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这个世界其实是你想象出来的——恐怖的量子力学正彻底
颠覆人类的物理
世界观
朱清时，中国科学技术大学前校长、中国科学院院士、
国务院学位委员会委员、第三世界科学院院士、中国绿色化
学的主要倡导者和组织者、<
/p>
南方科技大学创校校长、
1994
年
获海外
华人物理学会亚洲成就奖和汤普逊纪念奖。量子力学
的诡异现象量子力学也是自然科学史
上被实验证明最精确
的一个理论，但是量子的观念，没有人能够理解。我说的没
有人能够理解，绝不是指像我们这个层次的人，而是说连量
子力学的创始
人都不能理解。
那么量子力学最不好懂的是些什么问题呢？我先把量子
力
学中人们最不好懂的东西介绍给大家，而最不好懂的东西最
后
恰好是证明了：意识不能被排除在客观世界之外。一定要
把意识加进去你才能够认识搞懂
它。
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态叠加与坍缩量子力学的第一个诡异 现象叫做态叠加
原理和坍缩。
为了解释量子力
学观念，我先说说普通人的日常经验。一般
人认为客观物体一定要有一个确定的空间位置
，这种存在，
是不以人的意志为转移的、是客观的。比如说，我的女儿现
在在客厅里面，或者说我的女儿现在不在客厅里面，两者必
居其一。
【女儿可以既在又不在客厅里吗？】但在量子力学里就不一
样了。量子力学就像说你的女儿既在客厅又不在客厅，你要
去看这个女儿在不在，你就
实施了观察的动作。你一观察，
这个女儿的存在状态就坍缩了，她就从原来的，在客厅又
不
在客厅的叠加状态，一下子变成在客厅或者不在客厅的唯一
的
状态了。
所以量子力学怪就怪在这儿：
你不观察它，< /p>
它就处于叠加态，
也就是一个电子既在
A
点 又不在
A
点。
你一观察，
它这种叠
加状态就崩溃了，它就真的只在
A
点或者真的只在
B
点了，
只出现一个。
那有人就会说
了：这是诡辩，你怎么知道电子不观察它的时
候，它既在
A
点又不在
A
点呢？
好，这就是量子力
学发展过程中，很多实验确证的事情，其
中一个最著名最重要的实验，就是干涉实验证实
。
【电子同
时在两处】电子在没有观测的时候，没有确定的状态。所以<
/p>
这件事是量子力学最诡异的事情。懂了这个，就懂了量子力
学最诡
异的东西，而且随后我们就能来证明：量子力学离不
开意识，意识是量子力学的基础。<
/p>
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单体的叠加态：薛定谔的猫刚才说的是量子力 学第一个
诡异之点，现在我们来看看这个诡异之点往下推论，能够推
出什么结果。最后结果会使大家认识到，意识是量子力学的
基础，物质世界和意识不
可分开。这个实验是量子力学的创
始人薛定谔提出的，被称为“薛定谔的猫”
【既死又活的叠加态猫】现在我来说薛定谔的实验是什么：
把一只猫放进一个封闭的盒子里，然后把这个盒子接到一个
装置上，
这个装置包含一个原子核和一个毒气设施。原子核
有百分之五十的可能性发生衰变，衰变
的时候就会发射出一
个粒子来，这个粒子一发出来就会触发毒气设施，毒气一触
发就会杀死这只猫，就是说猫也处于这种既死又活的迭加状
态。这是他想
象中的一个实验。
这个问题一提出来，物理学家一个个都惊呆了，原来
以为只
有微观世界才有这种态叠加，就是状态不确定，既处于这个
状态，又不处于这个状态。现在宏观世界也一样了，猫不就
是这样吗？有一只既死又活
的猫。
这与我们的经验严重违背。这个实验实际上就是“女儿在客
厅里，女儿不在客厅里”变了个样子说出来。这个猫是死了
还是活着
？既死又活是同时存在的，量子力学认为两者同时
存在。
那么怎么可能既死又活同时存在呢？人不能想象这种状态，
于是大家就把这个
实验进一步讨论下去。
【从不确定到确定
可避免意识参与吗？】
1963
年获得诺贝尔物理学奖的维格纳想了一个新的办法，< /p>
他
说：我让个朋友戴着防毒面具也和猫一起呆在那个盒子里面
去，我躲在门外，对我来说，这猫是死是活我不知道，猫是
既死又活。事后我
问在毒气室里戴防毒面具的朋友，猫是死
是活？朋友肯定会回答，猫要么是死要么是活，
不会说是半
死不活的。
他这个说法一出来大家
就发现，问题在哪儿呢？一个人和猫
一起呆在盒子里，人有意识，意识一旦包含到量子力
学的系
统中去，它的波函数就坍缩了，猫就变成要么是死，要么是
活了。也就是说猫是死是活，只要一有人的意识参与，就变
成要么是死，要么是活了，
就不再是模糊状态了。
维格纳总结道，当朋友的意识被包含在整个系统
中的时候，
