量子力学的诡异现象

量子力学也是自然科学史上被实验证明最精确的一个理论，但是量子的观念，没有人能够理解。我说的没有人能够理解，绝不是指像我们这个层次的人，而是说连量子力学的创始人都不能理解。

那么量子力学最不好懂的是些什么问题呢？我先把量子力学中人们最不好懂的东西介绍给大家，而最不好懂的东西最后恰好是证明了：意识不能被排除在客观世界之外。一定要把意识加进去你才能够认识搞懂它。

量子力学的第一个诡异现象叫做态叠加原理和坍缩。

为了解释量子力学观念，我先说说普通人的日常经验。

一般人认为客观物体一定要有一个确定的空间位置，这种存在，是不以人的意志为转移的、是客观的。比如说，我的女儿现在在客厅里面，或者说我的女儿现在不在客厅里面，两者必居其一。

量子力学的第一个诡异现象叫做态叠加原理和坍缩。

【女儿可以既在又不在客厅里吗？】

但在量子力学里就不一样了。量子力学就像说你的女儿既在客厅又不在客厅，你要去看这个女儿在不在，你就实施了观察的动作。你一观察，这个女儿的存在状态就坍缩了，她就从原来的，在客厅又不在客厅的叠加状态，一下子变成在客厅或者不在客厅的唯一的状态了。

所以量子力学怪就怪在这儿：你不观察它，它就处于叠加态，也就是一个电子既在A点又不在A点。你一观察，它这种叠加状态就崩溃了，它就真的只在A点或者真的只在B点了，只出现一个。

那有人就会说了：这是诡辩，你怎么知道电子不观察它的时候，它既在A点又不在A点呢？

好，这就是量子力学发展过程中，很多实验确证的事情，其中一个最著名最重要的实验，就是干涉实验证实。

【电子同时在两处】

电子在没有观测的时候，没有确定的状态。所以这件事是量子力学最诡异的事情。懂了这个，就懂了量子力学最诡异的东西，而且随后我们就能来证明：量子力学离不开意识，意识是量子力学的基础。

单体的叠加态：薛定谔的猫

刚才说的是量子力学第一个诡异之点，现在我们来看看这个诡异之点往下推论，能够推出什么结果。最后结果会使大家认识到，意识是量子力学的基础，物质世界和意识不可分开。

这个实验是量子力学的创始人薛定谔提出的，被称为“薛定谔的猫”。

【既死又活的叠加态猫】

现在我来说薛定谔的实验是什么：把一只猫放进一个封闭的盒子里，然后把这个盒子接到一个装置上，这个装置包含一个原子核和一个毒气设施。原子核有百分之五十的可能性发生衰变，衰变的时候就会发射出一个粒子来，这个粒子一发出来就会触发毒气设施，毒气一触发就会杀死这只猫，就是说猫也处于这种既死又活的迭加状态。这是他想象中的一个实验。

这个问题一提出来，物理学家一个个都惊呆了，原来以为只有微观世界才有这种态叠加，就是状态不确定，既处于这个状态，又不处于这个状态。现在宏观世界也一样了，猫不就是这样吗？有一只既死又活的猫。

这与我们的经验严重违背。这个实验实际上就是“女儿在客厅里，女儿不在客厅里”变了个样子说出来。这个猫是死了还是活着？既死又活是同时存在的，量子力学认为两者同时存在。

那么怎么可能既死又活同时存在呢？人不能想象这种状态，于是大家就把这个实验进一步讨论下去。

【从不确定到确定可避免意识参与吗？】

1963年获得诺贝尔物理学奖的维格纳想了一个新的办法，他说：我让个朋友戴着防毒面具也和猫一起呆在那个盒子里面去，我躲在门外，对我来说，这猫是死是活我不知道，猫是既死又活。事后我问在毒气室里戴防毒面具的朋友，猫是死是活？朋友肯定会回答，猫要么是死要么是活，不会说是半死不活的。

他这个说法一出来大家就发现，问题在哪儿呢？一个人和猫一起呆在盒子里，人有意识，意识一旦包含到量子力学的系统中去，它的波函数就坍缩了，猫就变成要么是死，要么是活了。也就是说猫是死是活，只要一有人的意识参与，就变成要么是死，要么是活了，就不再是模糊状态了。

维格纳总结道，当朋友的意识被包含在整个系统中的时候，叠加态就不适用了。即使他本人在门外，箱子里的波函数还是因为朋友的观测而不断地被触动，因此只有活猫或者死猫两个纯态的可能。

维格纳认为，意识可以作用于外部世界，使波函数坍缩是不足为奇的。确实只能这样认为。因为外部世界的变化可以引起我们意识的改变。

大家想过没有，牛顿第三定律说作用力与反作用力是相等的。我们的意识能够受外部世界的影响而改变，大家都觉得没有问题，对吧？人的意识就是受外界客观世界的影响改变了，随时都在变化。那为什么客观世界就能改变意识，意识就不能改变客观世界呢？

他就说意识是能够改变客观世界的，意识改变客观世界就是通过波函数坍缩，就是使不确定状态变成确定的状态，这样来影响的。所以波函数，也就是量子力学的状态，从不确定到确定必须要有意识的参与，这就是争论到最后大家的结论。

大一的时候，学校有一个「新生研讨课」。当时潘建伟老师就在台上，给我们介绍量子力学。其中有一个非常有意思的比喻：当人在滑雪的时候，总是会留下两条轨迹，即左脚和右脚，然而轨迹总是在一起的。如果路中间有一棵树，那么，在宏观世界里，这两条轨迹要么从右边过去，要么从左边过去。但如果在量子力学之中，问题就不一样了，这时，一个轨迹走左边，一个轨迹走右边，而这个滑雪者却不会受伤！

这个比喻里，包含了好几层意味。首先，是使用波函数描述物质的运动。而不是使用一个坐标来描述物质，这使得物质本身可以包含更多的信息，比如频率、相位等。同时，「存在于某一点」这个描述，只在观测之后有意义，而在观测之前，其位置是弥散的。

另一层，可以用双缝干涉的实验来说明。传统的双缝实验，都是使用高亮度光源，瞬间能发射极为大量的光子，并认为光子之间会发生干涉，最后在屏幕上形成干涉图样。然而，有实验使用单电子，穿过双缝，居然也能形成图样：

这样，互相干涉的说法就无法成立了。就得承认「自身干涉」的存在，也就是说，电子在缝前似乎有了分身，之后两个「分身」之间再相互干涉，到了观测器之前的地方，又立刻在某个地方变成一个电子。这是非常难以理解的事情。

另一个有意思的事情，是关于量子力学的路径积分解释，即费曼提出的路径积分。在这个观点下，粒子可以走任意可能的路径，最后的效果与薛定谔方程所预言的一样。在这个视角下，粒子在穿过双缝之后，还可以穿出来，再钻进去，会时候产生的图样有微小的差别。这个差别也已经被理论论证了。