標籤:

如何理解很多物理理論中的「觀察者」?這是不是屬於比較唯心的說法?

比如說薛定諤的貓,不知道我的理解有沒有錯誤,箱子沒打開時,對於觀察者來說,貓是同時處於死和活的疊加態。

那麼假設我上星期買了彩票,昨天就開了獎,但是我一直沒看開獎結果,這個彩票就是中和不中的疊加態嗎?但是我這個「觀察者」不知道結果而已,其他的「觀察者」都已經知道了,這樣是不是屬於唯心主義了?


感覺各個答主對退相干理論好像解釋的有點含糊。我還是簡單解釋一下退相干吧。

如果只看我這個答案大概就是答非所問了,我只想補充一下各位答主的觀點。

物理學家說的退相干,和理解概率波如何坍縮,是否坍縮,疊加態如何被測量到其中一個組份本徵態的一個本徵值這個動力學過程,是可以沒有任何關係的。退相干不算是對量子力學基本內涵的理解,是獨立於量子力學哲學基礎的,適用於量子力學任何一種詮釋(概率詮釋,隱變數等)框架下的話題。有一部分人嘗試去討論退相干和各種量子力學詮釋的關係,但大體上,目前的量子退相干理論能估計退相干時間並給出可觀測的結論,這些都是可以基於所有量子力學詮釋的。

對於最簡單的電子雙縫實驗,現在,我給每一個雙縫後面加一個探測器,這一探測器的原理,是利用光子和電子的散射。在探測器的作用下,干涉現象消失。

考慮量子計算機中,一個重要的問題是量子態的保持,在一些外界因素的干預下,量子態不再具有量子效應。

這些現象的共性是什麼?實際上,在這些問題中,有一個難以忽略的因素,就是存在所謂的「環境」,是獨立於「系統」之外的部分。環境和系統發生了相互作用,這是量子狀態過渡到經典狀態的原因。

好的,那我們把總的希爾伯特空間分成兩部分,一個叫系統,一個叫環境。

研究量子力學問題,有個概念叫做密度矩陣。密度矩陣存在非對角元,和算出來的概率幅度(獨立於量子力學詮釋地說,叫接受屏上的波的幅度)有相干性是一個意思。

好了,我們假設系統的每個態對應於某個環境態,環境態對系統狀態沒有破壞性,也就是兩部分是直積的關係。

好了,我們現在在研究系統。我們不關心環境怎麼樣。這個東西用行話來說,是計算環境對整個密度矩陣的偏跡。

我相信熟悉量子力學的同學是會算這個偏跡的。算完了之後你會發現,求完偏跡的密度矩陣(我們稱為系統的約化密度矩陣),其非對角元正比於不同環境態的內積。

如果環境非常複雜,粒子數非常多,比如環境是個熱系統,那麼這個環境態內積是隨時間按指數衰減的,因此,我們得到退相干了!順便還得到了退相干時間。

這件事情最早是一個叫Zurek的人乾的。他現在成了量子退相干領域的大牛,寫了不少綜述和書。如果你熟悉開放系統密度矩陣的運動方程,你可以直接對系統密度矩陣列這個方程,稍微假定系統環境相互作用形式,解了方程就可以直接得到這個指數衰減的結果。

你看,我沒有用任何對量子力學基本原理的詮釋吧。連觀測者,概率波都沒有。在當今我們對量子力學的理解缺乏統一認識的情況下,也可以退相干,也可以解釋這個宏觀世界為什麼看上去大體是經典的。


以前學習過科學史和哲學史的內容,看到科學哲學的問題裡面就情不自禁地一顆賽艇。但是大多數答案都是偏物理向的,我打算跑出來加一些哲學方面的觀點。Gaberber的答案雖然討論了經驗主義這一支哲學觀點,但是並不完全,而且對愛因斯坦的隱變數理論的評價我認為有所誤解。

首先我要表明自己的哲學傾向,也是看的最多的是G?del"s realism,從實用的角度會傾向于波普爾「三個世界理論」(唯物唯心終結者)。我打算儘可能客觀,但如果有一定的傾向性,哥德爾的鍋。

量子力學和哲學都很複雜,為了能看懂,我在語言簡單和精準矛盾的時候會優先選擇簡單的,並避免太多的術語,以免答案變成康德相。。。

很多高票回答都給了明確的「是唯心」或「不是唯心」的回答,但是我認為都有一定主觀選擇。如果客觀地看,就沒這麼簡單了,得分情況討論。

量子力學的正統描述(波函數和矩陣力學)很抽象,有著不同的「物理本質」的詮釋。而每一種詮釋,其實都對應詮釋提出者(們)的(至少)一種哲學觀點。

1. 量子力學的詮釋聚焦點就在於怎麼理解波函數和坍縮:

中文維基百科給出波函數坍縮的定義是

指的是某些量子力學體系與外界發生某些作用後波函數發生突變,變為其中一個本徵態或有限個具有相同本徵值的本徵態的線性組合的現象。

簡單點理解,開盒子觀測前既死且活疊加態的貓,在開盒子觀測時坍縮成一個確定的死的貓,是一個波函數坍縮的過程。最廣為接受的哥本哈根詮釋把觀測過程描述為波函數坍縮,並認為這是一個真實而基本的物理過程;其他詮釋可能會認為波函數坍縮是表象,是更深刻物理過程的結果,也就是愛因斯坦一直堅持的觀點。

所以原提問也就相當於問以下問題:

  • 如何理解對粒子的觀測過程——波函數坍縮為本徵態是否是一種真實而基本的過程
  • 量子力學詮釋是否是唯心主義的——物質粒子在波函數坍縮前後是否存在並怎樣存在

一篇1997年的文章做了一個小範圍調查【1】,量子物理學家接受的詮釋(量子力學正統描述不矛盾的理論),按投票順序包括:

  • 哥本哈根詮釋(13票)

  • 多世界詮釋(8票)

  • 德布羅意-波姆理論(4票)

  • 一致性歷史(4票)

  • GRW/DRM理論(1票)

我以前知道前三種詮釋,後文會詳細評述。一致性歷史和GRW都繞開了測量的問題所以先不講。還有其他各種詮釋我就不太了解了…

至於很多答案中涉及到的退相干,我認為並不是一種新的詮釋,而是量子力學分析的結論,解決了量子力學到經典力學如何變遷的問題。能否明確地解釋波函數坍縮時突變的後果,尚有巨大爭議【2】。我個人認為因為退相干不能獨立於某種量子力學詮釋回答波函數坍縮的後果這一問題,所以應該看做不能解釋。

2. 哲學觀念的判斷標準:

我認為如果要判斷一種詮釋是不是基於唯心主義的,需要確定:

  • 觀測前什麼存在,以怎樣的方式存在
  • 觀測到的粒子又是否存在,以怎樣的方式存在

從而我們可以充分地分出不同的哲學觀點。(註:這裡的存在是哲學意義上的存在)

「波函數坍縮是否是一種真實的過程」這一問題是與是否唯心,我認為不相關的。與這一問題相關的是物理基本原則(萬物理論)是決定論vs非決定論(先假設萬物理論存在,不然大批物理學家就該不玩了,不是每個人都是狄拉克)。

國內教科書上對於唯心唯物的描述由於意識形態的影響過於簡化了。事實上哲學流派數不勝數。歐洲哲學流派可以粗糙地可以分成兩種傳統,一種是洛克-貝克萊-休漠的經驗主義,一種是笛卡爾-斯賓諾薩-萊布尼茨-康德的「數學派」理性主義。兩派都各有唯心和唯物的哲學主張,即使同為唯心主義的不同哲學主張差別也很大。馬克思的唯物主義體系雜糅了各家,羅素評論「關於這一體系的任何簡單說法必錯無疑」【3】,因此我打算不詳細討論馬克思唯物主義的標準,臣妾handle不來。

根據之前所述標準,我試圖做可能詮釋的一個粗糙劃分,並不完備:

(首先我們承認人觀測到的粒子存在;同時要保證不自相矛盾,不與量子力學矛盾)

  1. 觀測到的粒子被感知所以存在
    1. 觀測前因為不能被感知所以粒子和波函數都不存在——貝克萊一派的經驗唯心主義
    2. 觀測前粒子物質存在,觀測後粒子存在與物質世界和知識世界,波函數只作為知識存在——波普爾三個世界理論
    3. 波函數作為物質的固有屬性,在觀測前後都存在,不受人的認知形式的限制,觀測到的粒子不是物質自身固有的——康德一派的德國唯心主義
    4. 觀測前,「神」能夠感知粒子和波函數,因此粒子和波函數都始終存在——真?貝克萊主教,沒有出現在主流量子物理詮釋中,但是有相似的思想實驗和詮釋
  2. 人觀測到的粒子作為事實上的物質存在
    1. 觀測前粒子存在,波函數並不是事實上的物質因此不存在——唯物觀點
    2. 觀測前波函數是事實上的物質,觀測引起了其突變——這是早期薛定諤的觀點,波函數是電荷密度在空間中的抹散,也是唯物的觀點,但這種觀點現在應該不流行了吧

但是物理學家並不一定都深入地探討哲學問題,比如到底什麼是存在,物理學家不care的,所以對於一種詮釋,可能的哲學流派有多種。

3. 三種量子力學詮釋背後的哲學觀念(時間順序)

(1)哥本哈根詮釋

是最廣為傳唱的解釋,每一版本都包含波函數坍縮。因此在哥本哈根詮釋中,波函數坍縮是一個真實的物理過程,認為波函數是概率波,是非決定論的。

但是波函數是否真實存在,還是僅僅是一種抽象概念,並無定論。對於波函數的理解劃分了不同哲學觀念:

有些人不討論波函數本體:

有實用主義的狄拉克:別廢話,快算!"shut up and calculate"

還有比較實證的如波爾和費曼:不能被實驗驗證的都是玄學

本體論者也有分歧:

一些人是實在論者(海森堡可能是),允許真實存在的波函數。但是物理上的存在和概率波的概念不自恰,所以只能作為非物理的客觀存在。

主觀派認為,波函數只是計算工具,並不真實存在。

不可知派認為,反正測量到存在就行了,至於波函數,你說是不是真實的?

