量子實(shí)驗(yàn)表明：客觀現(xiàn)實(shí)可能并不存在

一些物理學(xué)家將這些新進(jìn)展視為支持一次觀測(cè)中可以出現(xiàn)多種結(jié)果的理論依據(jù)，例如存在平行宇宙，每一種結(jié)果都可能發(fā)生

“另類事實(shí)”(alternative facts，一般指替代性，不真實(shí)的謊言)像病毒一樣在全社會(huì)蔓延，現(xiàn)在似乎也感染了科學(xué)界——至少在量子領(lǐng)域。這聽起來有點(diǎn)違反直覺。科學(xué)方法畢竟是建立在可靠的觀察、測(cè)量和重復(fù)性的概念之上。通過測(cè)量確定的事實(shí)應(yīng)該是客觀的，這樣所有的觀察者才能達(dá)成共識(shí)。

然而，最近發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)雜志的一篇論文中，研究人員指出，在由量子力學(xué)支配的微觀粒子世界中，兩個(gè)不同的觀察者都有權(quán)獲取自己的事實(shí)。換句話說，根據(jù)目前的量子理論，事實(shí)實(shí)際上是主觀的。

觀察者在量子世界中扮演著重要的角色。根據(jù)量子理論，粒子可以同時(shí)處于多個(gè)地方或多種狀態(tài)，這就是所謂的“疊加態(tài)”。但奇怪的是，這只是在它們沒有被觀察到的情況下。當(dāng)我們觀察一個(gè)量子系統(tǒng)時(shí)，粒子會(huì)選擇一個(gè)特定的位置，即打破疊加態(tài)。事實(shí)上，自然界的這種行為已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中被多次證實(shí)，比如著名的雙縫實(shí)驗(yàn)。

1961年，物理學(xué)家尤金·維格納(Eugene Wigner)提出了一項(xiàng)頗具挑釁意味的思維實(shí)驗(yàn)。他問道，如果將量子力學(xué)應(yīng)用到一個(gè)觀察者身上，而這個(gè)觀察者同時(shí)也受到觀察，將會(huì)發(fā)生什么?想象一下，維格納的一個(gè)朋友在封閉的實(shí)驗(yàn)室里擲出一枚量子硬幣——處于正面和反面的疊加態(tài)。每次朋友扔硬幣時(shí)，他們都觀察到一個(gè)明確的結(jié)果。我們可以說，維格納的朋友建立了一個(gè)事實(shí)：擲硬幣的結(jié)果肯定是正面或反面。

維格納無法在外面得知這個(gè)事實(shí)，根據(jù)量子力學(xué)，他必須把朋友和硬幣描述成實(shí)驗(yàn)中所有可能結(jié)果的疊加。因?yàn)槎呤?ldquo;糾纏”的，彼此詭異地聯(lián)系在一起。所以如果你操縱其中一個(gè)，同時(shí)也會(huì)操縱另一個(gè)。在原則上，維格納可以通過所謂的“干涉實(shí)驗(yàn)”來驗(yàn)證這種疊加。干涉實(shí)驗(yàn)是一種量子測(cè)量方法，可以讓你解開整個(gè)系統(tǒng)的疊加，從而確認(rèn)兩個(gè)物體之間的糾纏。

在觀察結(jié)束之后，當(dāng)維格納和他的朋友交換意見時(shí)，朋友會(huì)堅(jiān)持認(rèn)為，他們?cè)诿看螔佊矌艜r(shí)都看到了明確的結(jié)果。但是，維格納不會(huì)同意這種觀點(diǎn)，因?yàn)樗^察到的是“朋友”和“硬幣”處于疊加態(tài)。

這就成了一個(gè)難題。朋友眼中的現(xiàn)實(shí)與外界看到的現(xiàn)實(shí)是不一致的。維格納最初并不認(rèn)為這是一個(gè)悖論，他認(rèn)為把一個(gè)有意識(shí)的觀察者描述成一個(gè)量子對(duì)象是荒謬的。然而，他后來背離了這種觀點(diǎn)，根據(jù)量子力學(xué)的正規(guī)教科書，這樣的描述是完全正確的。