叠加态就不适用了。即使他本人在门外，箱子里的波函数还
< br>是因为朋友的观测而不断地被触动，因此只有活猫或者死猫
两个纯态的可能。维格
纳认为，意识可以作用于外部世界，
使波函数坍缩是不足为奇的。确实只能这样认为。因
为外部
世界的变化可以引起我们意识的改变。
大家想过没有，牛顿第三定律说作用力与反作用力是相等
的。我们的意识能够受外部世界
的影响而改变，大家都觉得
没有问题，对吧？人的意识就是受外界客观世界的影响改变<
/p>
了，随时都在变化。那为什么客观世界就能改变意识，意识
就不能
改变客观世界呢？
他就说意识是能够改变客观世界的，意识改变客观世
界就是
通过波函数坍缩，就是使不确定状态变成确定的状态，这样
来影响的。
所以波函数，也就是量子力学的状态，从不确定到确定必
须
要有意识的参与，这就是争论到最后大家的结论。
【测量的
< p>核心是人的意识】
自然科学总是自诩为最客观、最不能容
忍主观意识的，现在
量子力学发展到这个地步，居然发现人类的主观意识是客观
物质世界的基础了。
因为量子力学是我们客观物质世界
最基础的理论。刚才说过
了，二十世纪人类技术进展都跟量子力学有关，而且量子力
学经过了最精确的实验验证。
量子力学的基础就是
：从不确定的状态变成确定的状态，一
定要有意识参与。这是物理学的一个重大成就。<
/p>
到这一步，我们对量子力学的诡异已经有所了解了，诡异的
基础实际上是：意识和物质世界不可分开，意识促成了物质
世界从不确定到确
定的转移。
这点很像在佛学中，一个念头一下子使物质世界产生出来<
/p>
了，这样的概念。物质世界产生出来实际上是从不确定一下
子变成
确定的，这两者很类似。
刚才讲了量子力学两个诡异之点，诡异之点到
最后就达到了
物质世界离不开意识，意识是物质世界的基础，意识才使物
质世界从不确定到确定，发生这样的坍缩，也就是变化。
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3 -
多体的叠加态：量子纠缠现在再来讲量子力学第三个诡
异之点，这
个和前面讲的状态有关，是它们的直接结论，叫
做量子纠缠。
量子纠缠与
“薛定谔的猫”
是类似的，
只不过
“薛定谔的猫”
讲的是同一个东西处于不同的状态的叠加，量子纠缠讲的是<
/p>
如果有两个以上的东西它们都处于不同的状态的叠加，它们
彼此之
间一定有明确的关系。这就是量子纠缠。
【纠缠态的
手套】
比方，
我们从北京买了一双手套，
把手套中的一只寄 到香港，
另一只寄到华盛顿，那么寄到香港的是左手戴的还是右手戴
的？
谁都不知道，如果香港的人收到了打开一看，是左手的，那<
/p>
华盛顿的人不用看就知道收到的是右手的，因为手套是左右
配对的
，这是个规则。一旦寄出去了，寄的过程中不确定，
但是一个人只要观测了他收到的手套
是左手的还是右手的，
另一个人不用观测就知道了。这就是纠缠的一个例子。
大家会认为，你看没看它没关系，它早就确定了。但量子力
学大量实验证明，如果把同一个量子体系分开成几个部分，
在未检测之前，你永远不知
道这些部分的准确状态；如果你
检测出其中之一的状态，在这瞬间其他部分立即调整自己
的
状态与之相应。
这样的量子体系的状态叫做
“纠缠态”
。就好比这个手套在
寄出以后，在还没被观测之前，它是不是
确定呢？肯定不确
定。只有在你确定了其中某一个的状态，另一个的状态立刻
就变化了，也变得确定起来了。这种关联就叫作量子纠缠。
大家也许很难理解这个纠缠，说实话，这个已经超出了我们
人类的理解能力的范围之外
，你只能去试图想他、接受他，
跟我们日常生活中的客观经验已经不符了。
【量子隐形传输
——瞬间传输的未来】
这个
例子还说明纠缠的一个重要特点：纠缠一方得到的任何
信息，另一方也会马上感到，不需
要信息传递。这一点很重
要，后面要用到。
这
种纠缠的例子大家还容易理解，但是对于物质世界的纠缠
大家不太容易理解，原因就在于
大家的观念都认为一个事物
永远都有个确定的状态，但是量子力学发现微观世界的事
物，在还没被观察之前没有明确的状态。
大家记住
量子纠缠就是对于多个微观物体，在被观察之后，
它们的状态会从不确定到确定，作一个
有关联的突变。量子
纠缠现在已经变成一个工具了，这个工具可以用来传输东
西、传输信息。
我先来说，非量子力学的经典物理学的信息传输。
比如一位女士有一本书，或者任何信息，她想传输到一位男
士手上去，这个男士在纽
约，两个人根本看不见。
经典物理学的传输方式是女士拿扫描仪来扫描
这本书，扫描
之后通过网络系统，把信号传到男士那去，男士再把它打印
出来，这就是经典信号传输了。
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