意识改变状态 <p class="ql-block"> 先回顾一下哥本哈根对于测量问题的解释：每当我们观测时，系统的波函数就坍缩了按概率跳出来一个实际的结果，如果不观测，那它就严格按照方程发展。</p><p class="ql-block"> 关于这两个过程是如何转换的，冯·诺依曼指出，用仪器观测时，仪器本身也卷入这种模糊叠加态中，因为仪器本身也有波函数。被观测的电子叠加态转移到了仪器上，直到人类意识参与其中，波函数才坍缩，电子随机选择的结果被“意识到了”，才真正变为现实。</p><p class="ql-block"> 用它来解释一下薛定谔的猫就是这样的：猫相当于观测中的仪器，无法意识到自己是活着还是死了，所以陷入一种死/活的叠加态中。一旦我们人类去观察这只猫，有了人类意识的参与，猫的叠加态才从混沌中变得清晰，要么死，要么活。</p><p class="ql-block"> 我们先不管这个解释多么疯狂，看看其他几种解释再说。</p> 猫永远不会死 <p class="ql-block"> 为了将“观测者”这样一个难题排除出去，休·艾弗莱特提出了他的多世界理论（MWI）。他的看法是：波函数从未坍缩，只是世界和观测都本身进入了叠加态。电子通过双缝时，宇宙分裂为两个互不相干的独立宇宙，一个宇宙里电子通过左缝，另一个宇宙里电子通过右缝。宇宙从诞生以来，已经进行过无数次的分裂，数量几何级增长，而我们只处于其中一个宇宙。历史和将来一切可能发生的事情，都已经实际上发生了，或将要发生，只不过，另外的宇宙与我们的宇宙互相平行，对我们都没有意义。（<span style="font-size: 18px;">所以多宇宙也被称为平行宇宙</span>）</p><p class="ql-block"> 按照这个理论，我们再来看看薛定谔的猫吧。</p><p class="ql-block"> 再我们每次观测猫时，都产生了两个一模一样的宇宙，一个宇宙里猫死了，另一个宇宙里猫活着，我们看到哪种结局，取决于我们处在哪个宇宙。我们也不必担心猫是死是活了，反正肯定有一个宇宙里它一定活着！</p><p class="ql-block"> 关于MWI中关于“分裂”的说法，近来的一些科学家试图引入相空间的概念来解释。一个宏观物体，可以用6n（n代表粒子数）维空间来描述，宇宙只有一个波函数，就是这无限维度的叠加。这是一个高维的希尔伯特空间，而这个高维的空间由许许多多的低维世界构成，每个世界都只能感受到真实的失量在其中的投影。</p><p class="ql-block"> 所以，好吧，真实的薛定谔的猫其实是又死又活的，我们看到的死猫或者活猫，都不过是它在我们这个世界的投影！</p> 猫无处不在 <p class="ql-block"> 玻姆将德布罗意的导波换成量子式概念，提出了他的隐变量理论。在这个理论里，我们必须将电子看成一个以自己为中心向外散发一种势场的经典粒子。势场弥漫在整个宇宙中，使它每时每刻都对周围的环境了如指掌。如果你试图测量它的位置，仪器将首先与它的量子势发生作用，使电子本身发生微妙的变化，这种变化是不可测的，因为主宰它们的是一些隐变量。而这个量子势的作用是超光速的。</p><p class="ql-block"> 关于这个理必引出的波尔不等式与猫无关，这里就忽略掉，单看这个理论怎么看待薛定谔的猫吧。猫的状态是我们可以观测到的，但什么导致了猫的这个状态是不可观测的，而这个不可观测的原因就成为一个隐变量。</p><p class="ql-block"> 感觉说了等于没说呀！也许是我对隐变量理论理解得不够透彻吧。</p><p class="ql-block"> 但确切知道的是，猫的势场弥漫在整个世界，无论我们在做什么，它都能准确无误地“感受到”并做出瞬时反应。</p> 单只猫的死活没有意义 <p class="ql-block"> 系综主义者认为，我们的世界本质上是统计性质的，没事一个物理理论能够描述单个事件。只有系综，才有物理意义。