7、经典世界与量子世界（1/1）

科学的逻辑7、经典世界与量子世界：准备有声小说在线收听

在大多数现代人的印象中，世界的真实性是一条无需证明的真理，因为这是人们显而易见的对世界的印象。我们周围有与自己非常相似的他人，我们的太阳只是银河系中一颗很普通的恒星，甚至我们的银河系也在宇宙总星系中毫无特殊之处。

从哥白尼开始，我们就已经了解到，我们不是宇宙的中心，甚至不是太阳系的中心，因此，我们很自然的认为，每个人的存在，至少对宇宙来说是无关紧要的，在每一个人周围存在着一个巨大的外部世界，我们是尘埃一样微不足道的存在，我们对世界的干扰同样也是微不足道的，甚至可能是无限小的。这样的观念符合几乎每一个现代人的经验，因此，我们毫不怀疑，世界是真实的，这一观点甚至可以上升为一条公理，也就是宇宙学原理。通俗来讲，宇宙学原理说的是在宇宙中没有任何一个点比其他点特殊。将宇宙学原理与广义相对论结合就可以得到大爆炸解，它做出的多项预言与现代天文学观测精确相符，这显然更加深了我们对世界真实性的信心。

然而，在另一个极端尺度上的理论中，我们对世界真实性的信心似乎受到了挑战，它来自用来讨论微观粒子运动的量子力学的领域。在量子领域中，存在许许多多奇特的，至少在观念上不可思议的现象，世界是否是真实的也是其难解的谜题之一。

量子的出现挑战着我们的传统思维，在量子领域中，最神秘的，与我们传统观念冲突最激烈的莫过于四个概念：叠加、测量、隧穿、纠缠，而这四个概念都可以从一个词中引申出来：几率幅。依据量子论的逻辑，世界表现出什么样的性质取决于我们如何去观测它，也就是说，当我们用不同的实验装置去观测同一个过程，会得到不同的结论。最经典的例子就是电子在不同实验装置中的行为。当我们用威尔逊云室去观测它，发现的是一个粒子运动留下的径迹，而如果用双缝来观测，则会在屏幕上留下波的干涉条纹。这样的实验似乎在告诉我们，至少在微观领域，世界的真实性是不确定的，我们无法斩钉截铁的说，世界就是这个样子而不是那个样子。我们甚至不能去问，世界到底是什么样子，因为不同的实验方式得到的是不同的结果。喜欢看推理小说的人一般会信奉一句话：“真相只有一个”，然而在量子世界里，真相似乎不止一个，我们不知道电子究竟是一个粒子还是一个波。我们甚至可以用这样的逻辑说，如果真相不止一个，那就无所谓真相，或者说不存在真相了。

在量子论之前的一切我们用来描述世界的理论中，理解外部世界的基本概念，如尺子的长度或钟表的快慢似乎是一个相对的概念，国际单位制中的长度单位“米”和时间单位“秒”带着浓厚的人为规定色彩。我们甚至可以想象，如果我们可以变大或缩小，我们的视角可以停留在不同的空间或时间尺度上，观察在某一特定尺度上的现象，似乎应该预见到，在不同的时间和空间尺度上，物理规律是一样的。可是量子论的出现终结了我们这种尺度相对性的观念。我们可以通俗的说，当量子现象不明显时，对应的是宏观世界，而量子现象明显表现出来的尺度就是微观世界，量子世界中的普朗克常数将我们观念中的相对概念变的绝对化了。

这样，在我们的头脑中就会同时存在两个尺度上的两种印象：描述宏观的经典的物理理论如牛顿理论、麦克斯韦理论和相对论告诉我们，世界是真实的，连续的，确定的，而在描述微观的量子领域，世界是模糊的，跳跃的，随机的。

我们可以这样说，宏观事物是由微观粒子组成的，因此可以认为，宏观规律仅仅是微观现象在粒子数非常多时的一种极限情况，甚至可以说，宏观现象是微观的统计平均。这样一来，世界的真实性就蒙上了一层阴影。因为从统计的角度来说，不同的微观状态可能会得到相同的宏观现象。就像一杯处在平衡状态的水，一般来说，描述它的宏观量是温度、压力和体积，但是许多不同的微观状态可以得到相同的宏观状态。这样，描述一个宏观的热力学平衡态就需要第四个宏观量：熵。它描述的是具有相同温度、压力、体积的一杯水可以有多少组不同的微观状态。然而我们并不能完全确信，系统的某个微观状态是否是真实的，因为它表现出什么样的性质取决于我们的测量方式。

在哥本哈根的解释中，观察者具有某种特殊的地位。因为根据冯诺依曼的推断，如果用一个仪器测量某个微观系统，体系的不确定性会转移到测量仪器上，如果把仪器包括进来，整个系统的波函数并没有坍缩。然而如果最后一个测量仪器是一个有生命的观察者，他却不会处于不确定的状态，似乎观察者与某个没有生命的测量仪器存在某种本质的区别。观察者的这种特殊地位让我们回想起了古老的地心说。从量子论的统计诠释以及观察者的特殊地位之中，我们的嗅觉似乎嗅到了一丝熟悉的味道，也让我们的观念似乎倾向于支持爱因斯坦的观点，也就是说，量子论应该是不够完备的，一定是因为漏掉了什么关键的东西，才让我们来到这样一个进退两难的地方。

克劳瑟与阿斯派克特关于贝尔定理的一系列实验，又将我们的观念逼到一个更加狭小的空间里。他们的实验证明了，定域隐变量理论是不存在的，要么放弃世界的实在性，要么放弃定域性。如果放弃实在性，我们又回到了玻尔的框架里，不得不认为，世界并不是真实的，这与我们每个人的传统观念存在着激烈的冲突，如果不惜一切保留实在性，放弃定域性，又没有任何一个现代实验能让我们可以超过光速的传递信息，我们对定域性的放弃同样缺乏证据和底气。

当我们在量子的世界里走了一圈后发现，量子论带给我们的只有思考，而没有结论。或许某一天，在世界的某个地方，会出现一个新的贝尔，发现一个能够用来甄别定域非实在论与非定域实在论的实验原理，从而将我们从思辨的泥沼中拯救出来，重新踏上坚实的土地。而在此之前，我们对量子论描绘的图景，似乎只能是尝试去适应了。