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细思极恐?量子力学接连证伪,我们熟知的现实竟全是假象?

一直以来,人类的认知建立在坚不可摧的基础上:闭上眼睛,世界依然存在。阿尔伯特·爱因斯坦终其一生都在捍卫这种“现实感”,坚信事物独立于观察者。

然而,量子力学却无情击碎了这份安全感。根据PBR定理的突破,马修·普西等人用严密的实验给出定论,量子态完全超脱了主观想象,直接刻印在世界的底层运转逻辑中。

这意味着,当视线离开红色台球时,它或许根本不具备任何颜色。人类感知到的坚固现实,很可能只是建立在概率上的宏大错觉。回看这起关于世界本源的争议,学界内部的迷茫其实由来已久。

量子力学中有三个性质,直到今天人们依旧无法理解。第一个,观测的结果为什么是随机的。一个电子的自旋方向,到底是向上还是向下。光子最终的落点,究竟在这里还是那里。原子在一段固定时间里,会发生衰变,还是保持稳定不衰变。

在量子力学的框架里,这些都属于真随机事件,不存在前置理由,也无法通过推导提前预判,没有人能够预先确定最终结果。放到宏观世界,或是数学方程体系当中,并不存在这种形式的随机。

人们在计算机里生成的随机数,本质上依靠算法运算得到,属于假随机。这是第一个悬而未决的疑问。第二个,鬼魅般的超距作用,究竟是以什么样的方式完成。对爱因斯坦而言,超距作用只是一个难以接受的推导结论。

放到现代,它已经是大量实验反复证实的客观事实。只是直到现在,人们依旧没有搞清楚超距作用产生的底层机制。第三个,波函数到底是一种物理实在,还是仅仅只是一个数学工具。如果波函数仅仅是数学工具,它为什么能够完整知晓光子走过的全部实验路径。

它又为什么看起来像是可以预知未来。反过来思考,如果波函数属于物理实在,波函数的坍缩过程又是如何发生的。它从无数种可能性,瞬间收敛到单一确定结果,整个过程不需要消耗任何时间,这一过程的内在原理是什么。

针对这些疑问,哥本哈根解释给出的态度是停止追问,直接接受这套规则。这更像是一种立场,本质上回避了所有核心疑问。严格来说,它不适合被叫做哥本哈根解释,称其为哥本哈根不解释会更加贴切。

支持这一思路的研究者认为,物理定律的目标,是贴合实验观测结果,而不是挖掘世界背后的终极真相。但还有大量物理学家,始终想要找到那个底层真相。

他们设想出各式各样的解释版本,目前具备一定影响力、能够被单独罗列出来的解释,数量已经超过十种。当时很多人认为这些解释只是缺乏证据的探讨,但现实是,量子实验已经证伪了部分保留经典客观性的理论。

面对降维打击,人们为了弄清世界的真假,只能投向更加颠覆的假设。人们如果偏爱宏大的世界观,大概率听说过多世界解释,也就是大众常说的平行宇宙。

这个流传很广的解释认为,波函数发生坍缩的瞬间,世界就会产生分岔。人们观测电子自旋,结果不确定,是因为自旋向上和向下两种情况,其实都真实发生了。每一次波函数坍缩,当前的世界就会分裂成两个,甚至数量更多的分支世界。

在其中一个分支世界,电子自旋向上;另一个分支世界里,电子自旋向下。人们观测到自旋向下,只是因为人们恰好身处这个分支世界之中。在另一个平行世界里,还有一个和人们完全一样的人,他观测得到的结果,就是电子自旋向上。

人们所在的宇宙,无时无刻不在发生分岔。所有符合物理定律、拥有发生可能性的事件,都会在某一个分支世界里真实上演。无数个版本的人们,生活在无数分叉出来的世界当中,各自经历着因为波函数坍缩效应,走向不同走向的人生。在所有相关假说里面,多世界假说的知名度最高。

大量影视作品都借用了这个设定。单纯穿越回过去的剧情不够有冲击力,创作者就会把故事舞台放到平行宇宙。这个设定几乎拥有很强的包容性,反正存在无数无法抵达的其他宇宙,创作者可以依托这个设定,放开想象力进行创作。

知名度高,不代表它就是正确答案,只能说这个猜想的趣味性更强。依旧有不少人认为这套解释过于极端。仅仅只是一个微小的电子,就能够带动整个世界复制分裂,这个代价未免太大。可在一部分物理学家眼中,平行宇宙解释反而是相对保守的理论。

