與朱清時院士商討：量子塌縮與多世界詮釋、測量與實在、以及量子糾纏

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作者按

朱清時院士發表了兩篇討論量子和佛學的文章，一篇是《物理學步入禪境——緣起性空》，一篇是《客觀世界很有可能並不存在》，引起了很大反響。李淼老師對其中一些觀點表示異議，寫了一篇題為《量子世界觀和佛教世界觀是否相似？量子力學是否支持人類靈魂的存在？》的文章，闡述了自己的觀點。受兩位老師的文章啟發，不揣淺陋，草就本文，以見教於大方。

撰文 | 楊榮佳（河北大學教授）

量子塌縮與多世界詮釋

除了上面提到的那兩篇文章，朱清時院士還有一篇非常有名的題為《量子意識》的文章。朱院士在文中談到「波函數塌縮」、「薛定諤貓」和「量子糾纏」等量子物理現象，並得出結論：「物質世界離不開意識，意識是物質世界的基礎，意識才使物質世界從不確定到確定。」

朱院士在文中說：電子可以同時處於兩個不同地點，電子有可能在A點存在，也可能在B點存在，電子的狀態是「在A點又不在A點的迭加」。李淼老師則認為，在測量時電子只能在一個地方出現，且不管有沒有測量，電子都是存在的。

其實，即使沒有測量或者相互作用，電子也不會無處不在，而是以一定的概率在空間某點出現，這個概率是由波函數的模方決定的，不同的空間點有不同的概率。比如，電子出現在A點的概率是0.5，在B點出現的概率是0.00001，那麼相對於A點，電子在B點出現的概率幾乎為零。藉此，如果你說電子無處不在，就不大妥貼。

在測量時，意識是否會直接對測量結果產生影響，仍是一個爭議。在朱院士看來，是意識導致了波函數的塌縮，從而創造了物質世界。李老師反詰：如果是意識造就了物質，在人類出現之前，難道地球太陽就不存在了嗎？當然，我們還可以問，比如，如果實在是意識測量時波函數塌縮的結果，那麼你看到的是一朵花，別人是不是有可能看到的就是一隻鴨子了？

當然，沿著「意識決定實在」的思想，有一種可以反駁以上反問的方案：即存在一個獨立於自然獨立於宇宙的意識存在，這個意識可以是基督教所說的上帝。這樣，我們就進入了宗教。

只要有相互作用，不管有沒有人的意識參與，波函數都會塌縮，比如打到牆上的光子。另外，研究中的測量，不僅僅只涉及意識活動，還涉及物質活動，比如儀器操作。毫無疑問，意識活動在構想實驗的時候起著主要作用，不過在具體的測量過程中，基本還是通過儀器來進行，比如Planck衛星對微波背景輻射的探測，研究人員恐怕沒有誰願意騎在衛星上直接通過意識進行觀測吧？科學實驗最重要的一點，就是要盡量地排除人為因素，做到儘可能地客觀。只有這樣，別人才有可能重複，從而進行驗證。

其次，哥本哈根詮釋面臨的最大挑戰就是無法解釋「量子塌縮」。為了避免這樣的疑難，Everett提出多世界詮釋。以「薛定諤貓」為例：當觀測者未觀測之前，貓處於「活」與「死」的迭加態。觀測者進行觀測時，觀測者和貓組成了一個新的大系統。這個大系統由兩個子系統組成：一個是觀測者和活貓的子系統，一個是觀測者和死貓的子系統。這兩個子系統就相當於兩個平行世界，觀測者在子系統觀測時不會發生干擾，從而不會導致「量子塌縮」。因此，根據多世界詮釋，測量時不會發生「量子塌縮」，因而也就不會有朱院士所說的「意識導致量子塌縮從而導致客觀物」的產生。

測量與實在

在展開討論之前，我們有必要對涉及的「實證主義」和「實在主義」這兩個術語作簡要的說明。「實證主義」說的是：我測到什麼就是什麼，在測量之前，我無法對客體給出任何描述。「實在主義」是說：存在一個不依賴於人的客觀世界。

愛因斯坦是實在主義者，玻爾是實證主義者。以「黑匣子里的電子」為例，在愛因斯坦看來，不管測不測量，匣子里的電子都有確定的自旋方向，無論左右；而在玻爾看來，在沒有測量之前，電子是左旋還是右旋，我們無法得知，只有測量了，我們才知道那一刻電子是處於哪一個自旋態。愛因斯坦抱怨道，我們不觀測時，難道月亮就不存在嗎？