總體而言,我認為哥本哈根學派,肯定不是唯物的,可以近似看成是唯心,但其實並不能恰當涵蓋所有人。其中的實在論者,主觀派和不可知派對於波函數的觀點完全是唯心主義,可以分別對應,康德派德國唯心主義,貝克萊派經驗唯心主義和休漠的不可知。

所以正如@Gaberber所言

如果我們承認哥本哈根詮釋,那麼量子論確實是唯心的。

但我不認同一刀切認為哥本哈根學派都是經驗唯心主義的主張。波爾對波函數實證主義的態度還不能算唯心主義。

很多哥本哈根學派認為量子力學是完備的,是一種「信仰」,數學上是不可能證明的。的確,量子力學可以很好的解釋我們目前的觀測,所以有可能是完備的。但是哥本哈根詮釋並不是標準答案,因此說量子力學就是非決定論的完備的而且唯心主義才是我煮的真理就言之過早了,將來報道除了偏差是要負責的。

(2)德布羅意-玻姆理論,也就是炒雞決定論(Superdeterminism)詮釋

最不受待見,兩度被發現,為主流量子相聲界所不容……

隱變數理論認為量子力學並不是一個基本的完備理論,而是某種更基本更完備的理論的表象或近似,有一個更精妙的隱變數理論等待著我們發現。德布羅意-波姆理論就是一種隱變數理論。

更著名的是愛因斯坦的局域隱變數理論,並引出了EPR佯謬。當然最後人們認為愛因斯坦敗了,EPR佯謬中預測的量子糾纏也被實驗觀測。

主流不喜歡隱變數理論,覺得概率波就是最好的。馮諾依曼站台說「我證明了隱變數理論都不可行」(後來被Grete Hermann有錯,但是女性小胳膊就是擰不過大腿)。終於貝爾定理(Bell theorem)的出爐證明了局域性原理(物體只被周圍的力影響,不能超光速作用)是和量子力學預測矛盾,所以兩個只有一個是對的。所以所有的局域隱變數理論都是和量子力學正統表述是矛盾的。根據Bell test設計的實驗大多還是傾向於認為量子力學而非局域性原理。

但是據說貝爾是支持波姆理論的。與愛因斯坦的方案不同,波姆理論是非局域的隱變數理論。

在該理論中,微觀粒子可以有確定的位置和動量,因此可以用明確的軌線(trajectory)描述其運動,但對於粒子位置和速度的測量,依然必須遵守不確定性原理。粒子接受波函數的引導,通過與量子勢(Quantum potential)的交互作用,表現出非局域的整體性。波函數根據薛定諤波動方程演化,從不坍縮。該理論可以完全重現與傳統統計性量子力學的相同的實驗結果。

這個理論拋棄了局域性原理,但是保留了決定論和實在論。

在這一理論中,波函數是存在的,波函數被看做"physically real field"。粒子則是波函數出現在觀察者面前的形式——一個波包,並非本體。接近康德的唯心主義和波普爾的「三個世界」理論。這一理論早期發展中德布羅意提出了導航波的概念,最近實驗也觀測到了類似的現象【5】。而且這和物質波的概念一脈相承,且使得波函數坍縮的解釋非常符合先驗直覺,我個人認為是一種漂亮的理論。

常見的批駁(最常見的其實是無視),有奧卡姆剃刀原理認為能用簡單的詮釋不用這麼複雜,我是反駁這一點的,哥本哈根解釋並沒有比波姆理論簡單。另一個批駁是在這種理論中粒子不存在了,可能會引起一系列問題,所以也引發了下文的多世界詮釋的發明。

(3)多世界詮釋

由於各種科幻電影廣為人知。

這種詮釋認為波函數是真實的,但是坍縮不是,是決定論的主張,但不是經典力學和愛因斯坦的那種的決定論。最原始的版本中,測量帶來的不是坍縮,而是「分裂」的宇宙,一個宇宙中貓是死的,另一個宇宙中貓是活的,並不存在又死又活的悖論。

波恩(Born)的統計詮釋,認為波函數是統計分布而不是概率波,不能用於描述個體。

一個簡單版本的多世界詮釋容納Born rule可以得到:

  • 多世界存在
  • 粒子在觀測前作為疊加態存在
  • 觀測後的不同結果在不同世界存在,所有結果的統計分布遵循疊加態對應的波函數

愛因斯坦力挺統計詮釋,但是沒把多世界詮釋當回事,認為看一眼就讓宇宙分裂了像看一眼就懷孕一樣不靠譜,但是我個人認為這算是一種誤解。

當然多世界詮釋還演化了其他很多不同的版本。我看過最瘋狂的一篇報道甚至拋棄了疊加態(想找原文沒找到,如果有知道的知友歡迎留言),使用的德布羅意-波姆理論+多世界詮釋的融合,粒子在多個世界中的分身相互之間決定論式地作用,使得所有粒子滿足波函數的統計分布,但是在單一世界內的測量結果看起來就是隨機的。這種詮釋就比較接近於統計力學,當我們不能獲得所有信息時,即使是受決定論作用的個體也可以表現隨機性。我個人認為很有趣,算是對波函數到底是物理

多世界詮釋因為承認波函數是真實的,但是與波姆理論不同,多世界詮釋是「pure wave theory」,也可能是康德那一溜的,更好的哲學詮釋是波普爾的「三個世界理論」,World 1物理實在包括所有物理世界,World 3我們的客觀認知只能反映World 1中的某一個物理世界而非全部。

多世界詮釋常常被認為不是科學,甚至看做玄學,因為不符合波普爾證偽主義中對科學具有「可證偽性」的要求。我暫時同意,畢竟只有不能觀測到的世界才能成為其他世界;如果存在「神」或者斯賓諾薩所言的「宇宙」本身,可以感知到所有世界,那麼對於神來講,多世界詮釋是不存在的,真正的詮釋就是德布羅意-波姆理論,只不過世界變得維度更高且在一些維度上不連續了而已。

4. 愛因斯坦為啥不喜歡哥本哈根學派

說量子理論就不得不提愛因斯坦。愛因斯坦作為量子力學的先驅,卻拒不接受哥本哈根詮釋且與之互相鄙視。愛因斯坦和波爾關於哥本哈根詮釋吵得最凶,主要原因就是波函數坍縮是真實的物理過程很違背愛因斯坦的哲學理念。在大多數人印象中,愛因斯坦是個死板的決定論者,實際上人家沒有這麼naive。最近賽先生髮了篇文章【6】,系統地談了這個問題。我就愛因斯坦的哲學觀點再補充一些。

@Gaberber所說的是有偏頗的:

但注意,這正是愛因斯坦等人的隱變數理論,也正是洛克(即唯物經驗論)的觀點!

洛克的唯物經驗論n多的毛病,強迫症患者絕對受不了,愛因斯坦不是洛克的觀點。而且愛因斯坦的經驗論思想來自於休漠,比洛克不知道高到那裡去了。

Stanford的wiki認為愛因斯坦是新康德主義,邏輯實證和決定論式的conventionalism(不知道官方咋翻譯的)【7】的混合。

從愛因斯坦和波爾的論戰和在普林斯頓哥德爾的關係來看,愛因斯坦對於實在論的態度應該是笛卡爾-斯賓諾薩-萊布尼茨-康德這一支的,是理性主義的,認為reality是一種先驗的物理假設,而不是經驗的。除此之外,愛因斯坦有著決定論的傾向是毋庸置疑的。但是這種決定論並非否定非決定論理論,而是相信物理學基本定律是決定論的。我認為這種看法可能和理性主義有點關係,理性主義和非決定論看起來不太協調,但是如果細想我沒發現什麼嚴重矛盾。

哥本哈根詮釋要麼得直接直接否定實在論(如果這樣在我看來那研究物理的意義就只剩下使用了),要麼就得認為概率是物質本質。愛因斯坦看來認為這種論調是武斷的,而且的確沒有證據。一個反對的有力理由是,即使物理學基本定律是決定論的,在更高層次仍可以是非決定論的。因為更高層次的客觀概念只在更高層次存在,而不再在基本定律中顯現。有統計力學背景的愛因斯坦因此自然不認為量子力學是完備的。

至於局域性原理我認為是愛因斯坦畫地為牢了。如果不承認局域性原理,愛因斯坦認為就得承認存在」鬼魅般的超距作用」。愛老師最牛的理論相對論已經說光速是速度的極限了,打自己臉的事情怎麼乾的出?但是速度極限真的一定要求局域性原理嗎?求證。

參考文獻

【1】The Interpretation of Quantum Mechanics: Many Worlds or Many Words?,Max Tegmark ,1997:http://arxiv.org/pdf/quant-ph/9709032v1.pdf

【2】Maximilian A. Schlosshauer. Decoherence And the Quantum-To-Classical Transition. Springer Science Business Media. 1 January 2007. ISBN978-3-540-35773-5.

【3】羅素,《西方哲學史》

【4】各種維基百科

【5】Couder, Y.; Boudaoud, A.; Protière, S.; Moukhtar, J.; Fort, E. Walking droplets: a form of wave–particle duality at macroscopic level? (PDF). Europhysics News. 2010, 41 (1): 14–18.

【6】你還相信愛因斯坦反對量子力學?那你根本不懂「上帝不擲骰子」是什麼意思 -- 賽先生 -- 傳送門

【7】Einstein"s Philosophy of Science,Stanford Encyclopedia of Philosophy


半夜睡不著,不請自來。

我爭取從頭說起,寫一個中學水平能夠看得懂的答文。太長懶得看的同學可以直接下拉到第五點。

短目錄:1:電子雙縫干涉實驗;2:觀察者效應的發現;3:觀察者效應現象的物理意義;4量子擦除實驗;5:觀察者效應的機制;6:總結

先說結論:觀察者效應揭示的問題本質,就是這個世界是遵循邏輯的。

對於量子物理的問題,應當從楊氏雙縫干涉實驗說起。

  1. 電子雙縫干涉實驗

    電子雙縫干涉實驗,在於一位先生開了個腦洞,在已知電子具有波的性質的前提下,他在想:如果讓電子一個一個通過雙縫裝置,是否可以產生干涉圖像。

    這個腦洞雞賊的地方在於,雙縫干涉的原理,是波通過雙縫裝置,被分成了兩份,然後這兩份波和自身產生干涉,形成干涉圖像。

    而微觀粒子除了具有波動性,還具有粒子性。那麼單個電子,是否「被雙縫裝置分成兩份」,就是關鍵點。

    在雙縫實驗中「波通過雙縫」和「產生干涉圖像」互為充要條件。

    做這個實驗的人自己估計都不會想到,這個實驗的結果,竟然是真的產生了雙縫干涉圖像。

    很快這個腦洞止不住之下,另一個實驗就順勢被設計出來了,這個實驗設計的初衷,是為了探究」電子是否真的同時通過了雙縫「,所以就有了以下這個實驗:
  2. 觀察者效應的發現

    為了探究電子雙縫干涉實驗中,電子通過雙縫的細節,腦洞停不下來的各位很容易就能想到一個實驗,我們接下來稱其為」觀察實驗「。

    實驗裝置很簡單,在楊氏雙縫干涉實驗的基礎上,在雙縫上各自安裝一個探測器,如果電子通過其中一個縫隙,則能被儀器記錄下來。腦洞先生滿心以為這將能夠很好的解釋楊氏雙縫干涉實驗問題。

    萬萬沒想到,這一探測,出了岔子:

    當實驗者試圖探測電子的實際路徑時,實驗結果發生了改變,干涉圖像消失了。

    這就是觀察者效應。

    接下來我先簡單解釋一下觀察者效應的物理意義
  3. 觀察者效應現象的物理意義描述

    量子物理里有一個簡單的共識,就是不確定性原理。

    題外話:目前來說我要反對Ivony同

    學關於不確定性原理的解釋:Ivony同學解釋的不確定性原理,是基於測量會在一定程度上對系統本身造成擾動,而造成測量的不準確。這種情形是客觀存在

    的,也是我們早期將不確定性原理翻譯成「測不準原理」的出發點之一。但是必須要說的是,不確定性原理是有著嚴格的數學證明的,哪怕沒有測量行為造成的擾

    動,不確定性依舊是客觀存在的。具體的情形,就是矩陣數學中證明了動量和位置是一組不對易的量。同樣的還有時間和能量。

    因而將這種擾動解釋為不確定性原理的機制,是不嚴謹的。

    題外話結束

    不確定性原理體現在許多方面,而有一點,微觀粒子的疊加態。

    簡單的說,就是微觀粒子如果可能存在A或B兩種狀態的話,那麼在我們觀察它之前,他是處於A和B的疊加態之中的。

    當然這對於某些非離散的狀態,比如粒子的空間位置,也是成立的。

    薛定諤老人家提出著名的貓盒問題,就是試圖否定這種疊加態的存在。當然我們說的楊氏雙縫干涉實驗證實了這種疊加態的存在。

    楊氏雙縫干涉實驗的基本形態,其實就是揭示了疊加態的存在:電子可能會通過縫隙A,也可能會通過縫隙B,但是只有這個電子既通過縫隙A,又通過B的時候,才會出現雙縫干涉。這種情形就是疊加態。也就是我們說的薛定諤的貓又死又活。

    而這種疊加態並不難製備,應該說疊加態才是微觀粒子最普遍的狀態。

    而觀察者效應,說的就是我們的觀察讓疊加態坍縮成某種A或B的確定狀態的過程。

    這個坍縮是一個非常形象的詞,在後面我會解釋。

    在觀察實驗里,觀察者效應,表現在:

    在我們觀察電子的路徑時,電子的路徑通過縫A且通過縫B的疊加態消失,而轉化為A或B的確定狀態。

    而由於電子確定只通過縫A或者B,因而不會產生雙縫干涉圖像。
  4. 量子擦除實驗

    我們接下來用這個同樣腦洞大開的實驗去試圖解釋管擦者效應。

    量子擦除實驗的腦洞在於:如果我們觀察了電子的路徑,但是卻處在一個沒有人能夠知道的情形——比如觀察設備的輸出和存儲系統壞掉了,但是輸入系統依舊完好的情形——我們是否可以看到干涉圖像的出現。

    而量子擦除實驗的結果是振奮人心的:雖然我們的探測器在工作,但是干涉圖像依舊產生了!

