量子世界里没有真实的存在

时间:2023-11-21 13:59:04

安东·蔡林格(Anton Zeilinger):物理学家,奥地利科学院院长,曾在维也纳大学和量子光学与量子信息研究所任职,著有《光子之舞》(Dance of the Photons)。

量子世界里没有真实的存在

我们应该放弃“量子世界里没有真实的存在”这个念头。这个想法的出现,背后可能有两个原因:

◎我们不是总能用精确值来描述某个物理性质;

◎宽光谱范围内,在量子力学的某些解释结果中,量子状态并不反映外部现实,而是反映观察者头脑中的认知。

因此,意识起着至关重要的作用。

让我们回顾一下著名的双缝干涉实验。在这些实验或其等效实验中,不仅是以单个光子作为实验对象(或者任何其他类型的粒子,如中子、质子或电子),也采用了一束非常大的粒子,如球形C60或C70碳分子,也称为巴克球。在适当的实验条件下,你会在两个狭缝后面的屏幕上观察到巴克球的分布——最大分布和最小分布,其干涉图样是由波穿过两个狭缝的概率决定的。但是根据爱因斯坦与玻尔那场著名的辩论,我们可能会问:“一个特定的巴克球分子到底通过哪个狭缝?”看起来每个分子都必须在两个狭缝之间二选一,这难道不是个很自然的问题吗?

量子物理学告诉我们,这个问题是没有意义的。我们不能为粒子分配一个确定的位置,除非我们在实验中能找出它们的确切位置。在此之前,巴克球的位置,乃至它到底通过哪个狭缝,是一个缺乏意义的概念。

假设我们现在测量,然后得到了一个特定的粒子在巴克球粒子束中的位置。我们这样描述这个粒子的位置:它不是靠近这个狭缝,就是靠近那一个狭缝。在这种情况下,位置是真实的一个因素,所以我们可以说量子物理学描述了这样一种真实的现象。有趣的是,如果我们获得了粒子某方面的精确信息(如粒子的位置),那么另一方面的信息(如干涉图样)就不再确定和完备了。

那么意识又与此何干呢?量子力学告诉我们,在任何观察之前,粒子处于通过两个狭缝的叠加状态。如果我们现在准备两个探测器,在每个狭缝后放一个,两个探测器就会自动记录粒子的表现。但量子力学又告诉我们,测量仪器与粒子的位置相互纠缠,粒子本身缺乏确定的经典特征,至少原则上是这样。这种纠缠会一直持续到一个观察者记录下结果。所以,如果我们接受这样的推理过程,真实只有在观察者的意识参与以后才会发生。

不过,我们不必走那么远。如果我们认为量子力学描述的仅仅是测量结果的概率,这样的假设就已经足够了。启动一次观察,潜在的可能性就变成真实的存在。在我们的例子中,巴克球的位置就变成了一个定量的结果,人们也可以明确地谈论这个问题。但是,巴克球是否一直存在,和它是否存在一个确定的位置无关。在双缝干涉实验中,真实的情况就是如此。