愛因斯坦和玻爾都不可能全對：意識活動能對客觀世界產生影響，但並不是直接的、唯一的影響。

在測量實施之前，我們大腦會先有一個關於測量的設想，這應該屬於意識活動。然後，選用一定的儀器、方法、步驟，實施實驗設想，再進行相關測量。也就是說，測量是離不開人類意識活動的，廣而言之，人類的活動都離不開意識。如果誇大這種「觀察者效應」，就會導致類似魏格納（Eugene Wigner）的想法，他說：「順理成章地，對物體的量子描述受進入我意識中的意念所影響。」朱院士也犯了類似的錯誤，從而得出「意識產生物質」的結論。

舉一個很簡單的例子：在人類出現之前，手機存在嗎？當然不存在。最先提出無線通訊構想的可能是特斯拉（Nikola Tesla），但在手機出現之前，無線通訊的構想還屬於一種意識活動。在這裡，雖然意識活動起到了很重要的作用，但意識並未直接創造物質，如果沒有人類知識的積累和科技的發展、以及手工和機器生產等物質活動，手機也不會成為現實。

如果把宇宙間的一切事物分為自然世界和人造世界，自然世界不是人的意識創造的，但人類的意識活動會對其造成一些影響。對於人造世界，在某種意義上，我們可以說是人類所特有的意識活動和物質活動所創造的。

但這並不是說意識有時候是第一性的。相反，應該是先有物質，然後才有相關意識，意識反作用於物質。比如特斯拉關於無線通訊的構想，也是基於法拉弟和麥克斯韋等人關於電磁場相關規律的知識。在法拉弟之前，比如人類智慧的象徵之一的牛頓也沒能提出移動通訊的構想。

物質第一性還是意識第一性，是哲學第一大根本問題。學過唯物主義的人大概都知道，物質應該是第一性的。在朱院士那裡，是意識造就了物質，意識是第一性的。唯心主義者，可能會比較傾向於認同朱院士的觀點。

量子糾纏

量子糾纏往往被人濫用，特別是一些媒體，喜歡用諸如「鬼魅般的超距作用」來形容，容易誤導大眾。在愛因斯坦及其合作者的那篇關於EPR（Einstein-Podolsky-Rosen paradox，即EPR悖論）的原始論文中，有一個經常被人忽略的假設：不存在相互作用。如果有相互作用，用玻爾反駁愛因斯坦的話說：兩個粒子仍是一個系統，沒有其它關聯。而愛因斯坦他們認為在兩個粒子離得足夠遠，不能用相互作用來聯繫的時候，也可能存在某種關聯，這就是後來提出的 「量子糾纏」。現代科學的發展，似乎表明愛因斯坦是正確的。

關於量子糾纏，李淼和朱清時兩位老師都用了「手套」來做比喻，很容易讓人理解。朱院士在文章中說：人腦中海量的電子互相處於糾纏態，還和宇宙中其它電子處於糾纏態。這樣說是很不準確的。量子糾纏雖然很詭異，但在現實中卻難以發生。要使兩個電子產生量子糾纏，根據愛因斯坦他們在論文中的假設，這兩個電子之間不能有相互作用。考慮粒子全同性，兩個電子一般可以形成量子糾纏。但是，如果存在相互作用或者外界干擾，這種量子糾纏很快就被破壞掉了。所以，人們不必擔心，當你看到地上一坨狗屎的時候，你大腦中的電子會和屎中的電子形成量子糾纏。

朱院士關於「觀測者和被觀測物中的電子相互糾纏」的觀點和前面提到的朱院士關於「意識導致波函數塌縮從而決定實在」的觀點也是相互矛盾的。舉個例子：根據朱院士「觀測者和被觀測物中的電子相互糾纏」的觀點，當你看到一隻狗的時候，你大腦中的電子和狗身上的電子形成量子糾纏；而朱院士關於「意識導致波函數塌縮從而決定實在」的觀點，你的意識可能不願意這種糾纏發生。那麼，這種糾纏到底會不會產生？

大概在2013年左右，為了解決「黑洞火牆」疑難，兩位著名的理論物理學家Maldacena和Susskind提出一個大膽的猜想：ER=EPR。ER表示愛因斯坦（Einstein）和羅森（Rosen）在一篇合作論文中提出的「蟲洞」，EPR表示Einstein、Podolsky和Rosen在他們合作論文中發現的量子糾纏。這個等式揭示了蟲洞和量子糾纏可能存在某種神秘的聯繫，甚至在某種程度上是等價的：它們或許以不同的方式描述了同一個根本現實。

量子糾纏可能比我們所想像的還要詭異，也許它是打開人類理解時空生成的奧秘的鑰匙，甚至有可能幫助人們理解意識是如何起源的。但是沒有意識，量子糾纏也可能是存在的。

製版編輯：陳婧嫻丨

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