與朱清時(shí)院士商討：量子塌縮與多世界詮釋、測(cè)量與實(shí)在、以及量子糾纏
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緣起
朱清時(shí)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(duì)其中一些觀點(diǎn)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(diǎn)。受兩位老師的文章啟發(fā)，不揣淺陋，草就粗文，以見教于大方。
撰文 | 楊榮佳（河北大學(xué)教授）
責(zé)編 | 呂浩然
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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(shí)院士還有一篇非常有名的題為《量子意識(shí)》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(shí)，意識(shí)是物質(zhì)世界的基礎(chǔ)，意識(shí)才使物質(zhì)世界從不確定到確定?！?/p>
朱院士在文中說：電子可以同時(shí)處于兩個(gè)不同地點(diǎn)，電子有可能在A點(diǎn)存在，也可能在B點(diǎn)存在，電子的狀態(tài)是“在A點(diǎn)又不在A點(diǎn)的迭加”。李淼老師則認(rèn)為，在測(cè)量時(shí)電子只能在一個(gè)地方出現(xiàn)，且不管有沒有測(cè)量，電子都是存在的。
其實(shí)，即使沒有測(cè)量或者相互作用，電子也不會(huì)無處不在，而是以一定的概率在空間某點(diǎn)出現(xiàn)，這個(gè)概率是由波函數(shù)的模方?jīng)Q定的，不同的空間點(diǎn)有不同的概率。比如，電子出現(xiàn)在A點(diǎn)的概率是0.5，在B點(diǎn)出現(xiàn)的概率是0.00001，那么相對(duì)于A點(diǎn)，電子在B點(diǎn)出現(xiàn)的概率幾乎為零。藉此，如果你說電子無處不在，就不大妥切。
在測(cè)量時(shí)，意識(shí)是否會(huì)直接對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，仍是一個(gè)爭(zhēng)議。在朱院士看來，是意識(shí)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(shí)造就了物質(zhì)，在人類出現(xiàn)之前，難道地球太陽(yáng)就不存在了嗎？當(dāng)然，我們還可以問，比如，如果實(shí)在是意識(shí)測(cè)量時(shí)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(shí)決定實(shí)在”的思想，有一種可以反駁以上反問的方案：即存在一個(gè)獨(dú)立于自然獨(dú)立于宇宙的意識(shí)存在，這個(gè)意識(shí)可以是基督教所說的上帝。這樣，我們就進(jìn)入了宗教。
只要有相互作用，不管有沒有人的意識(shí)參與，波函數(shù)都會(huì)塌縮，比如打到墻上的光子。另外，研究中的測(cè)量，不僅僅只涉及意識(shí)活動(dòng)，還涉及物質(zhì)活動(dòng)，比如儀器操作。毫無疑問，意識(shí)活動(dòng)在構(gòu)想實(shí)驗(yàn)的時(shí)候起著主要作用，不過在具體的測(cè)量過程中，基本還是通過儀器來進(jìn)行，比如Planck衛(wèi)星對(duì)微波背景輻射的探測(cè)，研究人員恐怕沒有誰(shuí)愿意騎在衛(wèi)星上直接通過意識(shí)進(jìn)行觀測(cè)吧？科學(xué)實(shí)驗(yàn)最重要的一點(diǎn)，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(jìn)行驗(yàn)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(cè)者未觀測(cè)之前，貓?zhí)幱凇盎睢迸c“死”的迭加態(tài)。觀測(cè)者進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，觀測(cè)者和貓組成了一個(gè)新的大系統(tǒng)。這個(gè)大系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)組成：一個(gè)是觀測(cè)者和活貓的子系統(tǒng)，一個(gè)是觀測(cè)者和死貓的子系統(tǒng)。這兩個(gè)子系統(tǒng)就相當(dāng)于兩個(gè)平行世界，觀測(cè)者在子系統(tǒng)觀測(cè)時(shí)不會(huì)發(fā)生干擾，從而不會(huì)導(dǎo)致“量子塌縮”。因此，根據(jù)多世界詮釋，測(cè)量時(shí)不會(huì)發(fā)生“量子塌縮”，因而也就不會(huì)有朱院士所說的“意識(shí)導(dǎo)致量子塌縮從而導(dǎo)致客觀物”的產(chǎn)生。
測(cè)量與實(shí)在
在展開討論之前，我們有必要對(duì)涉及的“實(shí)證主義”和“實(shí)在主義”這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)作簡(jiǎn)要的說明?！皩?shí)證主義”說的是：我測(cè)到什么就是什么，在測(cè)量之前，我無法對(duì)客體給出任何描述?！皩?shí)在主義”是說：存在一個(gè)不依賴于人的客觀世界。
愛因斯坦是實(shí)在主義者，玻爾是實(shí)證主義者。以“黑匣子里的電子”為例，在愛因斯坦看來，不管測(cè)不測(cè)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(cè)量之前，電子是左旋還是右旋，我們無法得知，只有測(cè)量了，我們才知道那一刻電子是處于哪一個(gè)自旋態(tài)。愛因斯坦抱怨道，我們不觀測(cè)時(shí)，難道月亮就不存在嗎？