    量子擦除實驗告訴我們:是否存在觀察者並不重要,重要的是,觀察者知不知道

    或者說,嚴謹點的表述是,邏輯上來說,觀察者有沒有可能知道

    是不是感覺更唯心了?我可以先丟結論:並不是,而且恰恰相反,唯物的不行。這個我很快會解釋。

    我們接下來去探究這一系列實驗背後真實作用的機制。
  5. 觀察者效應的機制

    先丟結論:邏輯,觀察者效應機制存在於邏輯之中。

    至少基於楊氏雙縫實驗和其一系列的衍生實驗,這個結論是十分明確的。

    我們把之前提過的幾個概念都拿出來,其中會有一些有用的東西

    • 一個關鍵詞:概率波。
    • 我們在楊氏實驗中研究的疊加態,是電子的位置/路徑,而電子的位置可以用概率波去描述

      最原始的楊氏雙縫實驗,「電子同時通過雙縫」的說法,更嚴謹的表達是:電子的概率波同時通過雙縫。
    • 觀察的過程,本質上來說,是一個確定概率的過程

    就是這麼一回事。觀察的過程,在觀察實驗里,具體的說,就是:

    一開始,電子有一定概率通過縫A,也有一定概率通過縫B。而當我們的觀察裝置探測到電子通過縫A時,那電子就一定是通過了縫A而不可能同時通過縫B,反之亦然。

    Ivony同學提到觀察會導致被觀察對象的擾動,雖然不是能夠從根本上去解釋不確定性原理,但是用在觀察者效應中是再好不過了。但是需要說明的是,Ivony同學提到的是觀測手段對對象的擾動,而且近似於對其經典的物理狀態,比如位置和動量的擾動,而這裡所指的,是觀測結果本身對對象的影響,而這種影響主要在概率上,而非某個確定的物理量。

    觀察改變了電子的概率波站在空間中的分布。

    我們打一個比比方,在我們觀察之前,電子可能出現的位置是一團雲,概率雲。中間密集,邊緣稀薄。

    在楊氏雙縫干涉實驗中,我們實際就是發射了這樣一朵概率雲。概率雲飛過雙縫裝置,被雙縫分成兩份,然後產生了自干涉,最終產生干涉圖像。

    而在觀察實驗中,我們通過設備的觀察,在設備探測到電子通過的一瞬間,我們確定了電子通過縫隙A。如果我們看得到概率雲,就會發現概率雲整個的體積縮小了,

    它全部出現在了縫隙A的範圍之內——因為探測到電子就通過這裡,縫隙A以外的地方電子出現的概率為零。這就是我們剛才說的,坍縮。概率雲的體積坍縮了,變小了,我們可以簡單的這樣理解。只通過了縫隙A的概率雲自然不會發生自我干涉,也就沒有了干涉圖像。

    而在量子擦除實驗里,雖然我們觀察了,但是我們依舊不知道電子會出現在什麼位置。只要邏輯上不存在記錄電子位置的可能性,概率雲本身就不會發生坍縮。它依舊被雙縫裝置分成兩份,分別從A和B中通過,然後自我干涉,產生干涉圖像。

    觀察者效應在於:我們從邏輯上排除了一部分可能性,重新確定了粒子狀態的可能取值(值域),從而重新確定了概率。

    當然量子擦除實驗也提示到一點:只要存在邏輯上能夠獲知觀察結果的可能性,無論觀察者本身是否利用了這種可能性,甚至是當前技術手段不能實驗而僅僅存在於理論中的可能性,只要有,那麼就不會產生干涉圖像。
  6. 總結

    觀察的行為本身,是對邏輯進行修正的概念。如果我們的觀察無益於對觀察的疊加態對象進行邏輯上的修正,那麼觀察就沒有觀察者效應的意義。

    因而我們說,觀察者效應不是唯心的,而是嚴格的遵從於邏輯,是非常唯物的一種現象。

    增補 2016.4.29:我這裡使用的唯心/唯物更多的是通識教育里的概念,並非是哲學術語。哲學術語里對於唯心/唯物的定義和我日常的理解是有所偏差的。

    我願換一種表達方式:觀察者效應是嚴格遵從一個客觀的存在,並沒有因人的意志去改變。

    另:指正了我關於唯心/唯物概念的Gaberber知友提到我這是比較「正統」的哥本哈根解釋。這讓我榮幸又惶恐,但是還是很不好意思的說,其實我一直不是很理解哥本哈根解釋。我並非專業出身,整理這篇答文的時候加入了很多個人的想當然,在評論區內尤其。我一直覺得這篇答文里我提到的「觀察修正邏輯」,其實大約相當於「微觀現象被通過某種方式在宏觀上造成影響,這裡的某種方式就是觀察」,不過這種拍腦袋下定義的方式很民科,大家笑過就好。

PS:對於觀察者效應及其背後更根本的問題,學界應該說爭議還是挺多的,無論是哥本哈根解釋也好,或者後來出來的林林總總的各種假說,再到最近很熱門的退相干,包括我自己在上面認同的觀點,到目前為止都只能算是假說,缺乏決定性的證實,或者說是」諸多假說的一種」。

但是就觀察者效應本身,這種解釋目前來看是自洽的,而且並沒有引入很多的其他假設。

我在正文之中並沒有體現"假說」這一點,這是不嚴謹的,不過為了行文的流暢性,只好把這放在這裡來說明了。


這個問題很重要。

觀測認知這個宇宙絕非是睜開眼睛看世界那麼簡單!
原因在於:作為這個宇宙內原生的智慧生物,居然試圖認知自身和宇宙。
——認知這個行為本身,具有類似「自舉」的系統性矛盾。
如果你還沒認識到這個問題的本質矛盾。那麼我舉一個例子——你做了一個很大型的視頻遊戲,最後給裡面的角色賦予了人工智慧讓他們自己玩,某一天開始,這些角色完全智能化了,他們開始研究他們的世界,然後打算研究這個遊戲本身……作為認知主體的他們,能否研究明白你電腦顯示屏的像素結構 ?
這就是內部觀察者問題。
在這裡,主體與客體並非獨立相對的,不但主體在客體的內部,而且主體只是客體的一部分。
主體所使用的一切觀察手段和工具,包括主體自身物質結構,都屬於客體的一部分。
作為內部觀察者,只能在宇宙內,使用宇宙內物質製作的工具認知宇宙規律,從內部認知宇宙。主體受限於本時空,明眼人可見,這會造成明顯的觀測和認知界限。
我們終究不可能像上帝一樣。——創造了大爆炸的他可能採用了某種7維空間的波作為背光,津津有味的在11維空間中觀看我們的行為。

內部觀察者只能使用客體的物質研究客體本身(因為主體本身就是客體的一部分),由此帶來觀測必然存在微觀的下界,測不準定理就是如此。

而觀察者-參照系的相對和絕對速度問題,則涉及更加複雜的時空理論問題。——由此而誕生狹義相對論。

觀察者是現代物理,宇宙學,甚至數學最重要的概念之一。

量子理論的怪誕性在於:觀察引起狀態改變。無數的實驗證明了這一點,但是一旦將量子態獨立出來,經典世界仍然是可以理解的,符合邏輯上的客觀性因果性局域性的。(這裡需要特彆強調一點,這裡的「觀察」,是使得物質信息呈現;它本身不依賴於觀察者的存在,觀察,是一個客觀存在的運動。它跟「感知」不是一回事。)

哲學思考上,我有一個極其簡單的理解方式

首先將 知識---&>物質 這個路徑分開為4個獨立的空間層次:物質空間,信息空間,感知空間,知識空間。顯而易見知識空間並不隸屬於這個物質世界。觀察:使得物質信息呈現在信息空間。感知:使得信息映射到感知空間。

分解後,邏輯就清晰了,觀察只是一個物質之間的運動過程,通過這個運動使得信息呈現(到經典世界)。所以觀察也好,信息也好,都是客觀物質世界的一部分。

所謂量子的怪誕性就是物質空間和信息空間本身糾纏在一起,發生了交疊,也就是說在量子這個層次物質的屬性/狀態跟它本身的信息是糾纏在一起的。或者說,經典信息跟量子信息不是一回事。

而信息本身就是物質世界的一部分,所以在我看來,量子理論不但不是唯心論的證據,反而更好的成為了唯物論的依據。

無論任何位置的觀察者(包括那位高維空間的上帝),都不可能對本宇宙進行無限的觀察。簡單說,就是信息空間本身就是有限的,或者說是閉合的,這種有限的方式向微觀看就是信息與物質本身不再可分,而宏觀看就是時間與空間不可分割。從這個角度看,量子理論不但不怪誕,而且是一種必然。

PS:實際上,我認為理解量子理論的方法還蠻多的,其中一個方式就是:糾纏的粒子在某些空間具有同一個本體。或者這樣問,光子憑什麼知道自己通過了哪條路徑?光子怎麼分辨自己和另外的光子?你怎麼知道走這條路的光子和走那條路的光子不是同一個光子?

曾經有人開玩笑說糾纏的兩個光子,看起來像是一個高維空間妖怪的帽子戲法。這個玩笑很有意思,是啊,它們為什麼不能是隸屬於同一個物體的兩個端點。

當然這也只是一種理解方式,更好的看法是,量子世界不需要從經典角度去理解。實際上沒有任何證據表明,量子會破壞相對論宏觀世界的時空邏輯,或者說因果性與局域性,即便是那隻貓也不行。


並不。

比如說薛定諤的貓,不知道我的理解有沒有錯誤,箱子沒打開時,對於觀察者來說,貓是同時處於死和活的疊加態。

那麼假設我上星期買了彩票,昨天就開了獎,但是我一直沒看開獎結果,這個彩票就是中和不中的疊加態嗎?但是我這個「觀察者」不知道結果而已,其他的「觀察者」都已經知道了,這樣是不是屬於唯心主義了?

