如果沒有人類的觀測,宇宙是否還存在?

2020-12-17 科學船塢

有網友提出一個發散性的問題,比較腦洞,他說「如果沒有人類的觀測,宇宙是否存在?」

我記得一本科幻小說中描述的就是這個問題,在伽利略沒有將望遠鏡對準宇宙之前,地球之外的事物以多種可能的疊加態存在,當伽利略使用望遠鏡觀測地外世界後,所看之地量子態均發生坍縮,成為你看到的那一種固定的可能。而隨著人類越來越多的觀測,造成的結果不知道是好是壞,好像一本小說裡是這麼寫的,名字我忘記了。下面就來說說到底有沒有科學依據呢?

20世紀初,量子力學迅猛發展,這是一個致力於微觀世界的物理學,它將人類的物理學帶入了嶄新的世界,隨著科學家的不斷發現,一個個刷新人認知的猜想與理論問世。愛因斯坦作為量子力學的先驅,但是他並不認同哥本哈根學派的看法,於是愛因斯坦聯合羅森、波多爾斯基兩人提出了一個佯謬,後世稱為EPR佯謬,愛因斯坦以此來「攻擊」新生的量子力學所存在的不完備性。

在量子力學出現之前,物理學都是經典實在的,是決定的,但是當量子力學出現之後,許多事情變得隨機起來,愛因斯坦認為這種隨機性恰恰反映了理論的不完備,是不是還有什麼隱藏的變量沒有被發現呢,如果發現了,理論就與經典物理學一樣是決定的是實在的了。在愛因斯坦等人提出EPR佯謬之後,愛因斯坦的鐵桿粉絲薛丁格提出了一個思想實驗,也就是大家都知道的「薛丁格的貓」的思想實驗。

什麼是思想實驗呢,是指暫時還無法做到的實驗或只能在腦海裡完成的實驗。薛丁格的貓這個思想實驗就是為了反對量子力學中的觀點的,量子力學中說觀測可以導致不確定性的結果坍縮為其中一種結果,如果不觀測,目標就是多種可能集合的疊加態。在這個思想實驗中,巧妙地設置了一些條件,讓這隻貓存在「既死又活」的狀態,我們知道在現實中既死又活是不切實際的,正是藉此來反對量子力學的,不過這個思想實驗並未站住腳。

量子力學的核心是薛丁格方程,它的地位就像牛二定律在經典力學裡的地位一樣,基本上大部分的計算都要用到薛丁格方程,正是因為這個方程的被提出,才有了後面關於量子力學的種種詮釋,當然也包括了關於題目的這個腦洞設想。

愛因斯坦曾經說過,「是不是當我們不去觀測月亮了,月亮就不存在了呢?」、「上帝不擲骰子」,其實並不是不去觀測就不存在,而是說按照量子力學的觀點,當不去觀測了,粒子就處在不確定的狀態,它既可能在這裡,又可能在那裡,充滿隨機性,當你觀測了,就擾動了目標系統,從而坍縮為你看到的那一種固定的可能。無論是月亮還是太陽,都是由微觀粒子組成,那麼也可以說當我們不去觀測時,它既可能是這樣也可能是那樣,總之就是混亂不堪的,並不是說不存在。

比如你手中正拿著的手機,你將它放在書桌上不去看它,按照量子力學的說法,它就同時可處在廚房裡、客廳裡、沙發上,當你觀測它了,這麼多種可能性就坍縮為你看到的固定的一種了——你面前的書桌上。

伽利略第一次將望遠鏡對準了宇宙,看到了外面的世界,外面的世界也正因為伽利略的這一次觀測而發生了巨大變化,所有的混亂與不確定都在伽利略觀測的那一剎那變為了確定。回到題目上來,如果人類不去觀測,宇宙是否存在呢?答:當然是存在的,其實前面說了這麼多,都沒有說最重要的一點,那就是量子力學是微觀層面的學問,而非宏觀,到了宏觀層面上,它就失效了。

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