量子力学奇妙结果：意识的海洋和平行世界，你会选择哪一个？

BIGBON

我们处在一个什么样的世界中？

这个问题古今中外的哲人和科学家苦苦探寻，至今还没有确定答案。今天的现代人如果还不了解相对论和量子力学，那他至少可以说与现代世界脱钩了，因为我们现在所享有的互联网、高速通信、人工智能、基因技术以及其它诸如航天航空、深海探索，甚至包括大规模杀伤性武器核弹，所有这一切，无不是在相对论和量子力学的基础研究上发展起来的。
因此我们每个现代人很有必要科普一下，从而更深刻理解我们的生存世界。
相对论与量子力学一起被认为是现代物理学的两大基本支柱。

爱因斯坦的相对论，将我们的从牛顿的经典物理世界中解放出来，他描绘了一个空间、时间都可变的世界，物质和能量可以互相转化，即著名的质能方程：E=mc，原子弹由此被制造出来，从此改变了世界战争与和平的格局。爱因斯坦通过严格的证明揭示了：引力事由空间扭曲产生的，而空间之所以会扭曲，是因为有大质量的物体的存在，比如恒星、黑洞。

量子力学由普朗克研究黑体辐射时提出，后经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、薛定谔、海森堡、泡利、玻恩、狄拉克等人不断完善，今天量子力学彻底改变了人们对物质组成成分的认识。微观世界里，粒子不是球，而是不断跳跃的概率云，它们不只存在一个位置，这些粒子的行为更像是一种“波”。
量子力学与经典力学的一个主要区别


在经典力学中，一个物理系统的位置和动量，可以无限精确地被确定和被预言。至少在理论上，测量对这个系统本身，并没有任何影响，并可以无限精确地进行。在量子力学中，测量过程本身对系统造成影响。
不确定性原理

海森堡在1927年首次提出：一个微观粒子的某些物理量（如位置和动量，或方位角与动量矩，还有时间和能量等），不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量的不确定程度就越大。

概率主导的世界

在经典力学中，每个粒子的位置和动量，全部是完全可知的，它们的轨迹可以被预言。通过测量，可以确定每一个粒子。在量子力学中，每个粒子的位置和动量是由波函数表达，因此，当几个粒子的波函数互相重叠时，给每个粒子“挂上一个标签”的做法失去了其意义。
量子纠缠

纠缠的粒子有惊人的特性，这些特性违背一般的直觉。比如说，对一个粒子的测量，可以导致整个系统的波包立刻塌缩，因此也影响到另一个、遥远的、与被测量的粒子纠缠的粒子。
微观量子到宏观宇宙


1954年，爱因斯坦在给马克斯·波恩的信中，提出了怎样从量子力学的角度，来解释宏观物体的定位的问题。
这个问题的另一个例子是薛定谔的猫的思想实验。

实验是这样的:在一个盒子里有一只猫，以及少量放射性物质。之后，有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫，同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。
根据经典物理学，在盒子里必将发生这两个结果之一，而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果 。在量子的世界里，当盒子处于关闭状态，整个系统则一直保持不确定性的波态，即猫生死叠加。猫到底是死是活必须在盒子打开后才能确定。
直到1970年左右，人们才开始真正领会到，上述的思想实验，实际上并不实际，因为它们忽略了不可避免的与周围环境的相互作用。事实证明，叠加状态非常容易受周围环境的影响。比如说，在双缝实验中，电子或光子与空气分子的碰撞或者发射辐射，就可以影响到对形成衍射非常关键的各个状态之间的相位的关系。在量子力学中这个现象，被称为量子脱散。
它是由系统状态与周围环境影响的相互作用导致的。这个相互作用可以表达为每个系统状态与环境状态 的纠缠。其结果是只有在考虑整个系统时（即实验系统+环境系统）叠加才有效，而假如孤立地只考虑实验系统的系统状态的话，那么就只剩下这个系统的“经典”分布了。
量子世界是如此不确定、诡异，但是那确实是理论的推导，并有很多实验验证，虽然不是都能用实验验证。那么如何解释光子、电子的双缝实验和薛定鄂的猫思想实验。
哥本哈根解释：意识的参与

