量子力學裡的「波函數坍塌」是由於人的意識導致的嗎?

2020-12-01 時空通訊

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有一幫人老喜歡將量子力學神秘化,這不又有人提出一個這樣的問題:量子物理中,「意識」導致波函數坍縮,這裡「意識」到底指什麼?

量子物理中,沒有這樣的說法。

這是一個神神叨叨的話題,說這種話的人連量子物理一根毛都不知道,卻硬要不懂裝懂大言不慚憑空臆斷,把自己那一套神鬼玄說往裡套,因此純屬扯淡。

「意識」導致波函數坍塌這是誰說的?量子力學大師們波爾、狄拉克、海森堡、泡利說過嗎?沒有。曾經與上述幾位大師為代表的哥本哈根派對著幹的愛因斯坦、薛丁格說過嗎?也沒有。那麼是誰說過呢?原來是想借量子力學招魂納幡死灰復燃的神鬼玄說,是某些宣揚「科學的盡頭是神學」的一幫子人咋呼的。

他們利用的是量子力學中一些奇異特性,如不確定性原理(測不準原理)、波函數坍塌、量子糾纏等與宏觀事物邏輯相悖的特點,把量子力學神秘化,往神學上引。

愛因斯坦與哥本哈根派之爭。

關於量子力學的這些特性,在上世紀就已經有過一場大的爭論,這就是哥本哈根派與愛因斯坦為首的經典科學派之爭。愛因斯坦的觀點就是,他承認量子力學有其獨特的規律,但這個規律是可以認識的。所謂量子糾纏的鬼魅般超距作用和不確定性原理測不準定律、波函數坍塌等理論,實際上是量子理論的不完備性體現,是量子的一些現象裡面還有一些隱變量沒有被人們發現,通俗點說就是還有一些深層次的規律沒被認識。隨著科學進展,這些規律總會被認識的,這樣量子力學中的這些看起來無法捉摸的事情就會變得可以預測和了解。

愛因斯坦有一句名言,譯意是「上帝不會擲骰子」。這裡的上帝意指大自然規律,他認為自然規律不是抓鬮,而是有跡可尋的。愛因斯坦的鐵桿粉絲薛丁格堅定地支持他這個觀點,提出了一個「薛丁格的貓」來諷刺測不準定律。這個爭論持續到愛因斯坦和薛丁格逝世,也沒有結論。

「薛丁格的貓」就是所謂波函數坍塌的一個典型例子。

波函數坍塌實際上也是不確定性原理的一個延伸,是微觀領域一種特別的現象。微觀領域物質都有波粒二象性,表現粒子在空間分布位置和動量是以一定概率存在的,如量子力學的原子模型,電子就是以「電子云」的方式布滿原子核的周圍,這就是所謂的「波函數」。

當人們用物理方法對電子進行測量時,物質就會隨機選擇一個單一結果表現出來。我們用搖骰子打比,沒被觀測時,就像骰子在搖動的旋轉中,誰也不知道是什麼狀態,這是呈現的是波函數狀態,觀測時骰子就定下了,顯示出某個點子,所以就是「波函數坍塌」。

「薛丁格的貓」思維實驗就是這樣一個設定,他假定有一隻箱子,裡面有一隻貓和一瓶放射性物質,這隻貓的死活完全取決於這瓶放射性物質是否發生衰變,如果發生衰變,這隻貓必死無疑;如果不發生衰變,這隻貓就活著。

量子力學的觀點是當這個箱子沒有打開前,這隻貓處于波函數狀態,誰也不知道這隻貓是死是活,只有在打開箱子的那一剎那,波函數就坍塌了,貓就以明顯是死或是活的狀態出現。

薛丁格的原意是借用這個思維實驗,諷刺所謂「波函數坍塌」理論。

薛丁格認為,人們打開不打開箱子,這隻貓的死活已經決定了,只是沒打開前不知道而已。結論是:這隻貓的死活狀態並不是打開箱子那一剎那決定的。

這是一個生活常識,是一般吃瓜群眾都知道的常識。如果投票,薛丁格的觀點一定會得到90%以上的支持率。但可惜的是,愛因斯坦和薛丁格都是用宏觀的一些常識和邏輯在套用量子領域的現象,後來證明他們是錯的。

事實上,當時哥本哈根派用「以子之矛攻子之盾」的方法,用薛丁格波動方程的「機率」分布解釋「薛丁格的貓」。哥本哈根派認為,不進行觀測,在默認的粒子本徵態下薛丁格方程可以闡述粒子波動規律。但是在觀測下,波函數崩潰,粒子特性無法被認知。