在一個關鍵的地方你理解錯了。不是只有你不知道結果,而是所有的「觀測者」都不知道結果。

這裡的觀測者包括人但絕不限於人類。物理上的「觀測者」其實質是測量的儀器。即不是人影響了貓態,是測量儀器與該系統(黑屋子裡的貓)的作用導致了疊加態態坍縮到本徵態(死,活)。

一旦有儀器測量量子系統,系統就會坍縮到某個力學量對應的本徵態,該力學量被測量儀器記錄下來。

當這個力學量是位置時,測量過程有很直觀的理解。整個空間中彌散的概率波坍縮到一點。以觀察電子為例。瀰漫電子云與光作用後隨機坍縮到了空間某點。坍縮結果很明確,只是物理過程尚不明了。我們尚不清楚其服不服從薛定諤方程(這是量子力學的基本方程)。

雖然退相干理論很複雜,還有很多問題需要解決,但這裡沒有任何唯心的東西存在。

自然規律是客觀存在的。這是自然科學最樸素的理念。


將「觀察」理解為純精神活動才是唯心


首先,如果你沒學過量子力學,不能清楚說出 
ho=frac12 (|0
anglelangle 0| + |1
anglelangle 1|) |psi
angle=frac{1}{sqrt{2}}(|0
angle + |1
angle) 之間的區別,請停止閱讀這個題目下的一切回答。對量子力學的任何詮釋必需建立在理解量子力學的基礎上,而你如果不能描述這兩個東西的區別必然不理解量子力學,再讀任何「詮釋」都只會建立更加錯誤的直覺,從無知走向錯誤。

然後 @Summer Clover 敘述的是近年來比較流行的退相干假說,而 @林布 敘述的是「正統」的哥本哈根詮釋。我自己直到幾個星期前還是用退相干的這套理論來理解測量機制的(系統和熱庫等宏觀環境耦合共同演化,最終從我們所觀測的算符的疊加態non-unitary 地演化為本徵態),但最近讀了 Lubo? Motl 的幾篇文章(http://www.motls.blogspot.nl/2016/03/measurement-isnt-violation-of-unitarity.html ,http://motls.blogspot.nl/2016/03/claims-about-contradictions-in-first.html , http://motls.blogspot.com/2016/03/weinbergs-deconstruction-of-measurement.html ,http://motls.blogspot.nl/2016/04/anti-quantum-zealots-dont-even-get-that.html , http://motls.blogspot.nl/2010/11/sidney-coleman-quantum-mechanics-in.html)之後,我覺得哥本哈根詮釋還是更靠譜(更準確地說是我之前根本不理解哥本哈根詮釋),而退相干並沒有很好地回答測量問題,本質上是一個試圖用經典的思維去理解量子理論的思路,這樣的思路被歷史證明是行不通的。

至於到底退相干正確還是哥本哈根詮釋正確,這樣的爭論抱歉我恕不奉陪,請移步 PRL 或者 arXiV 或者 Lubo? 的博客相關文章評論區。如果您認為退相干是正道,接下來的不看就好了。下面的討論都是建立在哥本哈根詮釋基礎上的。

如果我們承認哥本哈根詮釋,那麼量子論確實是唯心的。

但是,這裡的「唯心—唯物」之分的含義和上面提到的兩位所使用的意思完全不同,和中國中學課本上那種「唯心/唯物」的瘋話也完全不同,而是經驗論三大家洛克、貝克萊、休謨之間所爭論的那個唯心唯物。林布關於哥本哈根的敘述沒錯,概率波坍縮根據哥本哈根詮釋確實是 Bayesian inference,確實和概率的定義完全自洽,但是他認為「唯物」是指「符合邏輯」,而哲學史上的「唯物」這個詞完全不是這個意思。Summer Clover 講「自然規律是客觀存在的」,這確實是自然科學的根本假設,但這依舊不是哲學史上唯心唯物之爭所爭論的內容,最多可以算是經驗論和理性論之間所爭論的內容。

如果我上哲學史課的時候老師沒騙我,那麼唯物經驗論(洛克)和唯心經驗論(貝克萊)的區別是這樣的:如果只有心靈是真實的,我們是否能夠認知到自己心靈以外的存在?不同的心靈之間是否能夠真正地交流? - 知乎用戶的回答

簡單概括,他們兩個都承認的是,在知識論意義上,我們所能獲得的一切知識都是「觀念」,都是經驗的集合(故而他們都被歸為經驗論者),然而他們所不同意的是「觀念之外有無實體」。唯物論認為有,唯心論認為沒有,休謨則認為「不知道,也不可能知道」。(再一次,請不要用日常語言里的「觀念」一詞理解這裡的「觀念」這個詞,「觀念」「經驗」等詞在經驗論哲學裡都有非常明確的、和日常語言不太相同的含義。)

另一個在進入正題之前必須說清楚的是不確定性原理。

不確定性原理來自量子力學與經典理論相比特有的數學結構:非交換性 [x,p]
e 0,就是這個,沒有別的原因。對易關係 [x,p]=ihbar 是整個量子論最核心的公式。這個非交換的數學結構是如此根本,以至於在二次量子化等後續的理論中,當我們說「把某某量子化」的時候,一般指的就是「把數變成算符,給出正則對易關係」這個過程。

不確定性不是因為儀器不夠精確/人類技術不足,也遠不僅來自另一位的回答提到的「觀測一個東西必然對其狀態產生擾動」。位置和動量根本就不是兩個數,而是兩個算符。以前我是這麼理解的:在量子力學中,一個粒子的位置不能再只用三個實數(一個矢量)描述了,而是必須用一個定義在整個空間上的函數(波函數 psi(mathbf{r}))來描述。而這個函數是一個矢量,可以用位置作為坐標將其表示,也可以用動量作為坐標表示,而二者之間通過傅里葉變換聯繫起來,Delta x Delta p ge hbar/2 是這個傅里葉變換對的性質,而一切傅立葉變換對的兩個函數之間都有這樣的不確定關係,根本不需要依賴任何儀器還是什麼,在數學上它們就沒有辦法同時是 delta 函數(同時具有確定的值)。但現在看起來這麼說還不夠基本:為什麼我們要用波函數而不是相空間中的點來描述例子的狀態?波函數本質上是希爾伯特空間中的矢量,我們這麼做是因為量子論是用希爾伯特空間這個數學結構來描述一切的,而我們之所以用希爾伯特空間而不是別的什麼數學對象來描述,就是因為「線性、非交換」這個數學結構。這個結構直接導致線性代數(矩陣+矢量)是唯一的選擇。

那麼為什麼我們要選擇希爾伯特空間,而不是一般的線性空間?因為我們需要 normalization(以及作為其基礎的內積結構)。為什麼需要 normalize?因為需要滿足概率的基本定義 sum_k p(k)=1。注意,這裡有一個非常非常非常重要的隱藏的東西:概率。

什麼是概率?概率描述的是我們對這個世界的知識;概率必須依賴觀察者(let"s suppose we"re all Bayesians for the moment)。

這意味著:量子力學是在一個基本框架下進行敘述的,而這個基本框架就是,一個希爾伯特空間+一個觀察者。沒有觀察者,就沒有任何量子理論。「觀察者」是一個完整的量子力學理論所必備的基本要件。單有希爾伯特空間、矢量、算符而沒有觀察者的理論不是量子力學。

一切物理理論都是模型,而這個模型描述的都是「我們所能認識到的世界」。因此任何物理理論都不是一個關於「世界的本質是什麼」的理論,而是關於「我們對世界的認識是什麼」的模型。只不過在經典理論下,objective observer 是可能的,因此我們會將二者混淆。在哥本哈根詮釋下,there"s something objective happening in this world and an observer is watching from outside 這樣的圖景被徹底否定掉了,量子力學給出的一切 prediction 都是「觀察者會觀察到什麼」。判定物理理論是否正確,關注的是其給出的 predictions。量子力學給出的 predictions 和實驗數據高度吻合,諸如電子反常自旋磁矩等數據吻合到了物理史上前所未有的精度,因此我們接受量子力學。

也就是說,波函數描述的是什麼?不是說,啊這裡有一個電子,它以這個函數的形式客觀地存在,以一團 delocalized 的雲的形式存在於空間各點。不是這樣的。當我們說一個電子的波函數是 psi(x)=C exp(-x^2/a_B^2),我們實際表達的意思是,「關於這個電子的位置,我們作為觀察者所掌握的信息是一個這樣的高斯分布,它出現在 (x_0,x_0+dx) 的概率是 |psi(x_0)|^2dx」,沒有別的了。量子力學只告訴你,假如你去測這個粒子的位置,你的測量結果的分布是這樣這樣的,假如你去測動量那測量結果的分布是那樣那樣的,而不告訴你這個電子「客觀地」具有什麼樣的位置/動量分布,因為我們沒法知道。在物理實驗里,我們唯一能獲取到的信息是測量儀器測出來的結果,那麼我們也只能發展出一套理論去描述這些結果,給出預測,我們沒有辦法打開上帝之眼去「剝開儀器測量結果的表象去看粒子『本質上』如何如何」。就連時間演化算符 U(t_2,t_1),描述的也是如果我們在 t1 時刻觀察例子那獲得的概率分布和如果我們在 t2 時刻觀察獲得概率分布之間有什麼關係,而不是「粒子從 t1 到 t2 之間客觀地經歷了怎樣的演變」。

更何況,難道有什麼「上帝之眼」能看到的「本質」嗎?即,是否量子力學只是關於「我們所知道的」這些知識的一套理論,實際上測量儀器的背後是有一套「客觀實在/本質」的,只是我們無法探測/獲知?這是大多數人(包括我)面對哥本哈根詮釋時的最本能反應,因為量子力學實在是太過反直覺。但注意,這正是愛因斯坦等人的隱變數理論,也正是洛克(即唯物經驗論)的觀點!

可惜,貝爾不等式告訴我們,根本就沒有。貝克萊是對的。量子力學是正確的、完備的,local hidden variable 是錯誤的。

直接引用 Lubo? Motl:

In quantum mechanics, our measurements are not informing us about some "God"s and everyone"s objective truth" (as in classical physics) because none exists.

最後解釋一下「波函數坍縮」。關鍵依然是理解「哥本哈根詮釋的根本在於概率」。

設想我有一個黑盒子,裡面有一枚均勻的硬幣。現在我使勁搖晃了這個黑盒子半天,然後要你給出一個數學結構,來描述硬幣正面朝上還是反面朝上。你會用什麼數學對象?很自然地,用一個概率分布 p(0)=p(1)=1/2。(0 表示正,1 表示反)

現在我打開了盒子,給你看了硬幣,要求你再描述一次這個硬幣哪面朝上,你給出的概率分布顯然就變成了 p(0)=1, p(1)=0。一個均勻分布「坍縮」成了一個單點分布。

這就是波函數坍縮。這個過程是瞬間完成的,中間沒有任何神秘複雜的物理演化,因為波函數描述的是我們對這個世界所掌握的信息,這個信息坍縮無非就是我們獲得了新的知識。波函數是概率幅,概率刻畫我們對這個世界的知識,而不是那個硬幣本身。

量子力學和這個經典例子唯一的不同是,在經典世界裡,即使你還沒打開那個盒子,硬幣朝上朝下也是確定的,只是你不知道。但在量子世界裡,這樣的類比作廢了,因為根本沒有「獨立於觀念之外的客觀現實」。觀察者和希爾伯特空間共同構成一個完整的世界。想像不出來這到底是怎樣的場景?想像不出來就對了。我們大腦對世界的所有直覺經驗都來自宏觀世界,想像不出來微觀世界和想像不出來四維空間一樣自然。

至於薛定諤的貓,如果讀到這裡你還不能解釋為什麼貓不會既死又活半死不活、不能理解為什麼不是「你打開盒子看的那一眼決定了貓的死活」,請重讀上面 Motl 的五篇文章,和裡面鏈接到的 Sydney Coleman 的那個視頻。


關於薛定諤的貓的思想實驗請參考我的這個答案:

怎樣解釋「薛定諤的貓」,能讓一個沒有高中數學基礎的人理解?

