按照量子物理,宇宙在观测者(人类或者外星人都算)出现之前,既是存在的又是不存在的?

只有观测者出现了,宇宙才存在

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18个答案
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方弦科学松鼠会成员,信息学硕士生

2017-06-13 00:33

对量子力学的一个很大的误解就是,它需要一个观测者才能决定宇宙的状态。

但是,这并不正确。量子力学不需要观测者

这要看我们到底是怎么看“波函数”这个东西的。

量子力学甫一问世,大家都很不理解:原本我们以为是单独实体的基本粒子,比如说电子,为什么可以同时出现在不同的地方?因为波函数说的就是这个,电子的波函数可以分别在不同的地方有非零的值,在这些地方测量,电子会有非零的概率出现。

这个问题有两种解决方法(当然还有别的),可以分别引向了量子力学的两个不同的诠释:哥本哈根诠释多世界诠释。第一种解决办法,就是说电子才是实体,而波函数只不过是用来计算的东西。第二种解决办法,就是说波函数才是唯一的实体,而电子,或者说电子的具体位置,其实是一种幻象。前者对应哥本哈根诠释,而后者则对应多世界诠释。

问题是,在两种诠释中,其实都不需要观察者的存在。

我们先来看看哥本哈根诠释。

在哥本哈根诠释中,对于某个量子系统来说,它的波函数有两种不同的演化方式。第一种是,波函数在没有观测时,会按照薛定谔方程正常演化。第二种是,波函数在受到某种观测(对应于某个给定的正交基)时,会根据波函数在相应正交基中基向量的分量大小,“坍缩”到某个特定的观测结果(正交基的一个基向量,也就是本征态)。这样的诠释,保证了我们观测到的世界是经典的,也就是波函数处于本征态。

这里有一个问题,就是观测必须来自系统外部。如果我们把宇宙看成整个量子体系的话,要它经历“坍缩”的演化,这必须来自宇宙外部的观测,而这是不可能的,因为宇宙已经包含了一切。实际上,科学家在引用哥本哈根诠释的时候,从来没有将宇宙整体看成量子体系,因为这没有意义。

另一个问题就是,“观测”到底是什么,在哥本哈根诠释中语焉不详。实行观测的主体不一定要是有意识的人或者其他生物,实际上普通的仪器也可以完成这一点。

所以,根据哥本哈根诠释,谈论整个宇宙的波函数如何坍缩至纯态是没有意义的,而即使引入宇宙之外的事物,也不需要所谓“意识”的参与,完全自然造就的死物也可以完成测量。在这种情况下,谈论什么“只有观测者出现,宇宙才存在”是没有意义的。毕竟,宇宙一直存在,大家关心的只是为什么我们观察到宇宙的每个部分是本征态,但要解释这一点,只需要用到基本的哥本哈根诠释,毕竟我们观测了,宇宙的任何处于我们外部的子系统都会变成本征态,而不需要考虑使整个宇宙的波函数“坍缩”为纯态的所谓“全局观测者”。

最后还留了一个小尾巴:我们怎么确定自己这个子系统是本征态?这里不需要什么自我观测的鬼话,照相机一照就是观测。观测不需要意识,所以随便找个器材都可以。

然后我们来看多世界诠释,这是我比较喜欢的。

多世界诠释说的很简单:世界上只有一个东西,叫做“宇宙的波函数”,它完全根据薛定谔方程演化。完毕。

你可能会说:这是什么鬼,什么都没有解释……

实际上,这个诠释的美妙之处,就是它不需要什么复杂的解释,但需要足够抽象的思维。它的精妙之处,不在于定义,而在于怎么通过逻辑思考去全盘接受简单定义导致的非常违反直觉的结论。

宇宙中有很多东西,它们会相互作用,将宇宙拖进各种各样的纠缠态。所以,宇宙的波函数中,纠缠的程度会越来越高,当然也有原本处于纠缠态的子系统在自然演化下重新归并,但这应该很少。在很多科普读物中,这种现象又被说成是“世界的分裂”,也就是抛一枚量子硬币然后观测结果,就会导致宇宙的波函数分裂成两个不同的分量。这也就是多世界诠释名字的由来。当然我对这种说法很不满意,太耸人听闻了,实际上只不过是宇宙的波函数有很多个分量(可能性)而已。

但这个结论很违反直觉。

首先,我们平时观察到的世界都是本征态的,没有别的分量,这是怎么回事?然而这是理所当然的,因为在每一个分量中的我们,都只能观测到自己身处的这个分量,那么当然是一个本征态。我们没有办法观测到别的分量,所以只能通过具体的实验,让不同的分量之间通过互相干涉部分归并在一起,才能察知量子现象的存在。我们对量子实验的观测,如果没有其他量子过程的参与,实际上就只是普通的经典演化,没有什么了不得的。