德布羅意和薛丁格共同創建了波動力學以及薛丁格方程,是描述量子力學的一根支柱,為量子力學理論的創建起到了至關重要的作用。

由此薛丁格雖敗猶榮,他依然是量子力學重要奠基人之一。

最終證實愛因斯坦錯誤的是貝爾不等式。

這是美國物理學家約翰·斯圖爾特·貝爾提出的一個數學不等式,該定理是一個有關是否存在完備局域隱變量的驗證理論。實驗表明了貝爾不等式不成立,說明不存在局域隱變量理論可以複製量子力學的每一個預測,也就是意味著愛因斯坦主張的局域實體論預測不符合量子力學理論。

其數學表達式為:∣Pxz-Pzy∣≤1+Pxy

這樣看來,愛因斯坦的確錯了,他們的錯誤根源是用宏觀的理論去套量子力學理論,而我們世界確實存在著量子領域與宏觀領域邏輯不同的特性。貝爾不等式結論得到科學界廣泛認同,從此,哥本哈根派勝出,波爾、海森堡、狄拉克、泡利等幾位大師級科學家成為量子力學正統理論的象徵。

粒子世界的微小,觀測必然擾動是量子特異表現的主要原因。

現在的量子理論認為,不確定性原理主要是基於量子觀測過程受到的幹擾。我們知道,在我們這個世界,尤其是人類世界,所有的觀測活動都需要光,不管多大的物體還是多小的物體,沒有光我們都看不見。

光是電磁波,包含無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等波譜,這些電磁波譜各波段除了可見光,都屬於不可見光範疇。

不確定性原理是描述量子世界粒子運動規律的,這個理論認為人們不可能同時知道一個粒子的位置和速度。這是因為粒子位置的不確定性,必然會大於普朗克常數,遵循不等式:

h為普朗克常數:h=6.62607015×10-34 J·s

在對微觀世界觀測時,人們不可能將粒子位置確定在比光的兩個波峰距離之間更小程度,這樣要精確的測出粒子位置,採用的光波越短越好。而波長越短的光能量就越強,如X射線、γ射線等,這些光照射到粒子上面,粒子獲得的動量就越大,導致測量的不確定性就越大。

測不準定律是粒子世界其他特徵的根源。

而既然量子世界存在不確定測不準的特性,量子糾纏和波函數坍塌等一系列理論,就必然從中引申出來。因此可以認為,不確定性原理(測不準定律)是量子力學種種詭異現象的根源,波函數坍塌、量子糾纏的一些特性,都是源於這個前提的。

