量子在你心

高涌泉

量子理论的某种新观点，可以去除微观世界中种种奇异的吊诡，但所付出的代价是：量子信息只存在于你的想象之中。

量子力学完美地解释了在各种尺度之下物质的行为，在所有物质科学中是最成功的理论，但也是最诡异的理论。

在量子领域里，粒子似乎可以同时出现在两个地方，信息传递速度可以比光速快，而猫可以同时既是死的又是活的！物理学家已经对这些量子世界中吊诡的事情困惑了90年，但他们现在还是一筹莫展。当演化论和宇宙论已经成为一般知识时，量子理论仍然让人认为是奇特的异常事物；尽管在设计电子产品时，它是很棒的操作手册，此外就没什么用处了。由于人们对于量子理论的意义有着深度混淆，便继续加深一种印象：量子理论想急切传达的深奥道理，与日常生活无关，而且因为过于怪异，以至于一点也不重要。

在2001年，有个研究团队开始发展一种模型，或许可以去除量子物理的吊诡之处，至少也会让这些吊诡不那么令人不安。这个模型被称为量子贝氏主义，它重新思考波函数的意义。

在正统量子理论中，一个物体（例如电子）可用波函数来表示，也就是说波函数是一种用来描述物体性质的数学式子。如果你想预测电子的行为，只需推导出它的波函数如何随时间变化，计算的结果可以给你电子具有某种性质（例如电子位于某处）的概率。但是如果物理学家进一步假设波函数是真实的事物，麻烦就来了。

量子贝氏主义结合了量子理论与概率理论，认为波函数不是客观实在的事物；反之，它主张把波函数作为使用手册，是观察者对于周遭（量子）世界做出适当判断的数学工具。明确一点讲，观察者了解一件事：自己的行为与抉择会无可避免地以无法预测的方式影响被观测系统，因此用波函数来指明自己判断量子系统具有某种特定性质的概率大小。另一个观察者也用波函数来描述他所看到的世界，对于同一量子系统而言，可能会得到完全不同的结论。观察者的人数有多少，一个系统（一个事件）可能拥有不同的波函数就有多少。在观察者相互沟通、并且修正了各自的波函数以涵盖新得到的知识之后，一个有条理的世界观就浮现了。

最近才转而接受量子贝氏主义的美国康奈尔大学理论物理学家摩明这么说：“在此观点之下，波函数或许是‘我们所发现最有威力的抽象概念。”

波函数不是真实的事物，这种想法早在20世纪30年代就出现了，那时量子力学创建者之一的尼尔斯·波尔在其文章中已经这么说。他认为量子理论仅仅是计算工具，即量子论只是“纯符号性”的架构而已，而波函数是工具的一部分。量子贝氏主义是第一个为波耳的主张找到数学基础的模型，它把量子理论与贝氏统计结合起来。贝氏统计是一门有200年历史的统计学，这门学问把“概率”定义成某种类似“主观信念”的事物。一旦新信息出现，我们的主观信念也必须跟着更新。针对如何更新，贝氏统计定下了明确的数学规则。量子贝氏主义把波函数解释成一种会依据贝氏统计规则来更新的主观信念，如此一来，量子贝氏主义的鼓吹者相信神秘的量子力学吊诡就消失了。

以电子为例，每当我们侦测到一个电子，就会发现它一定是位于某个位置；但是当我们不去看它，则电子的波函数可能是散开的，代表了电子在某一时刻处于不同地方的可能性；如果我们再去看它，又会看到电子出现在某一个位置。根据标准说法，观测促使波函数在一瞬间“崩陷”而集中于某一个位置之上。

空间各处的崩陷发生于同一时刻，这种情形似乎违背了“局域性原理”（即物体的任何改变一定是由其附近的另一物体所引起的），如此一来就会引发一些如爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”的困惑。

量子力学一诞生，物理学家就知道“波函数的崩陷”是这个理论深深困扰人的一项特点。这个令人不安的谜促使物理学家发展出各种量子力学的诠释，但是都没能完全成功。

然而量子贝氏主义说量子力学根本没有任何诡异之处。波函数崩陷只是表示观察者依据新信息，忽然且不连续地更新了他原先分配的概率，就好像医生依据新的计算机断层扫描结果，而修正了对癌症病人病况的判断。量子系统并没有经历什么奇怪、不可解释的变化，改变的是（观察者选用的）波函数，波函数呈现的是观察者个人的期待。

我们可以把这种想法应用于著名的量子吊诡——薛定谔的猫。量子物理学家薛定谔想象一个封闭的盒子里头有一只活猫、一瓶毒药及一颗放射性原子。根据量子力学，原子有50%的概率会在1小时之内衰变。如果原子衰变，一根锤子会打破装有毒药的瓶子，释放出毒药杀死猫；如果原子不衰变，猫就会活着。

好！现在启动实验，但是不要往盒子里看……