很不準(zhǔn)確的。量子糾纏雖然很詭異，但在現(xiàn)實中卻難以發(fā)生。要使兩個電子產(chǎn)生量子糾纏，根據(jù)愛因斯坦他們在論文中的假設(shè)，這兩個電子之間不能有相互作用?？紤]粒子全同性，兩個電子一般可以形成量子糾纏。但是，如果存在相互作用或者外界干擾，這種量子糾纏很快就被破壞掉了。所以，人們不必?fù)?dān)心，當(dāng)你看到地上一坨狗屎的時候，你大腦中的電子會和屎中的電子形成量子糾纏。
朱院士關(guān)于“觀測者和被觀測物中的電子相互糾纏”的觀點和前面提到的朱院士關(guān)于“意識導(dǎo)致波函數(shù)塌縮從而決定實在”的觀點也是相互矛盾的。舉個例子：根據(jù)朱院士“觀測者和被觀測物中的電子相互糾纏”的觀點，當(dāng)你看到一只狗的時候，你大腦中的電子和狗身上的電子形成量子糾纏；而朱院士關(guān)于“意識導(dǎo)致波函數(shù)塌縮從而決定實在”的觀點，你的意識可能不愿意這種糾纏發(fā)生。那么，這種糾纏到底會不會產(chǎn)生？
大概在2013年左右，為了解決“黑洞火墻”疑難，兩位著名的理論物理學(xué)家Maldacena和Susskind提出一個大膽的猜想：ER=EPR。ER表示愛因斯坦（Einstein）和羅森（Rosen）在一篇合作論文中提出的“蟲洞”，EPR表示Einstein、Podolsky和Rosen在他們合作論文中發(fā)現(xiàn)的量子糾纏。這個等式揭示了蟲洞和量子糾纏可能存在某種神秘的聯(lián)系，甚至在某種程度上是等價的：它們或許以不同的方式描述了同一個根本現(xiàn)實。
量子糾纏可能比我們所想象的還要詭異，也許它是打開人類理解時空生成的奧秘的鑰匙，甚至有可能幫助人們理解意識是如何起源的。但是沒有意識，量子糾纏也可能是存在的。
制版編輯：陳婧嫻丨