這個前提就是觀測必然對量子造成擾動,無法同時確定其位置和動量。

這與什麼「意識導致波函數坍塌」風馬牛不相及,毫不相干。

就是這樣,歡迎討論,感謝閱讀。

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相關焦點

  • 量子力學中「意識」導致波函數坍縮,這裡的「意識」指的是什麼?
    ,我們日常說的人類意識,覺得荒謬嗎?在書中,他提出了「波函數坍縮可能源自觀察者意識」的觀點。因為量子理論不僅適用於微觀粒子,也適用於測量儀器。事實上,所有測量總是經由我們的判斷得出一個確定的結果,這意味著只有意識才能最終讓波函數產生確定的結果。這帶點唯心主義的觀點受到一些人的追捧,並在此基礎上發展出了一些新的理論。1939年,倫敦的和鮑厄進一步闡釋了意識論。
  • 量子物理中,「意識」導致波函數坍縮,這裡「意識」到底指什麼?
    《量子物理中,「意識」導致波函數坍縮,這裡「意識」到底指什麼?》本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。今天有小夥伴私信我,提問:「量子物理中,「意識」導致波函數坍縮,這裡「意識」到底指什麼?」。但我們把原子外面的電子會形容成電子云,這其實是由於測量手段的限制,任何手段對電子的探測都是一個在時間上積分的量,或者說是一個累加量,更直白點說,就是任意一刻鐘的底片的疊加,這個疊加後的圖形像一團雲霧。所謂的波函數塌縮的意思,其實就是那個值瞬間變成了一個確定值,而不再是一個概率。或者說電子出現在固定的位置上了。
  • 量子物理中「意識」導致波函數坍縮,這裡「意識」到底指什麼?
    這是哥本哈根詮釋中所用到的一種思路,但量子力學並非只有哥本哈根詮釋,還有多世界假說,我想其實還可以「發明」出更多的詮釋。科學理論,可以認為就是一種「工具」:科學理論的基礎是感應信息,其上是意識工具的結構化處理。工具處理,可以發明出任意的工具,未必僅僅只有一種。
  • 量子力學解釋意識何以可能
    量子力學可以解釋意識問題嗎?相信在被問到這一問題時,大多數人的臉上都充滿了疑惑。或許在他們看來,意識只是人腦內神經信息之間複雜的計算行為,是一種生物現象,它又如何能和量子力學這一描述微觀世界中粒子運動規律的物理學產生關聯呢?然而,意識研究的過往事實卻對此提出了反駁。自20世紀下半葉以來,有關從大腦中尋找量子效應的研究就從未停止過。
  • 為什麼量子力學的波函數坍縮和「意識」有關?
    在自然科學理論的發展歷史上,唯一涉及到「意識」的理論就是量子力學。不過,這裡要多說一點,並不是說,量子力學和「意識」有關,而是有科學家在往這方面琢磨,不過並沒有成為主流理論。如果不觀測,那電子還會繼續遵守波函數方程。不過,科學家就一直在糾結一個問題:在觀測和沒觀測之間到底存在著什麼樣的機制,可以導致一觀測就出現如此巨大的變化?
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  • 為什麼馮·諾伊曼會說量子力學的波函數坍縮和「意識」有關?
    在自然科學理論的發展歷史上,唯一涉及到「意識」的理論就是量子力學。不過,這裡要多說一點,並不是說,量子力學和「意識」有關,而是有科學家在往這方面琢磨,不過並沒有成為主流理論。這個理論之所以會備受關注,最主要的原因還是提出者是大名鼎鼎的計算機之父:馮·諾依曼。
  • 為什麼馮·諾伊曼會說量子力學的波函數坍縮和「意識」有關?
    在自然科學理論的發展歷史上,唯一涉及到「意識」的理論就是量子力學。不過,這裡要多說一點,並不是說,量子力學和「意識」有關,而是有科學家在往這方面琢磨,不過並沒有成為主流理論。如果不觀測,那電子還會繼續遵守波函數方程。不過,科學家就一直在糾結一個問題:在觀測和沒觀測之間到底存在著什麼樣的機制,可以導致一觀測就出現如此巨大的變化?馮·諾依曼恰好,當時馮·諾依曼就在歐洲跟隨者數學家希爾伯特搞研究,而他研究的領域就是量子力學的數學基礎。他也一直在琢磨這個問題。
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    我們現在知道,電子既是粒子又是波。在圍繞原子核跳動時它表現為粒子,但它伴隨著神秘的波,這就是量子物理學中奇怪的「波粒二象性」。1928年,物理學家馬克斯·玻恩提出:波函數代表在一個給定地點發現電子的概率。換句話說,你絕不能知道電子在哪兒,你能做的就是計算它的波函數,由此知道電子可能在某處的概率。如果在某一點的波函數大,意味著在此處發現電子的概率就大;如果在某一點電子的波函數小,那麼在這個點發現電子的概率就小。
  • 詭異波函數坍塌和薛丁格方程
    答案就是我們這次要說的——薛丁格波動函數(波函數)和薛丁格方程說到薛丁格的波函數和方程就必須先說一個人,正是這個人——德布羅意的出現才出現了薛丁格波函數和薛丁格方程。德布羅意來自在法國那是赫赫有名布羅意家族,僅次於皇室的貴族,這個家族歷代都是是公爵,家族中第1代公爵是法國路易14時代當時的元帥。
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    原本量子力學的表述所針對的就是測量。它也是可以被推倒的。首先,物理學一開始是沒有測量這一步的,後來是量子力學才出現了所謂的測量問題,並且引入了波函數來描述薛丁格方程的波函數解。但是因為量子力學本身是對實驗現象的波函數演算,所以把實驗發現的實際現象簡化到可以用分布來形容,這種簡化會認為這種分布和測量是關聯的,會導致實驗現象不確定性的產生。而在測量時,其實並不是只要給定了基矢就可以確定是什麼,它也要看不確定性項如何影響測量的決定性特徵。實際上這種無知覺狀態下的決定性本質上是計算誤差。
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    首先題主能這麼問,想必對量子力學有一定的了解。但是提問的描述依舊存在問題。題主說的平行宇宙並不是量子力學中的多宇宙詮釋。多宇宙理論很多,平行宇宙和量子力學的多宇宙詮釋不是一回事。並且不是僅從量子糾纏可以導出多重宇宙。
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