事實上這種困惑很多人都會有,而我覺得根本的原因在於,人有發達的視覺。是視覺讓我們產生了一種錯覺。

這種錯覺就是,似乎我們可以在不影響一個東西的情況下,對其進行測量

只要看破了這一點,量子力學的不確定原理(也就是測量導致結果變化),便一點兒也不神秘。

試想一下,假如你沒有了視覺,你將如何觀察這個世界?

或者更簡單一點,面前有兩堆粉末,其中一堆是糖粉,而一堆是麵粉,請問你如何才能知道哪堆是糖粉?

舔一下對吧,沒錯,舔一下,味覺就會告訴你哪個是糖粉。但是別忘了,在你舔舐的時候,將不可避免的破壞你所舔舐的那堆粉末。。

而且,你怎麼能確保你沒有舔舐過的粉末,也是糖粉呢?

最終,為了證明這堆粉末都是糖粉,你只能完全的摧毀它,把它吃到肚子里,,,,

事實上,大多數的測量,都會存在副作用,只不過可見光的能量實在太低,我們的視覺實在是過於敏感,光,在很多時候可以讓我們無損的對一個物體進行測量。

但,這只是一個錯覺,光的能量再低,也有能量,當我們把視角放到電子的尺度,光的能量將不能忽略,任何測量將不可避免的改變被測量的物體


波函數坍縮本質上是體系與環境相互作用的結果。所謂的「測量」,也必須通過體系輸出的能量(光子、溫度等信息)才能實現,這與是否有(主觀)意識無關。

以「薛定諤的貓」為例,決定貓非生即死的因素在於物體與其環境之間複雜的相互作用,這些相互作用共同掩蓋了量子效應,比如貓的身體要反射光子(提供視覺信息),它和外界還存在熱量交換(提供體溫等生命信息),這些相互作用會不斷向周圍環境泄露貓的信息。薛定諤貓所代表的特殊量子現象涉及多個特殊經典狀態的疊加(例如生與死相疊加),這些狀態之間存在不可調和的矛盾。而從貓身上泄露的信息則屬於經典物理範疇,都是一些特定的情形,比如死了或者活著,這意味著狀態的疊加在信息泄露的過程中被破壞了,量子物理中稱此類過程為「退相干」(decoherence)。

物體尺度越大就越容易發生退相干,因為它們泄露出的信息更多,這解釋了為什麼物理學家往往習慣於將量子力學看成是一種微觀理論。


問題當中的彩票明顯和薛定諤的貓不等價。薛定諤的貓或者說決定貓的生死的放射性原子是獨立於箱子的外面世界的;你的彩票是和其他所有彩票以及買了彩票的人綁定在一起的。說白了,別人看了他的彩票也會對你的彩票產生影響。


謝邀,這是個很好的問題。

觀察者這個概念在物理中非常重要——這個世界的相對性本質決定了這個世界的樣子對觀察者而言就是觀察者眼中的樣子。本文中我會把物理中主要有關「觀察者」的概念簡單講述一下(與 @林布 的角度不同,而那是一個很好的回答)。

比如對觀察者而言,任何光子的速度的速度都是一樣的,不論它們是如何運行,不論觀察者自己是以怎樣的速度運行,結果都一樣——就好像自己就是世界的中心一樣。

對於一架原子鐘,它所「感受」到的時間,就是它所感受到的時間——它自己定義它所處時空的時間變化,也就是說,如果兩架原子鐘所指示的時間快慢不一樣了,那並不是說其中一架出錯了,而是它們所感受到的時間快慢不一樣。

我們仰望星空,看到的繁星點點有的是幾億年以前的光,有的是幾十億年以前的光,它們整體構成了我們(包括我們的天文望遠鏡)所能夠看到的太空全景——但是對於另外一顆遙遠星球上的觀察者而言,那些離我們幾十億光年的恆星離他們只有幾光年,而離我們幾光年的恆星離他們卻有幾十億光年,它們所看到的太空圖景亦和我們是完全不一樣的。

你可曾想過這張圖的觀察者是從哪裡看過去得到的嗎?如果換一個角度每個恆星的位置還會是這樣嗎?

再比如題主題目中所說的量子力學中混合態的觀察者,只要不觀察,它就是混合態;只要一觀察,它就又變成了確定狀態——當然了,這裡的觀察指的是對被觀察者進行一個微觀的操作,並不如薛定諤的貓里說的這樣,這畢竟是只一個理想實驗。

……

這一切所表明的最關鍵問題是——這個世界的相對性本質,卻並不是「唯心」本質。我們可以大膽地說:我們每個人都是世界的中心。但同時,這並不等於我們是唯心的,我認為相對性同我們所說的唯物唯心並不是同一個維度上的事情。因為你的「心」只有能力去觀察,卻沒有能力去改變。而在我本人的哲學觀點中,唯物唯心根本就不是一個重點去討論的東西。

如果一個人的世界觀能夠同時融合科學與哲學的話,唯物唯心就基本變成同義不同詞的兩個(一個)概念了。

不知道我這麼說讀者能不能夠明白,畢竟這個問題看似簡單其實極其龐大,有興趣的讀者敬請期待我尚未出版的第二本哲學書《同化理論——相對與絕對》(不好意思又做廣告了)。

但思考這個問題本身我覺得就是很有意義的:如果我們已經知道了宇宙大體上是如何運作的,那麼還去糾結「唯心唯物」、「現象本質」這種原始的哲學概念還有多大的意義呢?


轉載一篇文章,作者:索菲亞公主殿下

樓上一些人提出的是測量工具導致的偏差,這個波爾也提出過,後來已經被很多實驗否定了,文中有說明。

還是從最開始講起吧。請看這樣一個實驗。將一顆石頭扔向平靜的水面,水面將以這顆石頭為中心產生一圈一圈向外擴散的波紋。如果我們同時扔兩顆大小相同的石
頭,那麼可以想見,這兩顆石頭所產生的波紋會相互交匯,一些地方的波紋更強烈,一些地方則減弱,這就是我們最初認識到的干涉現象。

不久之後,我們又通過了一個經典實驗證實了光也是一種波——電磁波。

這是實驗裝置。可以得到如下的干涉條紋圖樣。

20世紀初,愛因斯坦發現了光電效應,證明了光同時也是一種粒子——也就是我們常說的光的波粒二象性。於是我們會開始想,其他實實在在的物質會不會也表現出這樣的波粒二象性呢?

於是我們把楊氏雙縫干涉實驗稍微改一改,把發射光子的激光器改成一個發射電子的裝置。同樣我們也得到了這樣的干涉圖樣。由此我們發現,原來在微觀世界,物質並不是固定不變的,而是具有波的性質——概率。由此經典物理學一系列波動方程開始應用到了微觀世界裡。

然而,我們試想,如果我們在雙縫干涉實驗中,將激光器做一個調整,使得激光器一次只能發射出一個光子。會出現什麼情況呢?

當我們將激光器調整之後再做這個實驗,使得激光器單位時間內只發射一個光子。由於單個光子只能通過一條狹縫,它不可能與自己發生干涉
,我們看到的應該是屏幕上的一個亮點。但事實上卻出現了上圖所示的干涉條紋。隨著時間的累積,感光熒幕上的光子數量越來越多,漸漸出現了明顯的干涉條紋。
難道光子可以知道自己處在這樣一個雙縫干涉實驗儀器當中以至於表現出干涉行為嗎?這種解釋過於玄奧了。愛因斯坦所支持的波動學派提出,光子是量子,按照概
率表現出行為,所以會出現干涉條紋。薛定諤方程也能夠完美的解釋這個現象。

於是我們設計了這樣一個實驗裝置。在上述雙縫干涉實驗中的一條狹縫安裝一個光子探測器,只要探測器讀數為1,就說明光子通過了這條狹縫,如果讀數為0,則說明光子通過的是另一條狹縫。由於其他實驗裝置和步驟不變,可以想見,光子應該同樣會出現上圖那樣的干涉條紋。

但事實卻不是,一旦我們將探測器打開,無論光子是否通過探測器所在的那條狹縫,屏幕上也再不會出現干涉條紋。而一旦將探測器關閉,干涉條紋則重新出現在熒幕上。

這表明探測器打開與否直接影響到光子的行為——觀察。

這與探測器的構造,是否有人在旁邊看探測器的讀數沒什麼關係。這表明,一旦我們確定了光子所通過的狹縫——它的位置——光子就不再表現出令人匪夷所思的自干涉現象了。

據此,波爾等人則提出了自己的理論——量子系統的整體性特徵。

波爾認為,不論是系統一部分被替換,抑或是加入一個無足輕重的小玩意兒,系統本身已經改變,所以光子的行為就會改變。根據海森堡不確定性原理,任何企圖掌
握粒子狀態的努力都會改變粒子狀態——觀察導致粒子狀態改變。這與我們的日常經驗十分矛盾。粒子變成了一種不可知的東西。波動派科學家則通過波動方程試圖
打開一扇窗戶——波函數塌縮。薛定諤曾經做過一個比喻,一隻關在密閉箱子里的貓,其身邊有一個毒氣發生裝置(原本更為複雜,這裡就不想細說了),只要我們
不打開箱子來看,那麼就無法知道這隻貓是否觸碰了毒氣發生裝置,也就不知道貓是否已被毒死。按照哥本哈根學派的解釋,這隻貓就應該處於一種半死不活的狀態
——既是死的,又是活的。薛定諤做這個比喻,是想通過它來揭示量子力學在宏觀層面上的不完備性。而正是這次攻擊,導致了之後的這個經典實驗。

量子擦除實驗:

在說這個實驗前,我們來看曾經老愛和波爾之間爭鋒相對的一次較量。

1930 年秋天,第六屆索爾威會議開幕了。會議由郎之萬任主席。這次會議的主題是「物質的磁性」。但是從物理學史和人類思想史的觀點來看,關於量於力學基礎問題的討論顯然在這次會議上形成了「喧賓奪主」之勢。各國的科學家懷著激動的心情,期待著兩位巨人之間新一輪論戰。

 
 這次,愛因斯坦經過三年的深思熟慮,秣馬厲兵,顯得胸有成竹,一開始便先發制人。他提出了著名的「光子箱」(又稱「愛因斯坦光盒」)思想實驗。他提出用
相對論的方法,來實現對單個電子同時進行時間和能量的準確測量。如果這個方法可行,那麼,即可宣告測不準關係破產,玻爾的工作 和量子論的詮釋將被推翻。

