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探究双缝干涉实验的本质,为何量子学家要刻意回避人意识的作用?

量子讲堂第六期,在量子力学中有一个著名的电子双缝干涉实验,电子双缝干涉实验的结果使整个物理学界乃至哲学界对于人的意识与物质的关系陷入了更加深入的思考,意识究竟是依托于物质而存在?还是意识可以影响客观物质?

在第五期中我们提到了量子力学中著名的电子双缝干涉实验,实验的过程这里就不多介绍了(在第五期的文章中有详细的实验流程),这里直接和大家说一下实验的结果:在人的观测下,电子是一种粒子,如果没有人的观测,电子是一种波,量子力学中哥本哈根学派解释说:微观粒子在没有被人观测的情况下,微观粒子处于一种叠加态,此时的微观粒子可能处于任何状态,我们无法准确的预测出微观粒子的动量与位置,所以物理学家只能使用薛定谔波动函数来描述微观粒子的概率,当微观粒子被人观测之后,微观粒子的叠加态会立即消失(数学上表示波函数坍缩),变成可以确定的本征态,也就是说是人类的观测行为使微观粒子从不确定变成了确定。

那么问题来了,人类的观测行为究竟是什么?

人的观测行为是否与动物的观测行为、纯物质的观测行为一样呢?也就是说如果我们用一个猫去观察微观粒子、或者说我们使用一台摄像机去观测微观粒子,微观粒子会不会在猫或者说摄像机的观测下也变成粒子态呢?动物的观测行为、摄像机的观测行为会不会导致微观粒子的波函数坍缩呢?再直白一些说:究竟是观测行为导致微观粒子的波函数坍缩,还是人的观测行为导致微观粒子的波函数坍缩?

首先来说使用一只猫去观测微观粒子是不可能的,并不因为这一观测行为不可能,而是因为我们无法确认猫是否进行了观测,因为猫无法表达自己的想法,也就是说我们无法从猫的主体判断微观粒子的波函数是否进行坍缩,那么使用摄像机这种纯物质观测是否会让微观粒子的波函数坍缩呢?

理论来说:不可能,从实验数据来说也是不成立的,因为一切的微观粒子在没有被观测之前度具有叠加态,也就是说微观粒子在没有被观测之前是无法确定的,而摄像机是由处于叠加态的微观粒子组成,所以摄像机在进行观测微观粒子的运动时,摄像机也是处于叠加态,如果仅仅使用摄像机去观察微观粒子的话,那么两者将同时处于无法确定的叠加态,只有在一种情况可以让微观粒子与摄像机的叠加态消失,那就是人观测了摄像机所拍摄的片段,人的观测行为导致微观粒子与摄像机的波函数同时坍缩,最终确定的结果才能出现。

好吧,只有人的观测行为才能导致微观粒子的波函数坍缩,那么人的观测行为与机器的观测行为有什么区别呢?本质上来说:人的观测行为中一定有人的意识参与其中,也就是说人的观测行为应该是光子将影像带到了视网膜中,然后人的大脑将这组影像经过分析得出了一组数据或者一组信息,在这个过程中的某一时刻导致了微观粒子的波函数坍缩,或者说人的意识可能导致了波函数的坍缩。

人的意识可能影响了微观粒子?这可是一个有意思的话题,同时这也是一个所有物理学家都想尽可能回避的话题,因为科学的本质是要用规律去解释所有事情,但是量子力学的诞生却又将意识的作用体现在了客观世界中,所以很多物理学家对于选择的是视而不见,不去讨论意识的作用,只选择乖乖计算,但是在微观粒子世界中,人的意识究竟与微观粒子是怎样的关系呢?

————结缘————

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