物理学中著名的“单电子双缝干涉”实验正是微观粒子运动不确定性和随机性的体现。在这个实验中，单电子通过双缝后竟然发生了干涉。在经典力学看来，电子在同一时刻只能通过一条缝，它不可能同时通过两条缝并发生干涉。
但是，当科学家试图通过仪器测定电子究竟通过了哪条缝时，永远只会在其中的一处发现电子。两个仪器也不会同时侦测到电子，电子每次只能通过一条狭缝。这看起来好像是测量者的观测行为改变了电子的运动状态，这种反常的现象又作何解释呢，物理学家玻尔提出了著名的“哥本哈根解释”：当人们未观测时，电子在两条缝位置都有存在的概率；但是，一旦被测量了，比如说测得该电子在左缝位置，电子有了准确的位置，它在该点的概率为1，其他点的概率为0。也就是说，该电子的波函数在被测量的瞬间“塌缩”到了该点。
玻尔把观察者及其意识引入了量子力学，使其与微观粒子的运动状态发生关系。但观察者和“塌缩”的解释并不十分清晰和令人信服，也受到了很多科学家的质疑。例如，塌缩是如何发生的，是在一瞬间就发生，还是要等到光子进入人们的眼睛并在视网膜上激起电脉冲信号后才开始。
多世界解释：平行世界

有没有办法绕过这所谓的“塌缩”和“观测者”，剔除观察者的主观成分呢？
埃弗雷特提出了一个大胆的想法：如果波函数没有“塌缩”，则它必定保持线性增加。也就是说，上述实验中电子即使再观测后仍然处在左/右狭缝的叠加状态。
埃弗雷特由此进一步提出：人们的世界也是叠加的，当电子穿过双缝后，处于叠加态的不仅仅是电子，还包括整个的世界。
也就是说，当电子经过双缝后，出现了两个叠加在一起的世界，在其中的一个世界里电子穿过了左边的狭缝，而在另一个世界里，电子则通过了右边的狭缝。
这样，波函数就无需“塌缩”，去随机选择左还是右，因为它表现为两个世界的叠加：生活在一个世界中的人们发现在他们那里电子通过了左边的狭缝，而在另一个世界中，人们观察到的电子则在右边。
以“薛定谔的猫”来说，埃弗雷特指出两只猫都是真实的。有一只活猫，有一只死猫，但它们位于不同的世界中。
问题并不在于盒子中的发射性原子是否衰变，而在于它既衰变又不衰变。当观测者向盒子里看时，整个世界分裂成它自己的两个版本。这两个版本在其余的各个方面是完全相同的。唯一的区别在于其中一个版本中，原子衰变了，猫死了；而在另一个版本中，原子没有衰变，猫还活着。
前述所说的“原子衰变了，猫死了；原子没有衰变，猫还活着”这两个世界将完全相互独立平行地演变下去，就像两个平行的世界一样。量子过程造成了“两个世界”，这就是埃弗雷特前卫的“多世界解释”。
这个解释的优点是：薛定谔方程始终成立，波函数从不塌缩，由此它简化了基本理论。它的问题是：设想过于离奇，付出的代价是这些平行的世界全都是同样真实的。这就难怪有人说：“在科学史上，多世界解释无疑是目前所提出的最大胆、最野心勃勃的理论。”

量子力学的发展革命性地改变了人们对物质的结构以及其相互作用的认识。除了引力外，其它物理基本力都可以用量子场论描写。
目前量子力学的两种解释，到底哪一个是正确的？或者说两者都是正确的?物理学到今天还没有定论，科学似乎走进了死胡闯，前面有一面巨幕挡住了科学前进的道路，但是人类探索终极真理的步伐永远不会停下!

本文选自：今日头条