 
 愛因斯坦沉著地在黑板上畫了一個「光子箱」思想實驗的草圖,在一小盒子——光子箱中裝有一定數量的放射性物質,下面放一隻鍾作為計時控制器,它能在某一
時刻將盒子右上方的小洞打開,放出一個粒子(光子或電子),這樣光子或電子跑出來的時間就能從計時鐘上準確獲知。少了一個粒子,小盒的重量差則可由小盒左
方的計量尺和下面的砝碼準確地反映出來,根據愛因斯坦質能公式
E=mc2,重量(質量)的減少可以摺合成能量的減少。因此,放出一個粒子準確的時間和能量都能準確測得。這與海森堡的不確定性原理完全相左,準確性和因
果性再次獲得了完整的表達。愛因斯坦最後還著重表示,這一次實驗根本不涉及觀測儀器的問題,沒有什麼外來光線的碰撞可以改變粒子的運動。一輪新的論戰就這
樣開始了。

  這一回,玻爾遇到了嚴重挑戰。他剛一聽到這個實驗時,面色蒼白,呆若木雞,感到十分震驚,不能馬上找出這個問題的答案。當時他著實
慌了手腳,在會場上一邊從一個人走向另一個人,一邊喃喃地說,如果愛因斯坦正確,那麼物理學就完了。據羅森菲爾德回憶,當這兩個對手離開會場時,愛因斯坦
那天顯得格外莊嚴高大,而玻爾則緊靠在他的旁邊快步走著,非常激 動,並徒勞地試圖說明愛因斯坦的實驗裝置是不可能的。

  當天夜裡,玻爾和他的同事們一夜沒合眼。玻爾堅信愛因斯坦是錯的,但關鍵是要找出愛因斯坦的破綻所在。他們檢查了愛因斯坦實驗的每一個細 ,奮戰了一個通宵,終於找出了反駁愛因斯坦的辦法。

 
 第二天上午,會議繼續進行,玻爾喜氣洋洋地走向黑板,也畫了一幅「光子箱」思想實驗的草圖,與愛因斯坦不同的是,玻爾具體給出了稱量小盒子重量的方法。
他把小盒用彈簧吊起來,在小盒的一側,他畫了一根指針,指針可以沿固定在支架上的標尺上下移動。這樣,就可以方便地讀出小盒在粒子跑出前後的重量了。然
後,玻爾請大家回憶愛因斯坦創立的廣義相對論。從廣義相對論的等效原理可以推出,時鐘在引力場中發生位移時,它的快慢要發生變化。因此,當粒子跑出盒子而
導致盒子重量發生變化時,盒子將在重力場中移動一段距離,這樣所讀出的時間也會有所改變。這種時間的改變,又會導出測不準關係。可見,如果用這套裝置來精
確測定粒子的能量,就不能準確控制粒子跑出的時間。玻爾隨之給出了運用廣義相對論原理的數學證明。

  這下,愛因斯坦不得不又一次承認,玻爾的論
證和計算都是無可指責的。他自己居然在設計這個理想實驗時,只考慮了狹義相對論而沒有考慮廣義相對論,出了一個大疏忽,實在太遺憾了。他意識到在量子力學
的形式體系範圍內是駁不倒測不準關係的,在口頭上承認了哥本哈根觀點的自洽性。這時,與愛因斯坦和玻爾都是好朋友的埃倫菲斯特,以開玩笑的口氣對愛因斯坦
說,你不要再試圖製造「永動機」了。愛因斯坦表示欣然接受。

  玻爾的勝利贏得了越來越多物理學家對他觀點的贊同。量子力學的哥本哈根解釋己被絕
大多數物理學家奉為正統解釋。但玻爾並沒有滿足在會議上所取得的勝利,他回去後又仔細研究了「愛因斯坦光盒」的每一個細節,並且讓他的學生、物理學家伽莫
夫製作了一個實體模型。至今這個模型仍保存在哥本哈根的玻爾理論物理研究所中。

  在愛因斯坦和玻爾論戰的兩個回合中,玻爾以其人之道反治其人之
身,巧妙地利用愛因斯坦設計的思想實驗和他創立的相對論,駁倒了愛因斯坦本人,取得了論戰的勝利。雖然愛因斯坦在具體物理問題上失敗了,但他對物理世界的
基本觀點絲毫未變,仍堅持「上帝不會擲骰子」,在量子力學的詮釋背後一定有著更根本的規律,它們才能正確、全面解釋量子現象。

——以上引用自百度

這是愛因斯坦光子箱的思想實驗圖

量子擦除實驗是楊氏雙縫干涉實驗的一個變形。人們已經認識到在雙縫實驗中,如果光子穿過了哪條間隙被觀測到了,那麼光子就無法與自身發生干涉。如果一束光子中的每一個光子都像這樣被確定從哪條間隙穿過的話,那麼我們就無法看到楊氏實驗中的干
涉圖案。而這個實驗試圖製造這樣一種狀況:如果我們確定光子穿過了哪條間隙並做上「標記」,那麼將不會有干涉現象發生,但如果在這個光子到達屏幕前,我們
將這個標記擦除,那麼我們又將觀測到楊氏實驗中的干涉現象。

  量子擦除實驗的意義在於,在雙縫實驗中探測或標記光子路徑將會破壞干涉,但在此之後再擦除這個標記,人們可以重新恢復量子干涉。

實驗分三個階段。 

 第一階段,使用非線性BBO晶體產生糾纏光子對。自光子對產生起,它們就具有不同偏振態,沿不同方向傳播。沿下路徑傳播的光子會遇到雙縫,使用靈敏的探測器可以掃出這些光子的干涉圖樣。 

 第二階段,在下路徑上插入四分之一波片。這樣任何通過縫A的光子將會被改變為順時針或
逆時針的圓偏振,任何通過縫B的光子的則具有相反方向的圓偏振。當探測設備在先前的移動範圍內重新掃過,可以發現探測結果不再相同 - 干涉條紋消失 -
即,任何標記了光子路徑的行為都會破壞干涉條紋。 

  第三階段,下路徑不作變動,將一個起偏器插入到上路徑,使得任何通過下路徑的糾纏光
子對的偏振方向也受到影響。因為上路徑的光子的偏振方向發生變化,下路徑光子的偏振狀態也會改變。通過對上路徑上起偏器選擇合適的偏振角,令下路徑上剛好
有一半的光子具有相同的偏振方向。一旦它們有相同的偏振態,它們可以再次彼此干涉,或者從另一個角度來看,已經沒有標記指明哪個通過縫A,哪個通過縫B。

延遲選擇實驗:

愛因斯坦借用麥克爾遜—莫雷的光行差實驗裝置,把雙縫實驗變成了分光實驗,二者的物理意義是相同的。實驗裝置見圖1[3]。圖1由三個部分組成,標記為a,b,c。

  圖1a,光子從光源發出,遇到一個鍍銀的半透鏡,如果按經典理論,則光波分成兩半,各佔50%。如果按量子力學分析,則光子反射和透射的幾率各佔一半,整個系統的波函數是兩者的疊加。分成兩半的光波或幾率各半的光子經A、B兩個反射鏡反射,在C處匯聚。在此,有兩種方案。

  其一:如圖1b,在C處放置兩個探測器。如上面的響,表明光子來自B,如下面的響,表明光子來自A。探測器每響一次,完成一次測量。按照經典理論,我們相信這個光子在測量之前就已經存在,光子或反射,經A到達C;或透射,經B到達C。在某一個確定的時刻,光子必然處於某一條軌道的某一個位置上。但是我們不知道它究竟在哪個軌道上。需要通過測量進行反推。

  其二:如圖1c,在兩探測器之前放置另一個半透鏡,來自A/B的光子再次一半透射,一半反射,在此干涉。調整光程差,可以使達到上面探測器的干涉光相消,此探測器將不會接收到任何光子信號;則到達下面探測器的干涉光必然相加,只要光源發出光子,必被此探測器接收。每次測量都表明,光子是同時經過兩條路線到達C的。

  在此,放還是不放第二塊半透鏡,相當於在雙縫實驗中打開還是遮擋另一個狹縫,但更加簡明。

  愛因斯坦認為,一個光子不可能既能只走一條路線,又能同時走兩條路線。這表明量子論是自相矛盾的。玻爾用其互補原理進行解釋,認為兩者並不矛盾,因為這是兩個不同的實驗,而關鍵的是不可能同時做兩個實驗。

  於是,我們的測量方式對被測量的事件產生了不可挽回的影響。

延遲選擇:還原論與整體論解釋

  惠勒的突破性在於:延遲選擇 (2)。
1979年,在普林斯頓紀念愛因斯坦誕辰100周年的專題討論會上,惠勒正式提出了延遲選擇的思想:即當光子已經通過A/B之後再決定是否放置半透鏡。如
果放,我們可以說光子同時走過兩條路;如果不放,則只走一條。這樣就導致了一個怪異的結論:觀察者現在的行為決定了光子過去的路線。由於這個思想實驗並沒
有限制實驗室的尺度,A、B兩條路線原則上可以無窮長,幾米、幾千米乃至幾億光年都不會影響最後的結論。觀察者現在的行為所決定的過去可能是非常遙遠的過
去,甚至遠到人類還沒有誕生的宇宙早期。

  更嚴重的危機出現了。現在已經不僅是光子究竟走哪一條路,能不能知道走哪一條路的問題;甚至基本的因果性時間順序遭到了挑戰。

  延遲選擇實驗集中地、突出地把量子力學對傳統實在觀的挑戰展現出來。「存在如何?量子如何?宇宙如何?」這些關於實在本性的問題一直是惠勒所關心的。惠勒認為,這些問題應該成為下一代物理學家所投身的目標,它們首先是物理學問題,而不是哲學或者神學問題。 [4]

  對於物理學家來說,一個問題遇到了障礙,總是習慣性地重新思考其物理過程。重新分析,已知的條件有哪些,未知的有哪些,要解答什麼。對於延遲選擇實驗這個問題,我們也不妨以物理學的視角重新審視一下。我們假設這個實驗在宇宙尺度進行,則其物理過程如下:

  過程1』,有一個又一個光子,從太空遙遠的星系來到地球,進入實驗室的儀器。

  過程2』,觀測者把半透鏡放到C處,經調整,使上面的探測器不停地響,下面的沒有反應。

  過程3』,把半透鏡拿開,兩個探測器輪流作響。

  問題:光子究竟走一條路還是走兩條路。

  分析之前,需要強調兩個前提。(1)光子在同樣的實驗條件下,應表現出同樣的行為。可稱之為穩定性前提,這幾乎是人類知識存在的前提。(2)所有光子的性質都是相同的。只有這樣,對不同的光子所作的實驗,才能相當於對同一個光子進行不同的實驗。

  根據過程2』的結果反推,可以認為光子是同時從兩個路線過來的。

  而在過程3』,則可以根據探測器的響應,判斷光子走過了哪一條路線。

  光子顯然表現了兩種行為。愛因斯坦認為,這與穩定性假設相矛盾。玻爾不否認穩定性假設,同意在同樣的物理條件下,光子只能有一種行為。但是玻爾認為:過程2』和3』,物理條件恰恰不同。因為一個是放置半透鏡,一個是不放。

