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有关薛定谔的猫的一切(下)

有关薛定谔的猫的一切(上)


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我们日常所说的“观察”或者“看见”,其实是光照射物体被反射或者漫反射到我们眼睛的视网膜上,如果光的波长在380nm到760nm之间的可见光范围,我们就能够“看见”这个物体。而反射进我们眼睛的光,正是由一个个“光子”组成的。对于摄像机也是一样,光照射在物体上反射进镜头并到达底片形成图像。没有光,无论是眼睛还是摄像机都不能“看见”(夜视仪也是通过捕捉人眼看不到的红外光,而非完全没有光)。做个形象的比喻,当我们看见一个苹果的时候,是无数光子撞到苹果表面并被弹飞,其中弹进我们眼睛的部分并且属于可见光范围的光子,刺激我们的视网膜,最终让我们“看见”。
当我们把同样的情况放回到电子实验室的时候,情况会有什么不同呢?高速摄像机能够捕捉到电子从哪个缝隙穿过,同样是因为有光子或其他物质(比如其他可以被镜头感知的电磁波)“撞击”到电子被反射进镜头从而被“看见”。然而与宏观世界不同的是,电子是如此如此的小,只有10^-18次方米,光子对它的撞击不会像撞击苹果一样微不足道,而是深刻改变了电子的状态。如果人眼本身就像高速摄像机一般具备高速录影的能力,结果也是一样,观察者的观察行为仍然会深刻地影响被观察对象。因此,尽管我们希望“客观”地对电子进行观察和测量,却只能得到一个不确定的被严重改变的测量结果。这个原理,就是著名的“不确定性原理”,也叫测不准原理。这就是为什么观察这一貌似主观的意识在量子实验中具有决定性作用。
事实上,我们也可以在宏观世界理解不确定性原理。当我们说一件连衣裙是蓝色的,它真的是蓝色吗?在日光下的人类视觉中是蓝色,但是在一间挂满大红灯笼的屋子里,这条裙子就是紫色的。而对于一只狗或一只猫来说这条裙子是灰色的,而一只蜻蜓会告诉你这是一条五彩斑斓的裙子。那么当我们尝试问这条裙子真正的颜色,客观的颜色,本质的颜色,都显得没有意义,因为这和观察行为和观察者戚戚相关。可以说,观察者决定了裙子的颜色。
好吧,我们好像理解了“观察”对电子的深刻影响。但是为什么这个影响会让电子的“波”的属性消失并导致干涉条纹的消失,而不是让粒子属性消失而不影响干涉条纹的呈现呢?
当我们观察电子从哪个缝隙穿过的时候,实际上是在测量“位置”信息,而位置信息是粒子的属性。打个比方,你可以指出一个杯子在桌子上的确切位置,但却没法说海浪在哪个位置——它在everywhere。因此当我们尝试测量电子从哪个缝隙穿过的时候,就表明了测量电子的粒子性的目的,此时,波动性便消失了。
(灵魂画师手绘图7)
因此,在用来观察波动性的双缝干涉实验里,电子展现出波动性并呈现干涉条纹。而在有摄像机观察电子的位置信息即粒子特征的时候,电子在双缝实验中展现出粒子性并留下两堆亮点。电子这种具备波粒二象性但在测量中彼此排斥只会展现一种特征的特性,在量子力学中称为互补原理
不确定性原理互补原理,加上前面提到的概率,就是构成量子力学“哥本哈根诠释”的核心理论


