文／乐德小老儿
今天发布曹天元《上帝掷骰子吗？——量子物理史话》（升级版）介绍的第三部分。
摘要：量子理论是革命性的，它的破坏力惊人。概率解释和不确定性解释摧毁了经典物理理论遵循的严格的因果性，量子世界本质上是随机的。互补原理和不确定性原理又摧毁了经典理论中宇宙的绝对客观性。
爱因斯坦对此进行了不遗余力的反击，但终究无法逆转浩荡的革命潮流。但薛定谔的猫悖论激起了巨大的争论，人的意识参与创造了宇宙？人的意识可以决定过去？量子论犹如一匹脱缰的野马，对传统科学，甚至对哲学都造成巨大的冲击，这种革命影响将是深远的。
01 哥本哈根学派断言
——没有客观真相
先解释一下哥本哈根学派是怎么回事。哥本哈根和哥廷根、慕尼黑是量子力学发展史上的“黄金三角”。玻尔领衔哥本哈根物理研究所 ，波恩领衔哥廷根物理研究所 ，普朗克是慕尼黑大学的中坚。玻尔毫无疑问是他们当之无愧的领袖，所以量子论的主流就被称为哥本哈根学派。至今没有一个理论能取代哥本哈根解释的地位，也没有人能证明哥本哈根解释实际上“错了”（多数人只是争辩说它“不完备”）。在主流的量子力学教科书上，哥本哈根解释牢牢地占据着自己的主导地位。
哥本哈根派的人物除了玻尔，还有海森堡、波恩、泡利、克喇默斯、约尔当，也包括后来的魏扎克、罗森菲尔德和盖莫夫等。
哥本哈根派认为，我们的结论和我们的观测行为本身有很大的联系。比如说眼见为实，那就要看观察者是谁。人眼中的一匹白马，那是人在波长400~760纳米的频段内看到的。蜜蜂感受到的光谱与人有很大的不同，它看不见波长比黄光波长更长的光，却对紫外线很敏感，在它眼里马就不是白色。色盲患者只是对某些频段的光有盲点，有色眼镜只不过加了一个滤镜，本质上都是观测方式的不同，没有理由说他们看到的是虚假的，事实上没有什么客观真相。
在经典物理理论中，研究者脱离一个绝对客观的外部世界而存在，即使我们不了解世界的某些因素，但这绝不影响世界的客观性。但在量子论中观测者和外部宇宙是一个整体，不存在一个客观绝对的世界，唯一存在的就是我们观测到的世界。
测量是量子论的核心，测量行为创造了整个世界。在电子被观测之前，它实际上处在一种叠加状态，所有关于电子位置的可能性都叠加在一起，弥漫在整个空间中。只有当我们对它实施观测的时候，电子才被迫做出选择，在无数可能性中选择一种，一个固定的位置才出现在我们面前。
这种奇迹般的变化，哥本哈根派称它为坍缩。也就是说，原本按照薛定谔方程演变的函数，立刻按照这个时候的概率分布坍缩，所有的可能全都瞬间集中在某一点上。
02 波尔气贯长虹
——三战三胜爱因斯坦
对爱因斯坦来说，一个没有严格因果律的世界是不可想象的。
索尔维会议是物理学家的华山论剑，大家看看上面这张照片里的人物，就知道它的份量了。
1927年，第五届索尔维会议召开，爱因斯坦对坍缩理论进行了猛烈的攻击，他认为这种随机性表明一个过程会产生很多不同的结果，它暗示了一种超距作用，是违反相对论的。埃伦费斯特（后排左三）回忆：爱因斯坦像一个弹簧玩偶，每天早上都带着新的主意从盒子里弹出来，而玻尔则从云雾缭绕的哲学中找到工具，把对方所有的论据都一一碾碎。与会的大部分物理学家都接受了哥本哈根学派的观点，爱因斯坦一败涂地，波恩哀叹说：“我们失去了我们的领袖。”
但爱因斯坦是不会认输的。1930年第6次索尔维会议，爱因斯坦又设计了一个思维实验——光箱实验，证明质量E的变化和时间t的变化可以同时确定，试图否定海森堡的不确定性原理。玻尔以彼之道，还之其身。他根据爱因斯坦广义相对论的红移效应，指出引力场可以使原子频率变低，等效于时间变慢，正好证明不确定性原理是正确的。爱因斯坦再次败下阵来。
