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量子力学里的“波函数坍塌”是由于人的意识导致的吗?
发表于:2020-06-24 02:59 分享至:

有一帮人老喜欢将量子力学神秘化,这不又有人提出一个这样的问题:量子物理中,“意识”导致波函数坍缩,这里“意识”到底指什么?

这是一个神神叨叨的话题,说这种话的人连量子物理一根毛都不知道,却硬要不懂装懂大言不惭凭空臆断,把自己那一套神鬼玄说往里套,因此纯属扯淡。

“意识”导致波函数坍塌这是谁说的?量子力学大师们波尔、狄拉克、海森堡、泡利说过吗?没有。曾经与上述几位大师为代表的哥本哈根派对着干的爱因斯坦、薛定谔说过吗?也没有。那么是谁说过呢?原来是想借量子力学招魂纳幡死灰复燃的神鬼玄说,是某些宣扬“科学的尽头是神学”的一帮子人咋呼的。

他们利用的是量子力学中一些奇异特性,如不确定性原理(测不准原理)、波函数坍塌、量子纠缠等与宏观事物逻辑相悖的特点,把量子力学神秘化,往神学上引。

关于量子力学的这些特性,在上世纪就已经有过一场大的争论,这就是哥本哈根派与爱因斯坦为首的经典科学派之争。爱因斯坦的观点就是,他承认量子力学有其独特的规律,但这个规律是可以认识的。所谓量子纠缠的鬼魅般超距作用和不确定性原理测不准定律、波函数坍塌等理论,实际上是量子理论的不完备性体现,是量子的一些现象里面还有一些隐变量没有被人们发现,通俗点说就是还有一些深层次的规律没被认识。随着科学进展,这些规律总会被认识的,这样量子力学中的这些看起来无法捉摸的事情就会变得可以预测和了解。

爱因斯坦有一句名言,译意是“上帝不会掷骰子”。这里的上帝意指大自然规律,他认为自然规律不是抓阄,而是有迹可寻的。爱因斯坦的铁杆粉丝薛定谔坚定地支持他这个观点,提出了一个“薛定谔的猫”来讽刺测不准定律。这个争论持续到爱因斯坦和薛定谔逝世,也没有结论。

波函数坍塌实际上也是不确定性原理的一个延伸,是微观领域一种特别的现象。微观领域物质都有波粒二象性,表现粒子在空间分布位置和动量是以一定概率存在的,如量子力学的原子模型,电子就是以“电子云”的方式布满原子核的周围,这就是所谓的“波函数”。

当人们用物理方法对电子进行测量时,物质就会随机选择一个单一结果表现出来。我们用摇骰子打比,没被观测时,就像骰子在摇动的旋转中,谁也不知道是什么状态,这是呈现的是波函数状态,观测时骰子就定下了,显示出某个点子,所以就是“波函数坍塌”。

“薛定谔的猫”思维实验就是这样一个设定,他假定有一只箱子,里面有一只猫和一瓶放射性物质,这只猫的死活完全取决于这瓶放射性物质是否发生衰变,如果发生衰变,这只猫必死无疑;如果不发生衰变,这只猫就活着。

量子力学的观点是当这个箱子没有打开前,这只猫处于波函数状态,谁也不知道这只猫是死是活,只有在打开箱子的那一刹那,波函数就坍塌了,猫就以明显是死或是活的状态出现。

薛定谔认为,人们打开不打开箱子,这只猫的死活已经决定了,只是没打开前不知道而已。结论是:这只猫的死活状态并不是打开箱子那一刹那决定的。

这是一个生活常识,是一般吃瓜群众都知道的常识。如果投票,薛定谔的观点一定会得到90%以上的支持率。但可惜的是,爱因斯坦和薛定谔都是用宏观的一些常识和逻辑在套用量子领域的现象,后来证明他们是错的。

事实上,当时哥本哈根派用“以子之矛攻子之盾”的方法,用薛定谔波动方程的“几率”分布解释“薛定谔的猫”。哥本哈根派认为,不进行观测,在默认的粒子本征态下薛定谔方程可以阐述粒子波动规律。但是在观测下,波函数崩溃,粒子特性无法被认知。

德布罗意和薛定谔共同创建了波动力学以及薛定谔方程,是描述量子力学的一根支柱,为量子力学理论的创建起到了至关重要的作用。

这是美国物理学家约翰·斯图尔特·贝尔提出的一个数学不等式,该定理是一个有关是否存在完备局域隐变量的验证理论。实验表明了贝尔不等式不成立,说明不存在局域隐变量理论可以复制量子力学的每一个预测,也就是意味着爱因斯坦主张的局域实体论预测不符合量子力学理论。

这样看来,爱因斯坦的确错了,他们的错误根源是用宏观的理论去套量子力学理论,而我们世界确实存在着量子领域与宏观领域逻辑不同的特性。贝尔不等式结论得到科学界广泛认同,从此,哥本哈根派胜出,波尔、海森堡、狄拉克、泡利等几位大师级科学家成为量子力学正统理论的象征。

现在的量子理论认为,不确定性原理主要是基于量子观测过程受到的干扰。我们知道,在我们这个世界,尤其是人类世界,所有的观测活动都需要光,不管多大的物体还是多小的物体,没有光我们都看不见。

光是电磁波,包含无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等波谱,这些电磁波谱各波段除了可见光,都属于不可见光范畴。

不确定性原理是描述量子世界粒子运动规律的,这个理论认为人们不可能同时知道一个粒子的位置和速度。这是因为粒子位置的不确定性,必然会大于普朗克常数,遵循不等式:

在对微观世界观测时,人们不可能将粒子位置确定在比光的两个波峰距离之间更小程度,这样要精确的测出粒子位置,采用的光波越短越好。而波长越短的光能量就越强,如X射线、γ射线等,这些光照射到粒子上面,粒子获得的动量就越大,导致测量的不确定性就越大。

而既然量子世界存在不确定测不准的特性,量子纠缠和波函数坍塌等一系列理论,就必然从中引申出来。因此可以认为,不确定性原理(测不准定律)是量子力学种种诡异现象的根源,波函数坍塌、量子纠缠的一些特性,都是源于这个前提的。