然后,我们对量子现象进行观测时,得到的概率跟算出来的波函数吻合,这又是怎么回事?处于不同分量的话,怎么可能做到这么好的结果?问题在于,我们进行多次测量的时候,实际上每一次都开辟了新的分量。如果说每一次测量可以有两种结果,那么进行n次测量之后,相关的分量实际上有2的n次方个,而我们只是身处其中某个分量之中。但不同的分量拥有不同的概率幅,我们处于符合计算出来的波函数的分量,这种可能性非常大,仅此而已。

在多世界诠释中,宇宙自行其是。没有什么观测者,只有宇宙的波函数,在按照薛定谔方程,盲目而坚定地运转着。它就这样存在,没有原因也不需要理由。

有些关于宇宙的事情,可能就是没有理由的。

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在伯乐出现之前,千里马是既存在又不存在的。心疼韩愈续一秒 +1s

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事物是客观存在的~~ 不随人的意志而转移/



所以你观不观测, 量子力学都在哪里呀

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支持者: 三德公

这个就像买彩票吧,开奖之前描述的中奖概率,在看到开奖的时候,这个概率塌缩成“中”与“不中”两种结果。

对于中奖的人而言,中奖概率是100%;对于没中奖的人而言,中奖概率就是0%。

在开奖的过程中,人的观察导致了概率塌缩,但就算不观察,彩票也会开奖。

但是,因为只有人才能理解“彩票开奖”的意义,所以说只有人的观察,才会让彩票的开奖与中奖有意义。

任何其他生物或者仪器观察到的彩票开奖,只要没有被人所知,都不会导致概率塌缩。

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我的看法:如果把宇宙和人,考虑进一个可以包含他们两个的更大的体系中去的话,是的。人作为观察者出现前,宇宙是存在与不存在叠加的。

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对观察者而言是这样。

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测量不是意识而是行为吧,行为不需要意识的介入

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我想你们一定没有听过“宇宙是存在于逻辑上而非物质上”的理论

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ykokia环境工程小硕一枚

2017-06-21 13:47

话说需要观测者这种解释已经出来N年了吧,而且当时没多久就提出多宇宙的解释了。现在都发展到超弦了。建议去看一下量子力学简史。

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这个理论引入观测者,把智能生物的地位放的太重,所以不再使用,引入观测者就如同“你未看此花时,此花与汝心同归于寂。你来看此花时,则此花颜色一时明白起来。便知此花不在你的心外。”这种唯心理论,具体记不清了。

现在普遍研究的是超弦理论。

建议去看看《上帝掷骰子吗》这本书。

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存在两个或以上的量子的话,那么量子互为观察者,所以世界是确定的

去tmd各种解释,什么多宇宙,我全都不接受

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我一直有一种猜测,

首先,中国科技大学做了一个实验,已经得到了广泛的认同:用一个普通开关控制量子,从发射口出来的量子仍然是量子态;用一个量子态的开关控制量子,从发射口出来的物质就变成了普通状态.

在这个基础上我一直在想,也许人本身就是一种量子态,虽然人不会同时有概率出现在三层楼,人不会被看一眼就决定了生死,然而也许人本身就是一种复杂的同时处于很多状态的概率函数..

也正因为人是这样的量子态物质,才会有人一检测波函数就塌缩,因为人本身就是中科大验中的那个"开关"

当然,这是我没什么根据的瞎猜而已

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其实我觉得《上帝掷骰子吗》里说的“可是,我们相当肯定的是,当我们看到了仪器报告的结果后,这个过程就结束了。我们自己不会处于什么荒诞的叠加态中去。当我们的大脑接受到测量的信息后,game over,波函数不再捣乱了。”这里为什么就不能理解成大脑进入了叠加态呢。一个不确定的东西不就是熵么,不就是信息么,不就是人学到的东西么。这样来讲意识也有定义了,就是那些进入到你脑子里面的叠加态的总和。而人们做的一次决策不就是对大脑内的日积月累下来的不确定的状态做一次观测得到一个坍缩后的结果么。所以你今天做的决定和明天做的决定可能就不一样了

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也许外星人是宇宙的创造者,他们和我们可不一样。

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不同意@方弦 回答中关于哥本哈根诠释的部分。

以下内容引自《上帝掷骰子吗?量子物理史话》。

我们还对上一章困扰我们的测量问题记忆犹新:每当我们一观测时,系统的波函数就坍缩了,按概率跳出来一个实际的结果,如果不观测,那它就按照方程严格发展。这是两种迥然不同的过程,后者是连续的,在数学上可逆的,完全确定的,而前者却是一个“坍缩”,它随机,不可逆,至今也不清楚内在的机制究竟是什么。这两种过程是如何转换的?是什么触动了波函数这种剧烈的变化?是“观测”吗?但是,我们这样讲的时候,用的语言是日常的,暧昧的,模棱两可的。我们一直理所当然地用使用“观测”这个词语,却没有给它下一个精确的定义。什么样的行为算是一次“观测”?如果说睁开眼睛看算是一次观测,那么闭上眼睛用手去摸呢?用棍子去捅呢?用仪器记录呢?如果说人可以算是“观测者”,那么猫呢?一台计算机呢?一个盖革计数器又如何?

