看完你就懂了！意識(shí)假說：意識(shí)決定量子力學(xué)的測量結(jié)果嗎？

量子力學(xué)和意識(shí)到底有沒有關(guān)系？這篇文章將側(cè)重討論，量子力學(xué)中比較偏玄學(xué)的意識(shí)假說，只有了解這些假說建立的基礎(chǔ)邏輯，才能不被網(wǎng)上鋪天蓋地的信息誤導(dǎo)！

2022年物理學(xué)諾獎(jiǎng)揭曉之后，很多小朋友對量子力學(xué)產(chǎn)生了感興趣，但現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)上對量子力學(xué)的誤解十分嚴(yán)重，基本上淪為營銷號的狂歡。最嚴(yán)重的誤解就是意識(shí)與量子力學(xué)的關(guān)系。

量子力學(xué)之所以能和意識(shí)牽扯上關(guān)系，基本上都是從觀察者效應(yīng)延伸出來的。意識(shí)導(dǎo)致波函數(shù)崩塌的鼻祖就是馮·諾依曼，本期內(nèi)容將主要解讀馮·諾依曼的意識(shí)假說思想。

我們知道，在微觀世界，粒子就是一種物質(zhì)波，這種波并非聲波和水波那樣的機(jī)械波，而是一種概率波。

什么是概率波？

微觀粒子在不被觀察或者外界干擾的情況下，總是會(huì)處于多個(gè)位置的疊加狀態(tài)。如果我們將這些位置能一一列舉出來，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，粒子經(jīng)常出現(xiàn)的這些位置，會(huì)呈現(xiàn)出類似波的形態(tài)。

由于我們無法精確描繪出粒子所處位置的精確值，只能用概率大致描述粒子可能的位置狀態(tài)，巧好這些位置狀態(tài)疊加在一起就是類似波的形態(tài)，所以我們才將粒子位置出現(xiàn)的概率歸納成概率波。其實(shí)概率波本質(zhì)上并不是傳統(tǒng)意義上的波。

如果用數(shù)學(xué)形式量化概率波，那就是的波函數(shù)。

我們知道微觀粒子的運(yùn)動(dòng)十分詭異，既有波粒二象性，又有疊加態(tài)，又遵守不確定性原理。但是這些現(xiàn)象的本質(zhì)都具有更深層的一致性。波函數(shù)就能夠很好地量化這種一致性。

其實(shí)波粒二象性的波態(tài)就是概率波，粒子態(tài)就是波包。

粒子在不被測量時(shí)，粒子會(huì)在一個(gè)比較寬泛的空間范圍內(nèi)隨機(jī)出現(xiàn)。描繪這些位置出現(xiàn)的圖像就很像一個(gè)由“波”組成的包。

觀察粒子的運(yùn)動(dòng)，就需要發(fā)射一些粒子撞擊被觀察粒子，“被觀察粒子”被撞擊后就會(huì)吸收能量，進(jìn)而導(dǎo)致粒子出現(xiàn)的空間范圍縮小，波包收縮，波包越密集，越像粒子，導(dǎo)致波粒二象性表現(xiàn)成具體的粒子性。這也就是測量坍塌效應(yīng)的體現(xiàn)。也叫觀察者效應(yīng)。

在哥本哈根學(xué)派看來，只要時(shí)間足夠長，任何粒子的疊加狀態(tài)終會(huì)坍塌成具體的本征態(tài)。導(dǎo)致波函數(shù)疊加態(tài)坍塌一般有兩種方式，第一種就是測量，第二種就是自發(fā)坍塌，簡單來說，自發(fā)坍塌是由于波函數(shù)與外界環(huán)境作用的必然結(jié)果。