原因在于,它保留了很多人熟悉的经典观念。多世界解释体系里,不存在量子随机性,所有有可能发生的事情,都会在对应的分支世界里发生。同时它也是一套数学逻辑十分严谨的理论。

依托世界分岔这个前提,爱因斯坦坚持的观点,比如上帝不掷骰子、量子纠缠无法实现超光速传递信息,都可以在这套框架里自洽。只要接受世界可以不断分叉这个前提,量子力学里很多诡异的现象,就不再难以理解。

我们把时间线拉长来看,那些曾被认为是假象的概念,正逐渐逼近真理。人们如果偏向带有思辨色彩的思考方向,全息宇宙解释和量子逻辑解释会很有吸引力。全息宇宙解释提出,人们观测到的种种反常现象,现有物理定律难以解释,或许是因为需要引入更高维度、更深层的底层现实。

这套理论认为,人们针对电子做出的所有观测,全部属于间接观测。人们看见、感知、测量到的一切物理现象,都是更深层现实投射出来的影子。这和柏拉图洞穴寓言描述的场景十分相似。

洞穴里的人只能看见墙壁上投射出来的人影,依靠影子去猜测背后真实存在的事物,永远无法直接看见本体。人们观测到那些怪异、不符合直觉的投影,放在底层的真实世界里,本身是完全合理的。

量子逻辑解释的观点则是,人们难以理解量子力学,根源在于长期被宏观世界的日常经验束缚。适配宏观世界的逻辑规则,不能直接套用到量子世界当中。著名数学家冯・诺依曼搭建出一套专属的量子逻辑体系。

这套逻辑体系,重新定义了位置、动量、概率等概念的属性,在数学层面能够实现自洽。直到今天,依旧有研究者持续完善量子逻辑理论,只是这套理论还没有办法完整覆盖量子力学的全部内容。

全息宇宙解释和量子逻辑解释的脑洞跨度最大,它们直接挑战人类固有的思考方式,提供一套完全颠覆常识的世界观。人们如果对时空相关的内容感兴趣,可以了解时间对称解释与交易解释。

薛定谔方程、牛顿力学、相对论,这些物理方程里面,时间本身没有内置固定方向。人们日常生活里感受到时间从过去流向现在,再走向未来,很大程度来自热力学定律,也就是熵增。

熵增属于宏观现象,需要巨量粒子共同参与才会显现。放到量子力学的范畴当中,不需要默认未来和过去存在本质区别。日本物理学家渡边慧搭建出一套时间对称的量子力学框架。在这套框架里,现在不仅可以影响未来,未来同样可以反过来影响现在。

波函数会同时向着未来和过去两个方向演化。在这里使用同时这个词汇,本身就很难用常规时间概念理解。这套理论天然自带反向因果关系,延迟选择实验带来的困惑,也就不再难以解释。

物理学家惠勒曾经提出,两个带电粒子之间的相互作用,不应该简单理解成其中一个粒子向另一个发射光子。更准确的描述,是两个粒子各自释放出半波,两道半波在空间之中完成一次量子握手。这就是交易解释。

如果连时间都能逆流,这似乎让物理世界变成了一场假象。人们如果觉得前面这些猜想的脑洞都太大,想要一套更加平实的解释,超级决定论会带来一种确定感。这套理论认为,人类并不存在自由意志。所有事件,早在宇宙诞生之初,就已经被物理定律完整确定。

哪怕是人们在某个时间点,主动选择观测某一个物理现象,这个选择本身,也早已写定。人们按照既定的规则去观测粒子,和它纠缠的另一个粒子,同步做出对应的反应。整个过程不存在所谓的超距作用。

人们会觉得惊奇,误以为中间存在信息的超光速传递,本质上所有事情都按照预设剧本推进,观测行为,本身也是剧本里固定的一环。这个想法最早由贝尔提出,时至今日收获了很多哲学家的认可。按照这套理论,宇宙不存在孤立独立的事物,万事万物彼此关联。

这套关联规则,既决定粒子的运动状态,也决定人类大脑产生的想法。毕竟人类的大脑,本身也是粒子构成的集合体。无论是全息投影还是决定论,这些设想如今都成了对抗常识坍塌的避风港。当探索前沿一次次向经典物理学开炮,留给人类的退路已所剩无几。

量子力学接连证伪了客观属性孤立存在的可能性,逼迫所有人直面真相:坚不可摧的物理世界,可能仅源于我们与未知量子态交互时产生的主观投射。那些伸手可及的物体与时间,都有可能是底层信息交织出的庞大假象。

在这个时代,认知的旅程才刚刚在废墟中重新启航。