冯诺伊曼敏锐地指出,我们用于测量目标的那些仪器本身也是由不确定的粒子所组成的,它们自己也拥有自己的波函数。当我们用仪器去“观测”的时候,这只会把仪器本身也卷入到这个模糊叠加态中间去。怎么说呢,假如我们想测量一个电子是通过了左边还是右边的狭缝,我们用一台仪器去测量,并用指针摇摆的方向来报告这一结果。但是,令人哭笑不得的是,因为这台仪器本身也有自己的波函数,如果我们不“观测”这台仪器本身,它的波函数便也陷入一种模糊的叠加态中!诺伊曼的数学模型显示,当仪器测量电子后,电子的波函数坍缩了不假,但左/右的叠加只是被转移到了仪器那里而已。现在是我们的仪器处于指针指向左还是右的叠加状态了!假如我们再用仪器B去测量那台仪器A,好,现在A的波函数又坍缩了,它的状态变成确定,可是B又陷入模糊不定中……总而言之,当我们用仪器去测量仪器,这整个链条的最后一台仪器总是处在不确定状态中,这叫做“无限后退”(infinite regression)。从另一个角度看,假如我们把用于测量的仪器也加入到整个系统中去,这个大系统的波函数从未彻底坍缩过!

可是,我们相当肯定的是,当我们看到了仪器报告的结果后,这个过程就结束了。我们自己不会处于什么荒诞的叠加态中去。当我们的大脑接受到测量的信息后,game over,波函数不再捣乱了。

难道说,人类意识(Consciousness)的参予才是波函数坍缩的原因?只有当电子的随机选择结果被“意识到了”,它才真正地变为现实,从波函数中脱胎而出来到这个世界上。而只要它还没有“被意识到”,波函数便总是留在不确定的状态,只不过从一个地方不断地往最后一个测量仪器那里转移罢了。在诺伊曼看来,波函数可以看作希尔伯特空间中的一个矢量,而“坍缩”则是它在某个方向上的投影。然而是什么造成这种投影呢?难道是我们的自由意识?

换句话说,因为一台仪器无法“意识”到自己的指针是指向左还是指向右的,所以它必须陷入左/右的混合态中。一只猫无法“意识”到自己是活着还是死了,所以它可以陷于死/活的混合态中。但是,你和我可以“意识”到电子究竟是左还是右,我们是生还是死,所以到了我们这里波函数终于彻底坍缩了,世界终于变成现实,以免给我们的意识造成混乱。

…………

如果说“意识”使得一切从量子叠加态中脱离,成为真正的现实的话,那么我们不禁要问一个自然的问题:当智能生物尚未演化出来,这个宇宙中还没有“意识”的时候,它的状态是怎样的呢?难道说,第一个有意识的生物的出现才使得从创生起至那一刹那的宇宙历史在一瞬间成为现实?难道说“智能”的参予可以在那一刻改变过去,而这个“过去”甚至包含了它自身的演化历史?

  1979年是爱因斯坦诞辰100周年,在他生前工作的普林斯顿召开了一次纪念他的讨论会。在会上,爱因斯坦的同事,也是玻尔的密切合作者之一约翰·惠勒(John Wheeler)提出了一个相当令人吃惊的构想,也就是所谓的“延迟实验”(delayed choiceexperiment)。在前面的章节里,我们已经对电子的双缝干涉非常熟悉了,根据哥本哈根解释,当我们不去探究电子到底通过了哪条缝,它就同时通过双缝而产生干涉,反之,它就确实地通过一条缝而顺便消灭干涉图纹。惠勒通过一个戏剧化的思维实验指出,我们可以“延迟”电子的这一决定,使得它在已经实际通过了双缝屏幕之后,再来选择究竟是通过了一条缝还是两条!

…………

  这样稀奇古怪的事情说明了什么呢?

  这说明,宇宙的历史,可以在它实际发生后才被决定究竟是怎样发生的!在薛定谔的猫实验里,如果我们也能设计某种延迟实验,我们就能在实验结束后再来决定猫是死是活!比如说,原子在1点钟要么衰变毒死猫,要么就断开装置使猫存活。但如果有某个延迟装置能够让我们在2点钟来“延迟决定”原子衰变与否,我们就可以在2点钟这个“未来”去实际决定猫在1点钟的死活!

