世界是一场幻觉:你看得到我,你看不到我
2022-12-29蒂姆•詹姆斯左安浦
即使你已经准备好面对古怪的大自然,也没有办法面对量子力学。
迪士尼与皮克斯合作的动画电影《玩具总动员》及其续集都是关于量子力学的。电影的主角是玩具,当主人安迪看向它们时,它们表现得像普通玩具,可一旦安迪不看它们,它们就“活”了。
安迪没有见过玩具的活跃状态,只看到过它们的经典行为。他似乎也从未注意到,在每次游戏之间,玩具的位置发生了改变(虽然他很善良,但他并不是最善于观察的孩子)。但如果他仔细观察,可能就会发现玩具的位置每次都略有不同。
粒子也是如此。如果我们把目光从粒子身上移开,那么相比于我们观察的时候,它们的行为有很大的不同。我们可以用薛定谔方程猜测它们可能的位置,但永远无法准确地预测每次我们走进房间时会发生什么。
假设安迪开始详细记录每个玩具的位置及每次的状态,他可能会注意到,只能用概率描述自己观察到的状态。例如,玩具警长胡迪有90%的可能性出现在安迪上次离开的地方,但也有可能(可能性不为0)出现在房间另一边,甚至在大楼外某个地方。
如果安迪属于哥本哈根学派,他会用简洁的数学解释所发生的一切。他的玩具以每种可能的状态出现在所有可能的位置,直到安迪进入房间,这时玩具的叠加态坍缩成某种经典态。但有一个永恒且博大的问题:当安迪出现在房间里,是什么引起玩具的波函数发生变化的?
在《玩具总动员》中,有一个场景是胡迪向一群玩具解释它们不得不打破作为玩具的“规则”,那么这些规则究竟是什么?谁制定了这些规则?
如果在安迪的卧室安装摄像头,这些玩具还会“活”过来吗?如果有人偷偷地在暗中监视玩具,它们该怎么办?当玩具被其他玩具注视时,它们还能“活”过来吗?为什么小狗巴斯特不算在内?如果有人工智能机器人会怎样?黑猩猩会引起坍缩吗?坏小孩西德看到胡迪开口说话而精神崩溃,以至于放弃学业,在《玩具总动员3》中做收集垃圾的工作(仔细看,那个收垃圾的人绝对是西德客串的),这又该怎样解释呢?
试图在《玩具总动员》的宇宙中寻找测量的哲学意义是一场噩梦,但在量子力学中我们不得不这样做。测量问题不仅仅违背直觉,还提出了一些严肃的问题:是什么使现实成为现实?
人们经常弄混测量问题与海森堡不确定性原理,但它们还是有区别的。测量问题说的是粒子在被观察时选择所处的状态;而不确定性原理说的是,即使观察也无法得到粒子的全部信息。
不确定性原理可以类比为安迪的眼睛有问题,需要特殊颜色的眼镜才能看见东西。不戴眼镜看玩具,他能分辨出玩具的颜色,但图像很模糊。也就是说,他能测准颜色,但测不准形状。如果他戴上眼镜,玩具就变得清晰,但通过有色眼镜他就看不清楚颜色了。他可以选择测量颜色或形状,但永远不能选择同时测量。
(摘自浙江教育出版社《量子和粒子物理学何以解释一切》)