一眨眼,中秋的月亮就不见了?

当我们移开凝望皎月的视线,哥本哈根解释指出,月亮对我们而言,或许已经不复存在了。那么,哥本哈根诠释是否正确,量子力学怎样解释它呢?

这个问题在过去,在那个牛顿和经典力学主宰物理的时代,当然是毋庸置疑的,那时的人民天真的相信万物都按照牛顿定律去运动,那么,月亮当然是存在的,于是决定论应运而生。根据牛顿运动定律,万物都将一成不变地按照某种规律运动,只要给定一个初始条件,那么,在这个事件以后,所有的演化都将由物理定律去决定,这就是著名的拉普拉斯妖注1。这个理论在一定程度上就是说,我们是没有自由意志的,我们必须按照自然定律去做事,即决定论。这当然与现实大相径庭。

虽然我们要肯定牛顿运动定律,但事实证明,经典力学有时并不能完美的预言某些事件,我们当然具有自己的想法,做自己想做的事,于是,量子力学的光明突然普照了我们,并以短短几十年的时间壮大成和经典力学相抗衡的理论。

而量子力学告诉我们,当我们不对月亮进行观察时,月亮并不一定存在。这听起来一定非常荒谬,但量子力学的解释能让你心服口服。在量子力学中有一个理论可以很好的为此问题打下基础,那就是著名的海森堡不确定性理论。海森堡作为量子力学的开门元老,他提出的理论是量子力学最基础的理论,即你不能同时准确得知微观粒子的一对量(比如最经典的位置和动量),你也可以将它理解为你对位置知悉越多,则对动量知悉越少,反之亦然。而在某种程度上,可以理解为当你测量粒子的位置时,你的行为干涉了粒子的动量。然后我们在这里引入另一个类似的原理,即当你不能只观察粒子而不去干扰它,你的观察使眼睛中的光子打在粒子身上并对它造成不可避免的影响,这正如在双缝实验中,你的观察会导致干涉条纹的失去。

以上两个理论都证实了非常重要的一点,你的观察将影响事件的运行。但是如果只是一些光子打在月亮身上,并不会对它造成什么巨大的影响,更重要的是还有一点:哥本哈根诠释。

在量子力学中有一个很重要的理论叫做统计诠释,它是指波函数注2的实际意义,即波函数给出粒子在空间某处出现的概率。一般情况下,波函数在任何地方都不会达到一,因为整个空间才是一,所以哥本哈根学派说,在对粒子进行测量之前,粒子哪儿也不存在,而是以波的形式弥散在空间之中,这正如月亮,当我们不去观察它时,月亮也不存在,并以波的形式弥散的空间中。看到这里,有些人可能会问:“我们为什么还是可以观察到月亮”,这里就要引入另外的一个概念。

假如我们开始对月亮进行观察,并看到月亮在A点,那么,就会认为月亮本来就在A点,所以我们在A点观察到了它,即月亮在A点的波函数概率为一,而并不像之前所说的波函数在任何地方都达不到一,这正与前文相逆,这是为什么呢,原因还是我们的观察影响了月亮的状态,使得大量波函数在我观察前迅速到达A点,并在我们观察的时候使A点的概率达到一,这种波函数移动到某一点的过程叫做波函数的塌陷。因为波函数的塌陷,所以我们还是能在A点观察到月亮。

所以根据量子力学,当我们没有去观察月亮,并且月亮也没有对我们造成任何效应时,我们就可以说,月亮已经不存在了。当然,本文所说月亮是一个形象的比喻,这些理论更多的还是用于微观世界。

注解

1. 拉普拉斯妖就是指给定某个初始条件之后,事件会按照拉普拉斯方程所预言的继续演化;

2. 波函数就是粒子在某处出现的概率。