在量子世界的观照中,所谓的“观察”实际上是一种相互作用的过程。从根本上说,观察的本质确实是相互作用,唯有通过相互作用,观察者与被观察对象才会建立起因果联系,从而实现信息的传递。因此,在任何观察行为中,观察者本身是不可忽视的因素。
以薛定谔的猫这一思维实验为例,无论是观察者、猫、放射性物质还是毒气瓶,所有这些均构成了一个纠缠的叠加态,整体系统遵循量子力学的规律而演化。
然而,演化的结果令我们倍感困惑,因为现实中并没有既死又活的猫这一现象。我们基于现实的经验认知,认为在某个过程中,系统必定经历了某种“坍缩”过程,从叠加态转变为确定的单一状态。
科学家们提出,系统中的一切,包括我们自身,都是由微观粒子组成,因此它们都应遵循量子力学的基本法则。
由此推论,放射性物质处于衰变与非衰变的叠加态,猫同样处于生死叠加态中。那么,当我们实施观察时,会发生何种情形呢?
观察者的眼睛或观察设备本是实验的一部分,它们会与实验构成一个整体,看似可以看到猫处于生死叠加态。然而,这只是开始,因为我们实际体验到的并非是眼睛所见的叠加态。这是为何呢?
眼睛捕捉到的信息通过视神经传递,依然会是生死叠加的信息,并传向大脑。在此过程中,叠加态持续存在,并未发生坍缩。
然而,基于我们的生活经验,不管这一过程多么漫长复杂,最终我们只会观察到一个单一状态,而不是叠加态。
这意味着,在整个过程中,一定存在某个环节破坏了量子叠加态。问题是,哪个环节出现了问题?
科学家们认为,物理规律应当是普适的,尽管这种普适性可能仅限于物质世界。因此,宏观物体由微观粒子构成,它们也应当遵循量子力学,意味着量子力学在微观和宏观世界中都应适用。
然而,量子力学的普适性不应外推至物质之外的现象,例如意识和精神。虽然意识的概念早已有之,科学家对意识本质的了解仍显浅薄。
因此,像冯·诺伊曼这样的物理学家提出,意识很可能是作用的关键。也就是说,意识可能就是那个出问题的“环节”,意识本身可能并不遵守物理规律。也就是说,正是意识导致了波函数的坍缩,成为物质之外的神秘“观察者”。
然而,这样的解释又引出了令人尴尬的问题:意识决定物质的结论。这一结论本质上仍属于哥本哈根诠释,不同之处在于,“意识决定论”将原本模糊的量子效应问题简化为“意识”的作用来解释。
接着,科学家们提出一个尖锐问题:量子力学指出观察能导致波函数坍缩,那么观察那只猫是否也会导致坍缩呢?
我们无法直接验证这一假设,因为猫并非人类,它无法表达自己的感受。因此,科学家们对薛定谔的猫进行了实验修改,将一个人与猫关入一个密封的箱子内进行观察。
当然,科学家不会以生命为实验代价,为了避免观察者被毒气伤害,他们配备了防毒面具。这个人只进行观察,无论看到的是死猫还是活猫,都不会进行任何干预。
我们可以看到,这个改良实验与原实验在本质上没有区别,只是增加了一个观察者。如果按哥本哈根诠释,只有被观察的现实才是客观存在的,那么明显,猫仍处于既死又活的叠加态。箱内的人自然也会看到那可能导致精神分裂的“既死又活”的猫。
但从观察者的角度分析,他自身的观察行为也会导致波函数坍缩,因此他只会看到单一状态的死猫或活猫,而不是叠加态,他也不会因此成为精神分裂者。
由此产生了一个矛盾:箱外的我们与箱内的观察者到底谁是对的?
有物理学家认为,物质与意识显然是两种不同的存在形式,观察行为是可以明确界定的,而非玻尔所提的模糊诠释。
也就是说,所谓的观察,不过是我们意识形成印象的过程。我们所见的活猫或死猫,不过是大脑生成的印象。若没有这些印象,观察就失去了意义。
波函数不过是一种数学工具,通过它可以描述周围环境。人与环境相互作用,在意识中产生感觉,即观察。当我们获取新信息时,就会更新对环境的认知,其他相矛盾的信息就会自动被忽略。
简言之,波函数的坍缩不过是大脑信息更新的一个过程。
以薛定谔的猫为例,在打开箱子前,猫的状态是叠加态,即“既死又活”的印象同时存在于我们意识中。尽管这种状态难以理解,但对于意识中的印象来说并不复杂。
若你问朋友猫的状态,朋友说猫是死是活,这个信息瞬间传递给你,在你的意识中自动排除了其他可能性。换句话说,在朋友告知你的那一刻,猫的状态在你的意识中就发生了坍缩。这样解释并不奇怪,也更为简单明了。
在你问朋友之前,波函数并没有实际意义,它只是意识印象的数学表述。如果你再问朋友:“在我问你之前,猫是死是活?”他可能会说“我早就告诉你猫是活(死)的了”。这便产生矛盾,在你首次提问前,猫处于叠加态,而再次提问时,他告诉你猫处于确定状态。
现在,将你的朋友看作测量仪器,会发生什么?
结果是,在我们首次用仪器观测前,猫处于叠加态,仪器亦如此。但若观测对象是你的朋友,他怎能看到叠加态的猫?这似乎既怪异又矛盾。因为本质上,一只猫与你的朋友并无不同。
而作为你本人,你自然认为朋友的感觉与你相同,也就是说,朋友应看到猫的确定状态,而非叠加态。否则,你容易陷入“唯我论”,即无法证实他人与你的印象是否相同,进而否认他人的意识。
科学家们不愿走向这一死胡同,自然认为在你发现猫状态坍缩之前,它实际上早已“被坍缩”,在你朋友观测那一刻就已发生。
换句话说,无意识的机器可处于叠加态,但有意识的人在观测时,必定导致叠加态坍缩。
简言之,有意识的生命与无意识的机器表现出不同的作用方式。深层次的结论是:意识是波函数发生坍缩的“元凶”。
实际上,这是“冯·诺伊曼-魏格纳诠释”,前者首先提出意识可能与坍缩有关,后者则将这种可能的关系具体化。
但这一诠释依旧模糊,例如最大问题:什么是意识?判断观测者是否具有意识的标准是什么?
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