  这样一来,宇宙本身由一个有意识的观测者创造出来也不是什么不可能的事情。虽然宇宙的行为在道理上讲已经演化了几百亿年,但某种“延迟”使得它直到被一个高级生物所观察才成为确定。我们的观测行为本身参予了宇宙的创造过程!这就是所谓的“参予性宇宙”模型(The Prticipatory Universe)。宇宙本身没有一个确定的答案,而其中的生物参予了这个谜题答案的构建本身!

  这实际上是某种增强版的“人择原理”(anthropic principle)。人择原理是说,我们存在这个事实本身,决定了宇宙的某些性质为什么是这样的而不是那样的。也就是说,我们讨论所有问题的前提是:事实上已经存在了一些像我们这样的智能生物来讨论这些问题。我们回忆一下笛卡儿的“第一原理”:不管我怀疑什么也好,有一点我是不能怀疑的,那就是“我在怀疑”本身。“我思故我在”!类似的原则也适用于人择原理:不管这个宇宙有什么样的性质也好,它必须要使得智能生物可能存在于其中,不然就没有人来问“宇宙为什么是这样的?”这个问题了。随便什么问题也好,你首先得保证有一个“人”来问问题,不然就没有意义了。

…………

就算从哥本哈根解释本身而言,“意识”似乎也走得太远了。大多数“主流”的物理学家仍然小心谨慎地对待这一问题,持有一种更为“正统”的哥本哈根观点。然而所谓“正统观念”其实是一种鸵鸟政策,它实际上就是把这个问题抛在一边,简单地假设波函数一观测就坍缩,而对它如何坍缩,何时坍缩,为什么会坍缩不闻不问。量子论只要在实际中管用就行了,我们更为关心的是一些实际问题,而不是这种玄之又玄的阐述!

但是,无论如何,当新物理学触及到这样一个困扰了人类千百年的本体问题核心后,这无疑也激起了许多物理学家们的热情和好奇心。的确有科学家沿着维格纳的方向继续探索,并论证意识在量子论解释中所扮演的地位。这里面的代表人物是伯克利劳伦斯国家物理实验室的美国物理学家亨利·斯塔普(Henry Stapp),他自1993年出版了著作《精神,物质和量子力学》(Mind, Matter, and Quantum Mechanics)之后,便一直与别的物理学家为此辩论至今(大家如果有兴趣,可以去他的网页 看看他的文章)。这种说法也获得了某些人的支持,去年,也就是2003年,还有人(阿姆斯特丹大学的Dick J. Bierman)宣称用实验证明了人类意识“的确”使波函数坍缩。不过这一派的支持者也始终无法就“意识”建立起有说服力的模型来,对于他们的宣称,我们在心怀惧意的情况下最好还是采取略为审慎的保守态度,看看将来的发展如何再说。

所以说,从哥本哈根诠释出发,最终必然会遇到“意识”的问题。

但问题是,现在对于“坍缩”有太多种解释了,哥本哈根,多世界,隐变量,系综,GRW,退相干历史……并不是每一个都需要“意识”的存在。现在并不知道哪一个是正确的,所以现在暂时还不需要担心这个问题。

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。。。。。上帝必然不会掷骰子, 量子物理是因为实际应用潜力太强大,

所以一开始就走进误区,随便给整安上个理论就走上了。。。你们真以为美国这么多年都还没搞清楚怎么回事吗。。。。。这么说吧。。美国,德国,日本真正国家级科研机构的物理学家从来有人发表过诸如量子随机,平行宇宙的言论。。。。。。。。

。量子物理和宇航事业一样,一开始就是场闹剧。。。。。。我就没太明白杨振宁建议不要整粒子加速器的原因所在。。。。。

物质转换应该是物理给人类的终极礼物了吧。。。。。。。。。

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支持者: 三德公

目前的量子物理肯定不是宇宙真理,所以它一定不够准确,所以意识这个解释多半是错的,因为这解释连我们自己都说服不了。意识是如何界定的?达到什么样水平的生物可以认为有意识?宇宙是狗还是三叶虫决定的我不知道,反正肯定不是你。

平行宇宙更不可取,那我们目前的认知来说,宇宙法则应该是要讲究经济性的,例如生物进化史,不会莫名其妙进化出一项浪费资源的功能。平行宇宙实在是太浪费资源了,任凭你计算能力多强大,这种指数级的数据增长怎么看都不经济。你开发一个游戏会让程序每一步都做乘方运算吗?超算都会马上嗝屁死机的。

说白了,人类想以几百年的现代文明史去找100多亿年的宇宙规律本来就是苛求,我们所有的物理理论,数学公式都是靠凑的,我不认为靠凑能凑出完整的宇宙规律。

但是,人类真的已经很伟大了。

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