 
 從經典角度看,這種解釋近似狡辯。在經典物理學看來,2』和3』的物理過程是相同的,因為光子在到達C點之前的一切條件都無差別,所謂差異只是在用不同
的實驗手法來觀測同一個物理事件而已,完全是觀察者的主觀選擇造成的。對此,玻爾的回答是:「在量子效應的分析中,不可能在各原子客體的獨立行為和它們與
一些測量儀器相互作用之間划出任何截然的分界線;那些測量儀器是起著定義現象發生時所處條件的作用的。」[5]玻爾把觀察者引入到物理條件中來,他認為,
在量子理論中,不存在如經典物理學中那樣純粹客觀的觀察者,主體和客體之間並無截然的界限。經典物理主客兩分的敘述模式在量子世界中已經不適用了。

 
 但是,從經典的角度看,即使1』和2』不同,不同的也只是光子經過C點之後的部分,此前的物理條件還是相同的,而在C點之後的觀察者不可能對在此之前的
光子行為造成影響。對此,玻爾仍然堅持,不能把原子客體和觀測它的儀器分開,這完全是兩個實驗。儘管看起來只是最後的部分發生了變化,但是只要有一個局部
變了,整個物理過程全部改變了。玻爾說:「事實上,在粒子路徑上再加任何一件儀器,例如一個鏡子,都可能意味著一些新的干涉效應,它們將本質地影響關於最
後記錄結果的預言。」 (3)[6]經典物理的還原論和量子理論的整體論之間的衝突在這裡鮮明地表現出來。

  按照經典物理學所堅持的還原論,正
如物質本身可以分解成部分,物理過程也可以分解成部分。各個部分可以拆卸,相同的部分可以替換,每個部分在不同的整體中具有相同的性質。在這個實驗中,既
然前半部分是相同的,光子在前半部分的行為也應該是相同的。但是,根據量子理論,卻只能說,這是完全不同的兩個不可分的過程。對此,我們或者放棄經典物理
的還原論立場,接受量子理論給出的整體論;或者堅持經典物理的實在觀,否定量子理論給出的實在描述是完備的。惠勒明確指出:量子理論要求一種新的實在觀。

  在玻爾—愛因斯坦爭論的分光實驗中已經隱含了時間問題。因為放與不放第二塊半透膜,決定著被觀測的光子的行為。而光子總能做出相應的表現,似乎能預先知道觀測者的決定。由於他們的注意力在路徑上,時間次序的倒錯被忽略了。

 
 延遲選擇把時間問題凸顯出來。在光子已經走過了漫長的道路之後,無論它從A來還是從B來,都已經發生,不可能重新來過。既然我們承認那個倒霉的光子從遙
遠的幾萬光年來到實驗室需要幾萬年的時間,我們的決定註定是在光子走完了大部分路程之後做出的。從時間的角度看,惠勒為還原論者設計了最後一個可還原的部
分。把整個過程分成了兩個時段。在光子走完了前個時段,再決定做後個時段的實驗。如果你承認光子的漫漫長路可以分解成前後時段,就只好承認,觀察者在後個時段的選擇對光子已經完成的前個時段的行為造成了影響。

  一向關心哲學問題的物理學家保羅·戴維斯(Paul Davies)把對延遲選擇實驗的上述解釋稱為玻爾—惠勒闡釋。戴維斯指出,惠勒把量子力學的測量行為和時間本性之間的關係突出地表現出來,把哥本哈根學派的思想推到了邏輯上的極致。

延遲選擇實驗的可操作性

  延遲選擇實驗不只是一個思想實驗,還具有可操作性。惠勒在自傳中說:

 
 與其它許多思想實驗一樣,技術進步跟上了理論,使它變成真正的實驗。Maryland大學的Carroll Alley, Oleg
Jakubowicz, William
Wickes於1984年——在實驗室的實驗台上,不是在棒球場上——演示了這個實驗。愛因斯坦一直試圖迴避,而玻爾認為無法迴避的量子世界的奇異性,是
真實的。

  如果延遲選擇在實驗室中是真的,在棒球場的尺度上肯定也是真的,在宇宙範圍肯定也是真的。……那麼,我們只好認為每一個單個的光子在
其從類星體到地球的數十億年的旅程中,以曇花一現的幾率雲的形式同時經過了跨越兩個星系的兩個路徑,延展到遙遠的空間,直到我們用測量把光子釘住。否則,
還有什麼可能的解釋呢?既然我們在決定是測量來自兩條路徑的干涉還是測量光子究竟走過哪一條路徑的時候,光子已經上路十億年了,我們必須得出這樣的結論,
我們這個測量的行為,不僅把光子自身歷史的性質展現給我們,而且,在某種意義上,決定了光子的歷史。宇宙過去的歷史並不比我們通過現在的測量指定給它的歷
史具有更多的合理性!

  宇宙尺度上的延遲選擇實驗也具有可操作性:

  有兩個天體,名字是0957+561A和B,它們曾被認為是兩個不同的類星體。二者分開的視角是6弧秒。現已證明:二者實際上是一個類星體的兩個像。……這個結果把光束分離實驗從實驗室尺度擴大到了宇宙尺度。

  由引力透鏡造成的類星體雙像成為在地球上進行宇宙尺度的延遲選擇實驗的天然光源。惠勒提出了一個實驗裝置。將望遠鏡分別對準兩個類星體像,利用光導纖維調整光程差,並將光子引入實驗裝置,就可以完成星際規模的延遲選擇實驗。

 
 延遲選擇實驗突顯了量子理論與經典物理在實在問題上的深刻分歧。在此基礎之上,惠勒進一步提出參與的宇宙(participatory
universe)的觀念,把整體論從空間延伸到時間,不僅空間不能被分割成一個個部分,從宇宙大爆炸到今天的全部時間,也是一個整體。

總結下,量子力學啥也沒證明,它只是從另一個可能的角度描述了我們的宇宙——一種難以言喻的無限不可分時空觀。跟唯物唯心沒什麼關係,量子力學其本質依舊是唯物的。

擴展閱讀:

牛頓時空觀:


頓認為,世界是有絕對平直的空間,和不受人影響而均勻流動的時間構成的。任何一段時間都可以細分為無數個時刻,正如任何一根木棒可以細分為無數薄薄的木片
一樣。宇宙就是在極大的無限和極小的無限中存在的。牛頓也為了解決無限問題提出了他自己的數學工具——微積分。牛頓時空觀無法解釋引力來自哪裡?是誰推動
地球圍繞著太陽運動?宇宙如何誕生的?

愛因斯坦時空觀:

愛因斯坦認為,世界是由慣性系構成的,時間在不同的慣性系下流逝速度會改變,正如空間也會彎曲一樣。引力是慣性系中時空彎曲效應。而這種彎曲效應則會導致我們習以為常的重力。

愛因斯坦以後,人們接受了以太並不存在,上帝不會抽空來推一推地球這個結果。

波爾——惠勒時空觀:


界是由量子世界的宏觀累積表現的行為——這一觀點出現在弦論中,可以說是比較前沿的理論了,目前也正是這種思想在主導著量子力學的研究。而且據說弦論非常
有可能統一相對論和量子力學,完成愛因斯坦的遺願。他們認為,宇宙無時不刻處在一種量子態中,而作為人類的我們,又在不斷的參與到觀測宇宙的活動中。如果
宇宙是一個黑箱,我們也是黑箱的一部分。我們任何一次觀測都會改變宇宙的狀態,也同時改變著我們自身。因為宇宙與我們是一個巨大的整體。

非連續性時空觀:


是我非常感興趣的一種觀點,也幾乎是最不靠譜的。這種觀點認為宇宙存在一個有限的最小尺度,或一個有限的最大尺度。天文學觀測的一些證據支持這種觀點,比
如背景輻射的跳躍現象,紅移現象,以及類星體雙象。宇宙是由無數最小尺度量的量子信息聚合而成,同時,最大尺度與最小尺度並沒有本質區別。在數學上其為極
值,是同一效應的。

這個時空觀完全否定因果律的存在,認為一切相互作用都來自於量子聚合效應,而非物質本身。某種程度上來說,挺神棍的。


觀察者就是系統外部參與者,他們起到的作用就是使得原先不可觀測的內部現象可觀測,比如打進去一束光看看反射光什麼的。但是他們的觀測,比如打進去一束光這個動作本身就改變了系統內部的狀態,使得量子態坍縮。而不是完全沒有對系統做什麼。所以一點都不唯心。

總而言之,是系統和外界發生了作用所以坍縮滴,沒有「自主智能生物」什麼事情。


波粒二象性是高維空間在低維空間的不同映射方式。這麼說有個前提假設:粒子所處的空間包含了我們的空間。

在這個空間里,動能和波狀態是一個維度的屬性,位置和粒子狀態是另一個維度的屬性。測不準原理的本質就是我們所處的世界沒有辦法同時看到高維空間的全部維度。

光子的波狀態和粒子狀態統一在高維空間里,不同的切片方式,映射在我們的世界,就看到不一樣的狀態。就好像三維空間大象的鼻子,不同的切片方式映射在二維空間,可以是長方形或者圓環形。

觀察者的實驗方式,如光的干涉、雙縫衍射,好比是不同的切片方式。

波函數坍塌的本質就是高維空間的切片映射在低維空間的結果。

概率波就是所有切片方式發生的概率。


比如雙縫隙實驗。干涉圖像也好,非干涉圖像也好。這些實體都是人的概念的產物,並非自然的本質。物質是本質是能量以不同頻率的振動的結果。人的大腦看到的卻不是能量和振動。人的大腦看到的是具體形象化的實體。人的大腦在物質的本質和物質的實體轉換過程中發揮了關鍵作用,這就是導致波函數『塌陷』的觀察者效益。其實不是波塌陷了。波還是波。但是大腦詮釋了波,賦予其可理解的概念,將波轉換了可理解的實體。

=======

舉例說明:比如一個VR頭盔,VR看到的真實世界——其本質不過是01010110的數據流。但是VR頭盔里有轉換裝置和演算法,可以把數據流在屏幕上展現成為五光十色的虛擬世界影像。010101數據流就是真實的波函數描述的本質世界,而觀察者就是VR頭盔。

這個VR頭盔看宏觀世界表現是非常完美的,但是分析虛擬世界裡的微觀世界表現就很怪異了。因為這個虛擬世界本身就是VR頭盔自己虛擬出來的。你在虛擬世界裡用虛擬顯微鏡分析一個微小的片面一個頂點的位置——你發現了測不準定理——卧槽,這個頂點本來就是你虛擬出來的,然後你要虛擬世界再用虛擬的設備,重新測量一次——因為你的儀器也是虛擬的,所以你沒法測准。VR世界在重構頂點的時候,你的虛擬測量儀器也被重構了。


不只有用人類的肉眼在有光照的前提下觀察才叫觀察者。一個光子,一個電子,只要與待觀測的粒子發生相互作用,都可以叫做觀察者,物理學從不唯心。

PS:肉眼觀察的本質也是光子的碰撞


雖然看過《量子力學史話》,但我對其中總結的玄乎結論並不認同。不管你採取什麼觀測手段,你的觀測行為本身肯定會影響到微小的波粒二象性光子的表現,萬物都是波粒二象性的,但是究其本質,波性(空性)為實質,粒性(實在)為第二性質,在你不去觀測時,波性為真,當你用儀器去觀測時,退相干為粒性顯得為真。


對於生命來說,只要是觀,必有觀察者存在(能觀與所觀是對立的)

只有主觀,沒有客觀。

(或者說,客觀存在的存在或不存在是一種主觀推測,假設,猜想)

或許,心物不二,心(能觀)=物(所觀),離心無物,離物無心

好比,鏡像不二,鏡=像,離鏡無像,離像無鏡

(諸位可以試一試,把眼前「三維」的世界看成一個平面、鏡面、顯示屏,

這屏沒有厚度,厚度=0,屏前無我,屏內無物)

唯物與唯心,不是全對,就是全錯

下面轉帖我在別處相關的發言

鏈接:物理學中有哪些細思恐極的問題? - 曰文的回答

因為愛因斯坦說對了引力波

  有人感嘆,為什麼有如貝殼上的細菌的人類能夠理解有如大海的宇宙

  其實一點也不奇怪

  因為這個時空宇宙本就是我們推想出來的

  那牆角的三條線,是後天加上去的

  我們把腦中接受到的信息按這三維推出去,

  以為有個客觀的平整的鐵定的時空,而且只有一個

  其實未必

  引力波的發現已經證明時空是相對的,扭曲的,運動中的,

  不是絕對的,平整的,靜止的

  我們以為眼見為實,看到了真實的宇宙,其實不是

  我們看到的是自己的眼睛

(看來,還是有人能接受一些比較奇葩的觀點的。那我就再寫點。)

與牆角的三條線類似,時區和地界也是人為地後天劃定的。

其實,並沒有所謂的「同時」「同地」。

如果說我們看到的星星都是來自過去的,多少多少光年之外的。

(假設現在銀河裡的某個帝國用超級死星毀滅抹去了某個恆星

  處在銀河系邊緣的60,000光年外的我們要到60,000年後才知道,

  在長達60,000年的時間裡我們還能觀察到那顆恆星,以為它還存在呢)

那麼,我們面前的人其實也來自過去,只是剛過去而已(相距多少多少「光微秒」乃至「光皮秒」)

處於異時異地的我們,真的在同一個地球上?同一片天空下?

