前兩天讀了美國科幻作家特德·科斯瑪特卡的《觀察者》（科幻世界譯文版同仆，2011.03）丢间，基于量子論的“觀察者”效應(yīng)而擴(kuò)展出一個(gè)宏大的主題惫叛，非常精彩当凡。這兩天重讀曹天元《上帝擲骰子嗎：量子物理史話》挤茄，把有關(guān)“觀測(cè)者效應(yīng)”及其背后的量子論觀點(diǎn)摘錄于此如叼。

量子論革命的破壞力是相當(dāng)驚人的。在概率解釋穷劈，不確定性原理和互補(bǔ)原理這三大核心原理中笼恰，前兩者摧毀了經(jīng)典世界的因果性；互補(bǔ)原理和不確定原理又合力搗毀了世界的客觀性和實(shí)在性歇终。新的量子圖景展現(xiàn)出一個(gè)前所未有的世界社证，它是如此奇特，難以想象评凝，和人們的日常生活格格不入追葡，甚至違背我們的理性本身。但是奕短，它卻能夠解釋量子世界一切不可思議的現(xiàn)象宜肉。這種主流解釋被稱為量子論的“哥本哈根”解釋。這個(gè)解釋一直被當(dāng)作是量子論的正統(tǒng)翎碑，被寫進(jìn)各種教科書中谬返。

首先，不確定性原理限制了我們對(duì)微觀事物認(rèn)識(shí)的極限日杈，而這個(gè)極限也就是具有物理意義的一切遣铝。其次，因?yàn)榇嬖谥^測(cè)者對(duì)于被觀測(cè)物的不可避免的擾動(dòng)达椰，現(xiàn)在主體和客體世界必須被理解成一個(gè)不可分割的整體翰蠢。沒有一個(gè)孤立地存在于客觀世界的“事物”（being），事實(shí)上一個(gè)純粹的客觀世界是沒有的啰劲，任何事物都只有結(jié)合一個(gè)特定的觀測(cè)手段梁沧，才談得上具體意義。對(duì)象所表現(xiàn)出的形態(tài)蝇裤，很大程度上取決于我們的觀察方法廷支。對(duì)同一個(gè)對(duì)象來說，這些表現(xiàn)形態(tài)可能是互相排斥的栓辜，但必須被同時(shí)用于這個(gè)對(duì)象的描述中恋拍，也就是互補(bǔ)原理。最后藕甩，因?yàn)槲覀兊挠^測(cè)給事物帶來各種原則上不可預(yù)測(cè)的擾動(dòng)施敢，量子世界的本質(zhì)是“隨機(jī)性”。傳統(tǒng)觀念中的嚴(yán)格因果關(guān)系在量子世界是不存在的，必須以一種統(tǒng)計(jì)性的解釋來取而代之僵娃，波函數(shù)ψ就是一種統(tǒng)計(jì)概作，它的平方代表了粒子在某處出現(xiàn)的概率。

“雙縫實(shí)驗(yàn)”：電子的波函數(shù)坍縮與“觀測(cè)者”效應(yīng)：

在我們觀測(cè)電子以前默怨，它實(shí)際上處在一種疊加態(tài)讯榕，所有關(guān)于位置的可能性疊合在一起，彌漫到整個(gè)空間中去匙睹。但是愚屁，當(dāng)我們真的去“看”它的時(shí)候，電子便無法保持它這樣優(yōu)雅而面面俱到的行為方式了痕檬，它被迫作出選擇霎槐，在無數(shù)種可能性中挑選一種，以一個(gè)確定的位置出現(xiàn)在我們面前谆棺。

波函數(shù)這種奇跡般的變化栽燕，在哥本哈根派的口中被稱之為“坍縮”（collapse），每當(dāng)我們?cè)噲D測(cè)量電子的位置改淑，它那原本按照薛定諤方程演變的波函數(shù)ψ便立刻按照那個(gè)時(shí)候的概率分布坍縮（我們記得ψ的平方就是概率）碍岔，所有的可能全都在瞬間集中到某一點(diǎn)上。而一個(gè)實(shí)實(shí)在在的電子便大搖大擺地出現(xiàn)在那里朵夏，供我們觀賞蔼啦。

