《上帝掷骰子吗——量子物理史话》
第九章 测量问题
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我们还对上一章困扰我们的测量问题记忆犹新:每当我们一观测时,系统的波函数就坍缩了,按概率跳出来一个实际的结果,如果不观测,那它就按照方程严格发展。这是两种迥然不同的过程,后者是连续的,在数学上可逆的,完全确定的,而前者却是一个“坍缩”,它随机,不可逆,至今也不清楚内在的机制究竟是什么。这两种过程是如何转换的?是什么触动了波函数这种剧烈的变化?是“观测”吗?但是,我们这样讲的时候,用的语言是日常的,暧昧的,模棱两可的。我们一直理所当然地用使用“观测”这个词语,却没有给它下一个精确的定义。什么样的行为算是一次“观测”?如果说睁开眼睛看算是一次观测,那么闭上眼睛用手去摸呢?用棍子去捅呢?用仪器记录呢?如果说人可以算是“观测者”,那么猫呢?一台计算机呢?一个盖革计数器又如何?
冯诺伊曼敏锐地指出,我们用于测量目标的那些仪器本身也是由不确定的粒子所组成的,它们自己也拥有自己的波函数。当我们用仪器去“观测”的时候,这只会把仪器本身也卷入到这个模糊叠加态中间去。怎么说呢,假如我们想测量一个电子是通过了左边还是右边的狭缝,我们用一台仪器去测量,并用指针摇摆的方向来报告这一结果。但是,令人哭笑不得的是,因为这台仪器本身也有自己的波函数,如果我们不“观测”这台仪器本身,它的波函数便也陷入一种模糊的叠加态中!诺伊曼的数学模型显示,当仪器测量电子后,电子的波函数坍缩了不假,但左/右的叠加只是被转移到了仪器那里而已。现在是我们的仪器处于指针指向左还是右的叠加状态了!假如我们再用仪器B去测量那台仪器A,好,现在A的波函数又坍缩了,它的状态变成确定,可是B又陷入模糊不定中……总而言之,当我们用仪器去测量仪器,这整个链条的最后一台仪器总是处在不确定状态中,这叫做“无限后退”(infinite regression)。从另一个角度看,假如我们把用于测量的仪器也加入到整个系统中去,这个大系统的波函数从未彻底坍缩过!
可是,我们相当肯定的是,当我们看到了仪器报告的结果后,这个过程就结束了。我们自己不会处于什么荒诞的叠加态中去。当我们的大脑接受到测量的信息后,game over,波函数不再捣乱了。
难道说,人类意识(Consciousness)的参予才是波函数坍缩的原因?只有当电子的随机选择结果被“意识到了”,它才真正地变为现实,从波函数中脱胎而出来到这个世界上。而只要它还没有“被意识到”,波函数便总是留在不确定的状态,只不过从一个地方不断地往最后一个测量仪器那里转移罢了。在诺伊曼看来,波函数可以看作希尔伯特空间中的一个矢量,而“坍缩”则是它在某个方向上的投影。然而是什么造成这种投影呢?难道是我们的自由意识?
换句话说,因为一台仪器无法“意识”到自己的指针是指向左还是指向右的,所以它必须陷入左/右的混合态中。一只猫无法“意识”到自己是活着还是死了,所以它可以陷于死/ 活的混合态中。但是,你和我可以“意识”到电子究竟是左还是右,我们是生还是死,所以到了我们这里波函数终于彻底坍缩了,世界终于变成现实,以免给我们的意识造成混乱。
疯狂?不理性?一派胡言?难以置信?或许每个人都有这种震惊的感觉。自然科学,这最骄傲的贵族,宇宙万物的立法者,对自然终极奥秘孜孜不倦的探险家,这个总是自诩为最客观,最严苛、最一丝不苟、最不能容忍主观意识的法官,现在居然要把人类的意识,或者换个词说,灵魂,放到宇宙的中心!哥白尼当年将人从宇宙中心驱逐了出去,而现在他们又改头换面地回来了?这足以让每一个科学家毛骨悚然。
不,这一定是胡说八道,说这话的人肯定是发疯了,要不就是个物理白痴。物理学需要“意识”?这是本世纪最大的笑话!但是,且慢,说这话的人也许比你聪明许多,说不定,还是一位诺贝尔物理学奖得主?
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MS 这个没有“高深”名词