只有一個真相?一個真理?唯一神?

如果有平行世界的話,它們真的平行嗎?

如果是交織在一起的話,我們還該迷信柯南,以為只有一個真兇嗎?

我們以為自己一直在同一個世界裡,也許是一種錯覺

比如,一秒定格由24幀組成,我們能因為這24幀看上去一樣,而說它們是同一幀嗎?

理性必然要簡化現實。不然的話,就太亂了,無法思考。然而,現實真的是可以被簡化的嗎?

筆者就遇到過不少怪事。實在無法用科學解釋。

比如,有一次,一些面貌極相似的人,不斷出現在我面前(穿著不同的衣服,用不同的交通工具),讓我覺得很好笑,難道我處在楚門的世界裡?

也許,科學之所以是科學,就在於它承認自己解釋不了一切。

如果有誰認為自己能解釋一切,那一定是不科學的

記住:大千世界,無奇不有。見怪不怪,其怪自敗。

不要眼裡容不得沙子,以免把自己逼瘋了。

請注意:筆者並沒有說一定就是如何如何,只是提出了一些可能性而已。

我總不能每句話都加上個「或許」「也許「,那太難看了。

當我說「未必」是的時候,也意味著未必不是。

有的朋友給我貼了個「不可知論」的標籤,也無不可。

特別是對於所謂「客觀存在「,無論是上帝,還是外在物質世界,又或者是外星高靈,等等等等,

既然在我們的「觀」之外,到底存在還是不存在,當然是不可知的。

一切證實,無論是科學實驗,還是宗教經驗,或者外星綁架,等等等等,都是「主觀」的。

人們應該意識到自己只能主觀無法客觀

千萬不可以為自己代表唯一的客觀「真理」,要容忍他人與你不同的主觀。

請容許我在這裡扯點哲學(我是從哲學的目錄里進入這個話題的。)

我認為很重要,因為現在的科技發展太快了,個人的能力越來越大。

也許要不了多久,一個獨狼就能毀滅整個地球。

人們愛黨同伐異這個毛病得趕快改了。

看來,「客觀」二字太深入人心了。(這麼多年的幾代人的灌輸沒有白費)

以前與人討論過這個問題,轉帖如下。

人們經常說「要客觀,不要主觀」。

  有的更聲稱「這是客觀的」(其實就是在說「我是客觀的」)

  然而,真的有什麼「客觀」嗎?有可能達到「客觀」嗎?

  既然是觀,必有觀者,觀察者,觀測者,實驗者……,如何客觀?

  做實驗時有很可能是因為有實驗者在,不做實驗時還有沒有呢?無從得知。

  (現代物理髮展到量子物理就已經發現無法忽略觀測者的存在了)

  只要你足夠理智就應該明白一個實驗哪怕重複了億萬次,也無法肯定下一次一定就是同樣的結果。

  我們怎麼能肯定地知道在自性、覺照、覺知……之外是什麼不是什麼,或有什麼沒有什麼?

  (儀器不過就是感官的延伸,永遠都有儀器達不到的地方)

  因此只能訴諸信仰。

  有的信物質的客觀存在,有的信上帝或真主的客觀存在,有的信佛菩薩的客觀存在,有的信外星高靈……

  所有的信仰都是盲目的(包括盲目地不信),實際上我們永遠也無法證實(同樣也無法證不實)

  因為一切證實(實驗或修證或瀕死經驗或其他神秘經驗等等等等)都是主觀的。

  我們永遠也無法理智地肯定自己的信仰是對的。

  有趣的是,我們也永遠無法說自己一定是錯的。

  也許真有上帝阿拉,阿彌陀佛,或客觀規律,也未可知。

  我沒有要大家放棄自己的信仰的意思。我並不喜歡只有理智沒有感情的人。

  我只是希望大家能明白自己只能主觀無法客觀。

  站在各自的立場上,有不同觀點是很正常的事。

  (樓主也是有立場的。樓主的立場就是沒有立場。樓主對這個立場也是很堅持的)

  用不著過於感情用事,還沒看仔細對方在說什麼,就使勁地噴。

  我們沒必要統一思想。各訴己見,互相補充,互相啟發,更能接近真相或真理。

  估計我這些話很可能是白說了。人都願意自己代表的就是真理,不耐煩看不同的意見。

  包括樓主,也是一樣,頂多也就是多一點自知之明而已。知道自己不一定是對的,發表的都是個人的主觀意見。

  而說「這是客觀的」的朋友是最主觀的,已經到了一點意識不到自己的主觀的程度了。

(繼續轉帖)

問:思維是被什麼局限的?

  答:思維離不開概念名詞,也被概念名詞所框定禁錮

  理性必然要簡化現實,不然地話,是無法思考的

  給萬物起個名字,就是在簡化現實

  然而現實是真的可以被簡化的嗎?

  樹葉A=樹葉B嗎?1=1?

  如果1不等於1,那麼我們給他們起同一個名字是對的嗎?

  我們建立在1=1的基礎上的邏輯思維真的可靠嗎?

  道可道,非常道。名可名,非常名。

  所謂非常非恆,就是指在時間上1不等於1,處於變動中

  再則,把現實概念化,會割裂萬事萬物之間的因緣之網

  把多因生多果簡化為單因生單果

  當我們沾沾自喜於自己的邏輯的勝利時

  完全意識不到,那是被我們忽略不計的其他因素暫時放任的勝利

  我們如果沒有清醒的頭腦,以為自己真掌握了什麼永恆的普遍的真理

  恐怕到摔跟頭時後悔就來不及了

  某,非某,所以某

  某之所以是某,是建立在一切非某之上,以一切非某為因緣的

  理性,非理性,所以理性

  思維,非思維,所以思維

  只要我們有清醒的頭腦,理性思維也沒什麼錯。

  記住:摸著石頭過河,如履薄冰,

  別人的話聽不得(教條主義要不得),

  過去的經驗也是靠不住的(經驗主義也一樣)。

(索性再扯點。下文可能看著更亂,更不可理解,各位權當娛樂,看看無妨)

據說,康德把思維認知規整感覺材料的機制稱為先天,

我則認為是後天的。

我覺得先天應該是混沌的無序的,

(先天雖不可確知,但可以猜想。我估計先天是混沌的)

後天試圖用牆角的三條線,時區地界,概念,邏輯,數理,等等,簡化,規整先天。

這種企圖是失敗的。

現實還是混沌無序的。

不要看萬物各有各的位置,似乎是有序的,其實這正是無序的表現。

說明萬事萬物,各有各的軌道,不是同一個規律。

(科學,分科之學,這條路是對的,分得越細越好,

越是獨特的規律可能越正確。越是看似普遍的規律可能越沒有價值)

如果被某個真理一統天下了,反而會擠在一起,成為一團亂麻。

每根麻都遵循同一個規律,比如無規則運動。

換種說法可能好理解點,

無序不是排除所有可能的序而獨成一序,

正是所有各種可能的集合。

如果我的這個假設是對的話,我上文提到的怪事,就不怪了,很正常了

無非是混沌無序造成了有序的假象

(我還經歷過不少巧合,有的匪夷所思,難以想像真的會發生。)

無序=有序,無=有

一般來說,人們只熟悉1=1的邏輯,

對於1=0,1=-1,某=非某,不太能接受,認為不合邏輯,其實不然

舉個例子

問:太陽圍著地球轉還是地球圍著太陽轉?

標準答案:兩者都對,如果以地球為參照物,把它看成不動的,就是太陽圍著地球轉了

或者,兩者都不對,應該是地球和太陽一起圍著重心(質量中心點)在轉

陰陽互根,陰極陽生,陽極陰生,陰中有陽,陽中有陰,不可能有100%純的任何東西

因為,全陰=全陽,如果都是某物就等於都不是某物,

唯物和唯心,皆空和皆塵,其實是一回事,不是都對,就是全錯。

總之,我目前的結論是:和而不同,不妨認為人家都是對的。

自以為水火不容,你死我活,其實信奉的是同樣的東西。

不用統一思想,不要盲目地追求大一統,

誰要是自以為唯一真理的代表,妄言妄為,無論其出發點多麼美好,都有可能因為逆

於天道而釀成災禍


我覺得唯心和唯物不過是因原始人類的無知產生的問題。


給個比較消極的回答。

缸中的大腦是個很有名的悖論,假設一個邪惡的科學家把你的大腦取出放進某種維持生命的液體中,你的一切見聞和所思所想都是對大腦進行電刺激來模擬,那麼,有沒有辦法證明你自己是或不是身處真實的世界中呢?

假設我們是這個邪惡的科學家,要如何做到讓這個倒霉的大腦毫無察覺呢?我們可以建立一個虛擬世界,就像為遊戲建立背景一樣。不同的是,我們建立的世界中,一切背景細節都要近乎變態的精細。為了簡便,可以複製我們自己的世界。於是,我們精密複製分子,原子,電子,光子。。。然後不可避免的,內存不夠用了。不可能建立完整的世界。退而求其次,我們建立了一個非常小的時空背景,而且細節方面忽略微觀,只有宏觀精細。當我們可憐的大腦同學進行微觀觀測時,我們只給他他需要看到的即可。

打個比方,這個倒霉的大腦本身就是量子理論中的觀察者,在他沒有進行觀察時,我們邪惡的科學家完全沒有必要調用內存提前告訴他結果,所以量子理論中才有那麼多的測不準和不確定性。


推薦閱讀:

為什麼有時候,會突然覺得經歷過現在,不止是一種熟悉感,甚至在夢中出現過,而且還知道接下來發生的事?
如何解釋特修斯之船問題?
能不能在數學上證明芝諾的烏龜是錯誤的,還是說芝諾的烏龜在數學上沒問題? ?

TAG:哲學 | 物理學 |