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我们前面的讨论理应是个科学话题,却多次触碰到了世界本源甚至哲学层面的议题。那接下来我们就严肃地谈点哲学,虽然哲学其实是个特别不严肃的事儿。这句话好哲学...
通过薛定谔的猫的思想实验和电子双缝干涉实验,我们似乎对“现实”产生了根本性的疑问。一方面,真正的“现实”竟然是个“概率”,而看到的“现实”却是因为我们想要看它,甚至可以叫“观察创造现实”。这样的“现实”还算什么现实?真让人想哭... 而这一切竟然印证了那句经典的哲学名言:“存在即是被感知”。不去感知,就没有存在。
我们同时也推翻了“客观”。一切所谓客观的观察都会影响被观察者,这导致被观察者究竟是怎样的永远是不确定的。如此看来,纯粹的客观世界压根就不存在,一切都是你中有我我中有你的不可分割的整体。下次再有人说自己“客观,独立,第三方”,我们就跟他好好聊聊量子力学。
我们还重新审视了“意识”。千百年来我们对意识的理解似乎都是抽象的,和客观实在对立。当然很多人会说,意识事实上就是活跃在大脑皮层中复杂的电信号,只是它太过复杂,我们的科技水平还难以模拟或解读。例如现在已经可以通过在人脑中插入电极来刺激脑中的某些区域,使人哭或者笑。而在最新的脑医学实验中,人可以通过“意识”移动机械手臂,抓起杯子来喝水,甚至“脑控”玩飞行模拟游戏。这么看我们似乎已经掌握了意识的门道,我们基本了解了意识是如何传递的,可以在一定程度上模拟意识给身体发行动指令,甚至将意识的电信号输出。
所以只要等技术如摩尔定律般爆炸,我们就拿到了通往意识世界的钥匙。但这个乐观态度似乎忘记了一个非常重要的事,意识在我们的大脑里究竟是怎么产生的?例如,我可以在咖啡馆和你一边聊天,讲着笑话,一边摆弄着桌子上的手机,腿随着背景音乐打着拍子,脑子里不断回闪着上午篮球比赛最后时刻的超级逆转。意识为什么会用这种方式指导我们?在这个复杂场景里意识都参与了哪些呢?意识让我们行动、思考、回忆、畅想、探究这个世界究竟是有意识的还是无意识的?回答这些问题,可比用电极刺激大脑让我们抓起个杯子难多了。
坐在我对面的你能听到我的笑话、看到我摆弄手机的手和抖来抖去腿,却不知道我脑子里不断回放的进球画面,意识似乎并没有办法影响到你。而薛定谔盒子里的猫,却在我随便看了一眼的情况下就被决定了生死。但如果是在我专注地想着别的事对眼前“视而不见”的情况下打开盒子(我们都有可能遇到这种情况,地球救亡政府通过监控找到作为唯一目击证人却完全失忆的你:三天前的那个早上的街上,沉浸在刚刚拒绝你表白的女神的无限悲伤中正在回忆每一个偶遇细节的你,完全没有看到穿着黑色皮夹克拿着AK47用Iphone给同伴打电话说 “我是Caesar,明天就开始我们消灭人类计划”大摇大摆从你眼前经过的黑猩猩),那猫的生死,是在我的眼睛睁开的那一刻就决定了,还是等我的意识突然反应过来注意到它时才被决定呢——意识“觉醒”与否能延迟波函数(概率)的坍缩(被决定)吗?
(灵魂画师手绘图8)
这就像是在电子双缝实验中,放在双缝处的高速摄像机,打开镜头盖但是开机和不开机两种情况下的实验。我们先给出真实的实验结论:不管观察者是人还是仪器,只要电子的位置/路径信息没有被捕捉到,干涉条纹就不会消失。只要位置/路径信息泄露,干涉条纹就会消失。因此不开机的情况下,干涉条纹不会消失,我们骗不了电子。
那人眼呢?在上面“视而不见”的例子里,电子是否也陷入了两难的判断:“这个人因为在想别的事儿没有看见我的行踪所以我还是个波吧”,“不对,他其实看见了只是已经埋藏在意识深处总有一天会想起来呢得赶紧变成粒子”,“到底是波还是粒子??我恨人类”...
对于电子两难的处境事实上有另外的理论加以解释。在哥本哈根诠释中,概率/波函数在观察的瞬间坍缩成一个的结论让很多人不舒服,于是慢慢发展出了一个新的理论:多宇宙理论。即所有概率叠加的结果在被观察的瞬间不是坍缩成了一个,而是产生了多个宇宙,也就是说:你进了家门看到你妈在家做了一桌子饭然后和她老人家开心吃饭聊天是一个宇宙,你进了家门发现你妈不在家只能去冰箱里找了半根香肠拿微波炉热热填饱肚子是另一个宇宙。而事实上你打开冰箱看到香肠和香蕉犹豫片刻选择拿了香肠或是香蕉又分别产生了两个宇宙。如果你家冰箱里放了好多吃的你犹豫的越多产生的宇宙也就越多。每种可能+每个意识选择让这个世界充斥着无穷无尽的平行宇宙...
薛定谔的这只猫的实验背后,是量子物理对我们这个世界的巨大冲击。在量子物理诞生近百年后,依旧让我们感到既着迷又困惑。数百年来现代科学对事物规律的寻找,在量子物理面前变成要被推翻的守旧思维。而几千年来围绕意识与物质的哲学思辨,竟然在科学领域看到了讨论的可能。虽然量子力学的种种实验现象和理论仍仅限于微观世界,但我们的宏观世界正是由微观粒子构成的,因此当你抬头看月亮,它确实有一个非常非常小的概率突然不见了。或许每天早上醒来你应该庆幸,摸摸鼻子——在呢,够一下手机——也在,踢一脚床上的猫猫——还在,拉开窗帘看看太阳——也升起来了。好幸福。
不过在另一个平行宇宙有个没鼻子的家伙则...

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