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当闭上眼,世界还存在吗?量子力学百年终极答案:全靠你「脑补」

当闭上眼,世界还存在吗?量子力学百年终极答案:全靠你「脑补」 新智元
2025-12-18
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【新智元导读】

量子力学曾经最广为流传的哥本哈根解释说不必考虑什么观察者,只要公式对就行。而新提出的关系量子力学与主观贝叶斯则要让人回归。

从黑尔戈兰岛,再次发问

1925年,23岁的德国物理学家维尔纳·海森堡登上德国北海上一座偏僻小岛——黑尔戈兰岛。在那里,他放弃“电子绕核运行”的直觉图像,转而用抽象数学“矩阵”描述原子世界,由此奠定量子力学第一块基石:矩阵力学。

不久后,薛定谔提出波动方程,用概率波描述电子行为。矩阵与波动两种形式殊途同归,却共同揭示原子尺度的反直觉本质:

  • 某些物理量无法被同时精确测定;
  • 部分测量结果依赖于观测方式。

1932年获诺奖后,海森堡写下那句被反复引用的话:“我们所观察到的,并非自然本身,而是自然在我们提出问题方式下所呈现的样子。”

2025年,为纪念量子力学诞生百年,300多位顶尖物理学家重返黑尔戈兰岛。会场中,Carlo Rovelli与Chris Fuchs成为焦点——他们争论的核心,正是百年未解的“量子力学诠释问题”:

当使用“波函数”“叠加态”“坍缩”等术语时,我们究竟是在描述“世界本身长什么样”,还是仅在刻画“我们对世界能了解到什么程度”?

主流诠释简述

  • 哥本哈根诠释:将“测量”视为理论基本前提,回避“谁在测量”“为何坍缩”等深层追问,奉行“闭上嘴,直接算(shut up and calculate)”。
  • 多世界诠释:否认坍缩发生,认为每种可能结果都在不同分支宇宙中实现,观测者仅处于其中一条路径。
  • 隐变量理论(如玻姆力学):坚持决定论,引入不可观测的隐藏变量,代价是接受超距作用。

这些分歧不仅关乎哲学偏好,更直接影响量子理论能否扩展至宏观尺度——比如将实验室、仪器甚至人类自身纳入量子系统进行描述。

维格纳的朋友:谁的现实算数?

1961年,美国物理学家尤金·维格纳设计思想实验“维格纳的朋友”:

假设一间完全隔离的实验室,朋友吉梅娜测量一个处于叠加态的原子,按下按钮后“看到”原子在左侧——对她而言,现实已确定。

而实验室外的维格纳,必须将整个系统(含原子、仪器及吉梅娜)视为量子态,其描述仍是“她看到左”与“她看到右”的叠加。

矛盾浮现:吉梅娜坚称“我亲眼看见了”,维格纳却断言“你尚未坍缩”。若双方皆正确,则“事实”不再唯一。

RQM:世界是由关系编织的

Carlo Rovelli提出的**关系性量子力学**(RQM)给出回应:吉梅娜与原子之间形成一组关系事实(原子在左),维格纳与整个实验室系统之间则形成另一组关系事实(处于纠缠叠加)。二者均为真实,且无高阶统一视角。

RQM主张,物理学不应追求“上帝视角”的宇宙波函数,而应描述A相对于B的可观测属性。现实不在孤立实体中,而在相互作用中生成。

正如Rovelli所言:“我相对于一块石头是真实的”——你投下的影子,就是你与石头建立的“关系事实”。

QBism:波函数是「个人的用户手册」

Chris Fuchs倡导的**主观贝叶斯主义**(QBism)走得更远:它将波函数从“世界的客观状态”,重定义为**个体信念的概率编码**——一份专属于观测者的“用户手册”。

在“维格纳的朋友”场景中,吉梅娜的波函数反映她对原子未来行为的信念,随测量结果即时更新;维格纳的波函数则代表他对整个实验室(含吉梅娜)未来行为的信念,尚未更新。二者描述的是不同主体的预期,而非同一客观状态。

QBism赋予经验主体不可替代的中心地位——波函数不是世界的状态,而是观察者与世界打交道的工具

殊途同归:量子力学重新拥抱观察者

Rovelli公开表示:“QBism与关系量子力学极其、极其相似……对我来说,它们就是一回事。”

Fuchs则指出,当前分歧更多源于表述尚处“诗意阶段”,缺乏严格数学衔接。

相比哥本哈根诠释对观察者的刻意回避,RQM与QBism均强调观察者的特殊地位,呼应海森堡那句箴言:“我们观察到的不是自然本身,而是自然对我们提问方式的回应。”

2025年《自然》杂志面向1100多名科学家的调查显示:哥本哈根诠释仍以47%支持率居首,但RQM+QBism等关系性与信息性框架已获21%支持,且在博士生与青年研究者中显著更高。

2025年诺贝尔物理学奖得主米歇尔·德沃雷(Michel Devoret)亦坦言,Fuchs基于QBism重构的量子方程式,直接启发其宏观量子效应实验设计。

三对纠缠光子模拟实验已证实“维格纳-朋友”系统存在观测者依赖性;下一步实证将依托大型量子计算机上的人工智能代理,作为复杂度递增的“观察者”,在受控环境中检验现实是否真如QBism所预言般依赖宏观主体。

真实,是谁和谁之间的事?

维也纳量子光学与量子信息研究所马库斯·穆勒(Markus Müller)指出:相对论的时间膨胀虽日常“无关紧要”,却是理解宇宙的基石;同理,现实的“关系性”与“非绝对性”,或将成未来物理学——尤其是其与意识、信息及AI融合领域——不可或缺的元规则。

会议尾声,Rovelli站在黑尔戈兰岛海风中感慨:“关系性量子力学消解了一种焦虑,因为我无法触及终极实在。对我而言,真实就是相对于我们的真实。”

Fuchs笑着补充:“如果量子力学在告诉我们:我在其中所做的事有意义……那,这就已经足以让生命值得一活。”

对量子力学而言,这或许是一个新的起点:
真实,既不是写死在宇宙说明书里的某一行,而是每一个观察者,与世界之间共同写下的故事。

本文三个示意图由Z-image绘制。

【声明】内容源于网络
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