而這種兩種方式的本質(zhì)都是由于孤立系統(tǒng)的波函數(shù)與外界能量擾動(dòng)導(dǎo)致的坍塌。

這就解釋了為什么宏觀物體沒有疊加態(tài)。

因?yàn)楹暧^物體都是由無數(shù)個(gè)微觀粒子構(gòu)成的，微觀粒子越多，它們之間就會(huì)相互干擾，每一個(gè)單獨(dú)的粒子都會(huì)受到其他所有粒子的干擾而坍塌掉。

宏觀物體內(nèi)部的各個(gè)微觀粒子彼此干擾，最終導(dǎo)致所有粒子的波函數(shù)坍塌，所以由無數(shù)個(gè)波函數(shù)已經(jīng)坍塌過的微觀粒子構(gòu)成的宏觀物體必然不具有疊加態(tài)，所以宏觀物體才能這么穩(wěn)定。

在多個(gè)微觀粒子組成的系統(tǒng)內(nèi)，微觀粒子越多，相互干擾的強(qiáng)度就越大，隨著粒子數(shù)量的增多，系統(tǒng)內(nèi)粒子的疊加態(tài)相繼坍塌，隨后就慢慢過渡到宏觀世界的確定狀態(tài)。這就是量子退相干現(xiàn)象。

在這里不得不補(bǔ)充一點(diǎn)，我們一般認(rèn)為量子力學(xué)研究的是比原子還小的微觀粒子。這些粒子擁有疊加態(tài)，波粒二象性等量子世界獨(dú)有的特性。

但后來發(fā)現(xiàn)，分子尺度也會(huì)出現(xiàn)量子效應(yīng)。只要物體的量子退相干效應(yīng)還沒有顯著地表現(xiàn)出來，那么物體會(huì)一直遵守微觀世界的量子特性。

由于量子退相干現(xiàn)象是漸進(jìn)過渡的過程，所以微觀和宏觀世界的界限就開始變得模糊起來。

如今的物理學(xué)已經(jīng)放棄了將“次原子”定義為量子世界的說法。而是采用量子退相干界定量子世界（微觀）和經(jīng)典世界（宏觀）的標(biāo)尺。

其實(shí)觀察者效應(yīng)的本質(zhì)就是一種人工制造的量子退相干效應(yīng)。

不管是單光子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)還是升級版的延遲選擇量子擦除實(shí)驗(yàn)，都是由于觀察者發(fā)射的粒子干擾了原來孤立系統(tǒng)的波函數(shù) 導(dǎo)致的坍塌。

哥本哈根學(xué)派不解釋這種坍塌為何發(fā)生，而是將波函數(shù)坍塌視為微觀世界的基礎(chǔ)現(xiàn)象。

所以在哥本哈根學(xué)派看來，波函數(shù)坍塌和人的意識(shí)沒有關(guān)系，只要是外界環(huán)境干預(yù)了孤立系統(tǒng)的波函數(shù)，就必然會(huì)引起坍塌。

海森堡與玻爾

但是總有物理學(xué)家對這種解釋感到不滿。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父—馮?諾依曼就率先發(fā)難哥本哈根學(xué)派。

在馮看來，觀測儀器發(fā)射的也只不過是微觀粒子，而這些微觀粒子也是波函數(shù)，用具有波函數(shù)的微觀粒子干擾另一個(gè)具有波函數(shù)的微觀粒子，其坍塌的過程應(yīng)該是非絕對隨機(jī)的！

因?yàn)椴ê瘮?shù)的本質(zhì)就是一種概率。但到目前為止，沒有任何物理理論能夠解釋波函數(shù)坍塌的過程是如何發(fā)生的，這種絕對隨機(jī)的事件不符合量子力學(xué)的基本準(zhǔn)則。

什么是絕對隨機(jī)？

在量子力學(xué)中。波函數(shù)的坍塌是隨機(jī)的，也就是說我們無法精確預(yù)測波函數(shù)何時(shí)坍塌。

但是觀察者的行為會(huì)讓波函數(shù)坍塌這種隨機(jī)事件絕對發(fā)生。雖然哥本哈根學(xué)派用外界能量攝入解釋這種絕對隨機(jī)事件的發(fā)生。但是坍塌的具體細(xì)節(jié)卻無法得知。