在電子通過雙縫前，假如我們不去測(cè)量它的位置仰猖，那么它的波函數(shù)就按照方程發(fā)散開去捏肢，同時(shí)通過兩個(gè)縫而自我互相干涉。但要是我們?cè)噲D在兩條縫上裝個(gè)儀器以探測(cè)它究竟通過了哪條縫饥侵，在那一剎那鸵赫，電子的波函數(shù)便坍縮了，電子隨機(jī)地選擇了一個(gè)縫通過躏升。而坍縮過的波函數(shù)自然就無法再進(jìn)行干涉辩棒，于是乎，干涉條紋一去不復(fù)返膨疏。

奇怪一睁，非常奇怪。為什么我們一觀測(cè)佃却，電子的波函數(shù)就開始坍縮了呢者吁？

事實(shí)似乎是這樣的，當(dāng)我們閉上眼睛不去看這個(gè)電子饲帅，它就不是一個(gè)實(shí)實(shí)在在的電子复凳。它像一個(gè)幽靈一般按照波函數(shù)向四周散發(fā)開去瘤泪，虛無飄渺，沒有實(shí)體染坯，而以概率波的形態(tài)漂浮在空間中均芽。隨著時(shí)間的演化，這種概率波嚴(yán)格地按照薛定諤波動(dòng)方程的指使单鹿，聽話而確定地按照經(jīng)典方式發(fā)展。這個(gè)時(shí)候深纲，與其說它是一個(gè)電子仲锄，不如說它是一個(gè)鬼魂，一團(tuán)混沌湃鹊，一幅浸潤開來的水彩畫儒喊，一朵概率云，愛麗絲夢(mèng)境中那難以捉摸的柴郡貓的笑容币呵。不管你怎么形容都好怀愧，反正它不是一個(gè)實(shí)體，它以概率的方式擴(kuò)散開來余赢，這種概率似波動(dòng)一般起伏芯义，可以干涉和疊加，為ψ所精確描述妻柒。

但是扛拨，當(dāng)你一睜開眼睛，奇妙的事情發(fā)生了举塔！所有的幻影绑警，所有的幽靈都消失了。電子那散發(fā)開去的波函數(shù)在瞬間坍縮央渣，它重新變成了一個(gè)實(shí)實(shí)在在的粒子计盒，隨機(jī)地出現(xiàn)在某處。除了這個(gè)地方之外芽丹，一切的概率波北启，一切的可能性都消失了≈狙埽化為一縷清風(fēng)的妖怪重新凝聚成為一個(gè)白骨精暖庄，被牢牢地摁死在一個(gè)地方。電子回到了現(xiàn)實(shí)世界里來楼肪，又成了大家所熟悉的經(jīng)典粒子培廓。

……

這種哥本哈根解釋聽起來未免也太奇怪了，我們觀測(cè)一下春叫，電子才變成實(shí)在肩钠，不然就是個(gè)幽靈泣港。許多人一定覺得不可思議：當(dāng)我們背過身，或者閉著眼的時(shí)候价匠，電子一定在某個(gè)地方当纱，只不過我們不知道而已。但正如我們指出的踩窖，假使電子真的“在”某個(gè)地方坡氯，它便只能通過一道狹縫，這就難以解釋干涉條紋洋腮。而且我們以后也會(huì)看到箫柳，實(shí)驗(yàn)完全排除了這種可能。也許我們說“幽靈”太聳人聽聞啥供，嚴(yán)格地說悯恍，電子在沒有觀測(cè)的時(shí)候什么也不是，談?wù)撍菬o意義的伙狐，只有數(shù)學(xué)可以描述——波函數(shù)涮毫！按照哥本哈根解釋，不觀測(cè)的時(shí)候贷屎，根本沒有個(gè)實(shí)在罢防！自然也就沒有實(shí)在的電子。事實(shí)上豫尽，不存在“電子”這個(gè)東西篙梢，只存在“我們與電子之間的觀測(cè)關(guān)系。