新的實(shí)驗(yàn)

維格納想象的場(chǎng)景長期以來一直是一個(gè)有趣的思維實(shí)驗(yàn)，但真的能反映現(xiàn)實(shí)嗎?在科學(xué)上，這一問題幾乎一直沒有什么進(jìn)展。直到最近，維也納大學(xué)的?aslav Brukner研究表明，在某些假設(shè)下，維格納的思想實(shí)驗(yàn)可以用來證明，量子力學(xué)中的測(cè)量對(duì)觀察家而言是主觀的。

Brukner提出了一種測(cè)試方法，他將維格納的朋友場(chǎng)景轉(zhuǎn)換成物理學(xué)家約翰·貝爾(John Bell)在1964年首次建立的框架。最后的結(jié)果總結(jié)起來，可以用于估算所謂的“貝爾不等式”。如果這個(gè)不等式被打破，觀察者可能就會(huì)得到替代性的事實(shí)。

研究人員首次在愛丁堡赫瑞瓦特大學(xué)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性測(cè)試。他們使用了一臺(tái)由三對(duì)糾纏光子組成的小型量子計(jì)算機(jī)。第一對(duì)光子代表硬幣，另外兩對(duì)光子則代表著在各自的盒子里投擲硬幣(測(cè)量光子的偏振)。在兩個(gè)盒子之外，兩邊各有兩個(gè)光子，也可以進(jìn)行測(cè)量。

盡管使用了最先進(jìn)的量子技術(shù)，但僅從6個(gè)光子中收集足夠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)就需要數(shù)周時(shí)間。最終，研究人員成功證實(shí)了量子力學(xué)可能確實(shí)會(huì)與客觀事實(shí)的假設(shè)不相容——不等式被打破了。不過，這個(gè)理論建立在一些假設(shè)的基礎(chǔ)上，包括測(cè)量結(jié)果不受光速以上信號(hào)的影響，以及觀察者可以自由選擇測(cè)量內(nèi)容等。因此，這并不是最終確定的結(jié)論。

另一個(gè)重要的問題是，是否可以將單光子視為觀察者。在Brukner的理論中，觀察者不需要具有意識(shí)，只需要能夠以測(cè)量結(jié)果的形式建立事實(shí)。因此，一個(gè)無生命的探測(cè)器也可以是有效的觀察者。根據(jù)教科書上的量子理論，我們有理由相信，一個(gè)探測(cè)器如果能做得像原子那么小，那應(yīng)該也可以描述成像光子一樣的量子物體。也有可能標(biāo)準(zhǔn)的量子力學(xué)不適用于大尺度，但想要進(jìn)行測(cè)試的話，又是另一個(gè)問題了。

因此，這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，至少就量子力學(xué)的局部模型而言，我們需要重新思考客觀性的概念。在宏觀世界中，我們所體驗(yàn)到的事實(shí)似乎仍是安全的，但主要問題在于，現(xiàn)有的量子力學(xué)解釋如何能容納主觀事實(shí)。

一些物理學(xué)家將這些新進(jìn)展視為支持一次觀測(cè)中可以出現(xiàn)多種結(jié)果的理論依據(jù)，例如存在平行宇宙，每一種結(jié)果都可能發(fā)生。另一些人則認(rèn)為，這些研究結(jié)果是本質(zhì)上依賴觀察者的理論(如量子貝葉斯理論)的有力證據(jù)。在量子貝葉斯理論中，主體的行為和體驗(yàn)是該理論的核心關(guān)注點(diǎn)。還有人認(rèn)為，這是一個(gè)強(qiáng)有力的暗示，或許意味著量子力學(xué)將在某些復(fù)雜的尺度上崩解。

很顯然，這些都是關(guān)于現(xiàn)實(shí)本質(zhì)的哲學(xué)問題。無論答案是什么，一個(gè)有趣的未來正等待著我們。(任天)

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