所以馮諾依曼就認(rèn)為：引起這種絕對隨機(jī)的事物應(yīng)該不被物理法則限制，于是大膽推測，引起測量坍塌的應(yīng)該就是人的意識(shí)。因?yàn)槿说囊庾R(shí)可能包含著絕對隨機(jī)。

并且進(jìn)一步解釋說：觀察的本身就包含信息的傳遞。而信息的傳遞是確定的物理過程，不應(yīng)該被忽略。

人的意識(shí)在沒有得知波函數(shù)的信息前不知道坍塌的結(jié)果。而觀察之后，意識(shí)就多出來一個(gè)波函數(shù)坍塌的信息。意識(shí)中多出來的這個(gè)信息必然是要被列入計(jì)算的。因?yàn)槿说囊庾R(shí)來自于神經(jīng)元，而神經(jīng)元的電信號很有可能來自量子世界。

人腦中的微觀粒子也是疊加態(tài)的，這種疊加態(tài)可能會(huì)與外部的粒子形成某種糾纏。意識(shí)對信息攝入的過程，就是糾纏態(tài)坍塌的過程。

波函數(shù)坍塌了，波函數(shù)原來的信息就轉(zhuǎn)移到人的意識(shí)當(dāng)中了。這才是導(dǎo)致波函數(shù)坍塌的本質(zhì)原因。

但對于動(dòng)物來說，情況可能就有所不同。因?yàn)闇y量分為完美測量和不完美測量。

比如豬，豬雖然也具有意識(shí)，但是當(dāng)豬完成一次觀察，大腦可能會(huì)獲取到測量坍塌的信息，但是這時(shí)候豬的意識(shí)可能是混亂的，無法在豬腦中獲得精確的信息，這就是不完美測量，所以豬的意識(shí)可能無法引起測量坍塌效應(yīng)。

而人具有高度發(fā)達(dá)的意識(shí)，所以人腦的獲取的測量信息就是完美測量。

人腦的完美測量就相當(dāng)強(qiáng)量子退相干效應(yīng)。而豬腦的不完美測量就相當(dāng)弱量子退相干效應(yīng)。

1961年，物理學(xué)家魏格納發(fā)表名為《關(guān)于身心問題的評論》的文章

并且指出，大部分物理學(xué)家都是徹底的唯物主義者，他們堅(jiān)信意識(shí)這類東西是虛幻的。所以他們從不相信意識(shí)可以決定波函數(shù)的坍塌。并提成了“魏格納的朋友”的思想實(shí)驗(yàn)支持馮諾依曼。

但到了1987年，魏格納推翻了自己的說法，認(rèn)為意識(shí)并不會(huì)導(dǎo)致波函數(shù)坍塌。

2011年，在一次量子會(huì)議上的調(diào)查中顯示。包括物理學(xué)家，數(shù)學(xué)家，哲學(xué)家在內(nèi)的33位參與者中，只有兩個(gè)人支持意識(shí)引起波函數(shù)坍塌的假說。

事實(shí)上，在物理學(xué)界，絕大部分物理學(xué)家并不認(rèn)可意識(shí)引起波函數(shù)坍塌的說法。嚴(yán)格來說，一切無法用實(shí)驗(yàn)證偽的理論都不屬于物理學(xué)的范疇，意識(shí)假說和弦論一樣，一直游離在物理學(xué)和玄學(xué)的邊緣！

況且，在堅(jiān)信“如無必要，勿增實(shí)體”的物理學(xué)家看來，哥本哈根學(xué)派已經(jīng)用外界能量攝入解釋過測量坍塌效應(yīng)了，沒必要再引入這種玄學(xué)假說，這只會(huì)讓量子力學(xué)更加冗雜。