1935年爱因斯坦又提出了一个EPR佯谬实验，他假设一个母粒子分裂成向相反方向飞去的两个小粒子，它们理论上具有相反的自旋，它们的状态都是确定的。那么当它们被观测时，相互之间如何实现成功通讯而达成只有其中一个粒子坍缩的结果呢？玻尔一剑封喉，直接指出他的假设是错误的，因为没有定义观测方式，谈论子粒子的自旋是没有意义的。爱因斯坦再一次败下阵来。
03 薛定谔出了个绝世难题
——薛定谔猫悖论VS坍缩
但是，反对派中还有天才薛定谔！
同年，薛定谔提出了著名的薛定谔猫悖论：在被观测前猫处于既死又活的叠加状态，那么猫能够描述这种二象性吗？如果把猫替换成人，人是可以感知到这种二象性的。猫和人唯一的区别就是意识，难道意识是物理学的组成部分？
这确实是一个重磅炸弹，量子物理学家们如何拆除这个炸弹？后面大家会看到多种答案，你认为哪个是标准答案呢？
冯·诺伊曼，现代计算机科学的奠基人之一，二十世纪最杰出的数学家。1926年，他把希尔伯特的算子理论引入量子论，1932年又出版了名著《量子力学的数学基础》。
冯诺依曼指出用于测量电子的仪器本身也是由不确定的粒子组成的，他们拥有自己的波函数。当观测发生时，电子的波函数坍缩了，但实际上，观测前的叠加态并没有消失，只是转移给了仪器。如果再用新的仪器去测量仪器，整个链条的最后一台仪器总是处在不确定状态中，这就是无限复归，整个大系统的波函数从未坍缩。
04 维格纳旗帜鲜明
——意识参与宇宙创造
人们不禁要问：那为什么用仪器来测量就是叠加的无限复归，而人一旦参与观察，波函数就坍缩了呢？难道人类的意识导致了波函数坍缩？
维格纳，量子场论的奠基人之一，1963年诺贝尔奖获得者，他旗帜鲜明地指出意识在触动波函数中担当了一个重要角色。因为外部世界的变化可以引起人的意识的改变，根据牛顿第三定律作用与反作用的原理，意识也应该能够反过来作用于外部世界。
在科学界有一种心照不宣的观点，意识其实就是一种信息编码，是一种结构模式。意识建立在大脑原子群的结构模式之上，一堆原子按照特定的方式排列起来，就构成了我们的意识，就像字母按照特定的方式排列起来，组成单词、句子、小说一样。意识并不需要某个非物质的灵魂来附体，智慧生命的存在是因为原子结构模式恰到好处的排列在了一起。
第1个推论——人可以被复制，那世界岂不乱套？量子论中有一个“不可复制定理”的原则规定，在传输量子态的同时，一定会毁掉原本，就是说只能剪切加粘贴，不可以复制加粘贴，这样就阻止了两个一模一样的人的出现。
第2个推论——载体所蕴含的组合信息是意识的关键，载体并不重要，那就是说计算机完全可以等同于大脑拥有意识。
对于许多实证主义者来说，意识只是在输入和输出之间进行的某种复杂算法，任何系统只要能够模拟这种算法就可以拥有意识。
1950年阿兰图灵提出了著名的图灵检验，用于判定计算机能否像人一样思考。乐观主义者认为人工智能超越人类是迟早的事，2005年库兹韦尔甚至为此在一家赌博网站上押了2万美元的注。
05 约翰·惠勒惊人实验
——未来决定过去
如果意识参与了宇宙的创造，那么当宇宙中还没有意识的时候，宇宙是个什么状态呢？
1979年在爱因斯坦诞辰100周年的纪念会上，约翰·惠勒提出了一个惊人的构想，那就是“延迟实验”。延迟实验的结论是，必须根据未来的事件去选择自己的过去。任何一种基本量子现象只有在其被记录之后才是一种现象，因为量子论认为历史不是确定的和实在的，除非它被记录下来。1984年马里兰大学的卡诺阿雷和其他同事当真做了一个延迟实验，其结果证明，何时选择光子的模式对实验结果没有影响。这说明宇宙的历史说不定可以在已经发生后才被决定究竟是怎样发生的。
在薛定谔猫实验里，如果我们能设计某种延迟实验，就能在实验结束后再来决定猫是死还是活。这就是“参与性宇宙模型”，宇宙本身没有一个确定的答案，其中的生物参与了答案的构建。我们选择了宇宙，宇宙又创造了我们，这种怪事叫做“自指”或“自激活”，意识的存在反过来又创造了他自身的过去。