愛因斯坦和玻爾都不可能全對(duì)：意識(shí)活動(dòng)能對(duì)客觀世界產(chǎn)生影響，但并不是直接的、唯一的影響。
在測(cè)量實(shí)施之前，我們大腦會(huì)先有一個(gè)關(guān)于測(cè)量的設(shè)想，這應(yīng)該屬于意識(shí)活動(dòng)。然后，選用一定的儀器、方法、步驟，實(shí)施實(shí)驗(yàn)設(shè)想，再進(jìn)行相關(guān)測(cè)量。也就是說，測(cè)量是離不開人類意識(shí)活動(dòng)的，廣而言之，人類的活動(dòng)都離不開意識(shí)。如果夸大這種“觀察者效應(yīng)”，就會(huì)導(dǎo)致類似魏格納（Eugene Wigner）的想法，他說：“順理成章地，對(duì)物體的量子描述受進(jìn)入我意識(shí)中的意念所影響。”朱院士也犯了類似的錯(cuò)誤，從而得出“意識(shí)產(chǎn)生物質(zhì)”的結(jié)論。
舉一個(gè)很簡(jiǎn)單的例子：在人類出現(xiàn)之前，手機(jī)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(jī)出現(xiàn)之前，無線通訊的構(gòu)想還屬于一種意識(shí)活動(dòng)。在這里，雖然意識(shí)活動(dòng)起到了很重要的作用，但意識(shí)并未直接創(chuàng)造物質(zhì)，如果沒有人類知識(shí)的積累和科技的發(fā)展、以及手工和機(jī)器生產(chǎn)等物質(zhì)活動(dòng)，手機(jī)也不會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。
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(shí)創(chuàng)造的，但人類的意識(shí)活動(dòng)會(huì)對(duì)其造成一些影響。對(duì)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(shí)活動(dòng)和物質(zhì)活動(dòng)所創(chuàng)造的。
但這并不是說意識(shí)有時(shí)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(shí)，意識(shí)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(chǎng)相關(guān)規(guī)律的知識(shí)。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(dòng)通訊的構(gòu)想。
物質(zhì)第一性還是意識(shí)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(shí)造就了物質(zhì)，意識(shí)是第一性的。唯心主義者，可能會(huì)比較傾向于認(rèn)同朱院士的觀點(diǎn)。
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(gè)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(gè)粒子仍是一個(gè)系統(tǒng)，沒有其它關(guān)聯(lián)。而愛因斯坦他們認(rèn)為在兩個(gè)粒子離得足夠遠(yuǎn)，不能用相互作用來聯(lián)系的時(shí)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(shí)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(shí)中卻難以發(fā)生。要使兩個(gè)電子產(chǎn)生量子糾纏，根據(jù)愛因斯坦他們?cè)谡撐闹械募僭O(shè)，這兩個(gè)電子之間不能有相互作用?？紤]粒子全同性，兩個(gè)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(shí)候，你大腦中的電子會(huì)和屎中的電子形成量子糾纏。
朱院士關(guān)于“觀測(cè)者和被觀測(cè)物中的電子相互糾纏”的觀點(diǎn)和前面提到的朱院士關(guān)于“意識(shí)導(dǎo)致波函數(shù)塌縮從而決定實(shí)在”的觀點(diǎn)也是相互矛盾的。舉個(gè)例子：根據(jù)朱院士“觀測(cè)者和被觀測(cè)物中的電子相互糾纏”的觀點(diǎn)，當(dāng)你看到一只狗的時(shí)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(shí)導(dǎo)致波函數(shù)塌縮從而決定實(shí)在”的觀點(diǎn)，你的意識(shí)可能不愿意這種糾纏發(fā)生。那么，這種糾纏到底會(huì)不會(huì)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(gè)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(gè)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(jià)的：它們或許以不同的方式描述了同一個(gè)根本現(xiàn)實(shí)。
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(shí)空生成的奧秘的鑰匙，甚至有可能幫助人們理解意識(shí)是如何起源的。但是沒有意識(shí)，量子糾纏也可能是存在的。
制版編輯：陳婧嫻丨