只百先定义整个系宗，才能回答单个物体的属性。单个电子没有轨迹，只有大量电子通过双缝才台形成干涉条纹。</p><p class="ql-block"> 所以，我们不能问薛定谔的猫是死的还是活的，因为没有意义。只能问，在一堆死猫组成的系综里，它是死是活。废话，当然是死的啊！</p><p class="ql-block"> 这种正确的废话让我们很烦，忍不信想反驳：有死的系宗，有活的系宗，为什么不可以有又死又活的系宗和不死不活的系宗呢？理论上完全可以这么定义系宗，那又该如何回答呢？</p> 死/活叠加态的猫存在着 <p class="ql-block"> 自发定域理论（GRW）认为，任何系统，不管微观还是宏观，都不可能在严格意义上孤立，它们总是和环境发生着种种交流，为一些随机的过程所影响，这些随机的物理过程，会随机地造成某些微观系统从一个弥漫的叠加态变为在空间中比较精确的定域。微观系统基本处于叠加态，但定域过程偶有发生，单个粒子也许要等待漫长时间才能迎来一次自发定域，而宏观系统会在极短的时间就完成一次自发定域。</p><p class="ql-block"> 光解释这个理论就已经很累了，关键还不知所云。算了，还是看我们能看懂的猫在这个理论里的表现吧。</p><p class="ql-block"> 当决定猫生死那一刻来临时，它的确经历了死/活的叠加，只不过这种叠加态维持的时间太短暂而让人没法感觉到，只能看到它自发地精确化之后非死即活的状态。而且，我们看到的也不过是猫大多数粒子聚集的状态，还有少数粒子仍留在无穷的空间中。</p><p class="ql-block"> 又一个让人瞠目结舌的理论，不过，有哪个解释又不是呢？我已经习惯了。</p> 猫的死活关乎像素 <p class="ql-block"> 艾弗莱特的多世纪理论认为，确定的历史只有一个，而世界有多个。但有一个理论却刚好相反，认为世界只有一个，而历史是多个。这就是著名的退相干历史（DH）解释。这个理论假设我们把宇宙的历史测量得足够精细，那么实际上每时每刻都有许多精细历史同时发生（相干），也就是我们说的量子纠缠，用密席矩阵计算概率时，无法简单相加，而计算两个粗略历史的密度矩阵时，他们之间的干涉神奇地抵消了，变成了可以简单相加的经典概率。历史越粗略，抵消越干净。还拿衍射实验来说，电子通过左缝和通过右缝是两种精细历史，我们观测到电子在左还是在右是粗略历史。现实中我们不可能分辨出每一种精细历史，而只台简单地将这些历史进行归并分类，我们实际观测到的只能是各种粗略历史，而由于退相干，这些历史之间失去了联系，只有一种能被我们感觉到。而在量子世界中，最精细的历史就一个量子比特。</p><p class="ql-block"> 我们凡夫俗子看一个系统的信息，就像看一张像素不高的照片，只能看出大致的轮廓，而细节是观察不到的。</p><p class="ql-block"> 说了这么多，感觉还是说不清，还是看看猫吧。</p><p class="ql-block"> 描述一只猫要用到10^27个粒子，我们无法区分这么多粒子的每一种细微的不同状态，只好简单地将其分为死和活两种状态。，而我们只能感觉到其中一种，如果有超能力，即通过低像素照片却能看到每一个粒子的不同状态，那就可以分辨猫或死或活下的每一种精细历史。而这两个状态仍然是纠缠的。</p><p class="ql-block"> 所以说，我们能看到的猫究竟是什么，在于历史的细分程度，即“像素的高低”。微观世界（<span style="font-size: 18px;">“高像素”</span>）看到的是一种死活叠加的状态，而宏观世界（“低像素”）看到的是非死即活的状态。</p> <p class="ql-block"> 到这里，连物理学家们都没探究明白的一种理论，还是留给物理学家们继续探索吧，我这种真正的凡夫俗子，能理解这些理论，就相当困难了，不知道以后，量子论还能再出些什么样的奇谈怪论。不过到那时，再拍《星际穿越》这样的科幻电影，应该更“合理”些了吧！</p>