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我（译者注：本文作者）从来不是体育迷，更别说狂热粉了，但这次我总算体会到那种心情了。我正在读牛津大学物理学家弗拉季科・韦德拉尔（Vlatko Vedral）的新书《通往新现实的入口》（Portals to a New Reality），看着看着竟对着书页大喊大叫，活像体育迷对着电视咆哮。当韦德拉尔写道，量子力学的哥本哈根诠释“包含了大量关于世界由何构成、如何理解其最基本过程的误解”时，我感觉血压飙升；当他宣称“量子物理不需要观察者”时，我猛地从座位上跳起来：“有种当着尼尔斯・玻尔（Niels Bohr，译者注：量子力学的奠基者之一，哥本哈根学派创始人）的面说这话啊！”
韦德拉尔的书只是近期众多同类书籍中的一本 —— 这些书把玻尔、沃纳・海森堡（Werner Heisenberg）及其同事描绘成笼罩在量子物理领域的卡通反派，让这一理论变得比实际上要玄乎得多。韦德拉尔本质上是“多世界战队”的一员（尽管他不喜欢这个名字），这让他与坚持“观察者扮演核心角色”的“哥本哈根战队”站到了对立面。在哥本哈根诠释中，必须有观察者才能得到测量结果 —— 粒子要么在这里、要么在那里；薛定谔的猫要么活着、要么死了；而在多世界诠释中，从来没有单一结果，只会在一个世界里有活猫，另一个世界里有死猫。既然所有可能的结果都会发生，观察者就没什么特殊作用了。韦德拉尔写道：“量子物理中的测量和其他任何量子过程没区别，仅此而已。”或者，就像我曾听物理学家布赖恩・格林（Brian Greene，另一位多世界诠释支持者）说的，量子测量“不过是物质与物质的相互作用”。
这种看似务实的论调（如果“相信存在无数个分支平行宇宙，每个宇宙里都有一个不同版本的你在经历所有可能发生的事”也能算“务实”的话），本意是想比他们描绘的“哥本哈根卡通形象”更科学、更稳重 —— 在他们口中，哥本哈根诠释认为“没人观察时，现实就不存在”。
那么问题来了：每当有一种量子力学诠释宣称要把观察者“驱逐出境”，最终都会把观察者藏在理论的某个角落，或者偷偷从后门放进来。要是开启“垃圾话”模式，旁观者可能会建议这些理论家：把你们的无数个世界打包进无数个行李箱，乖乖爬回丹麦去（注：哥本哈根学派起源于丹麦）。
哥本哈根诠释的真实观点
下面才是哥本哈根诠释的真实观点：当两个物体（比如测量装置和它要测量的对象）相互作用时，我们无法把这个组合系统整齐地拆分回两个独立物体。它们是纠缠的、交织的。这要归功于普朗克常数的有限值 —— 它是“作用量”的最小可能单位（作用量是物理学中衡量系统势能与动能随时间转换的物理量）。由于普朗克常数不能再分割，它给这种相互作用赋予了一种“颗粒感”，让我们无法以明确的方式拆分它，没法确定哪部分属于哪一方。事实上，它甚至让我们不能认为这两个物体曾经独立存在过。我们并非先有物体，再发生相互作用；而是先有相互作用，之后才不得不将其拆解为“物体”—— 但根本没有清晰的拆分方式。
这和相对论里的情况很像：由于光速是有限的，不存在一种 “最优方式” 能把时空拆分成空间和时间。而在量子理论中，由于普朗克常数是有限的，不存在一种“最优方式”能把相互作用拆分成任何独立部分。要得到具体的测量结果 —— 比如粒子位置为 x，或动量为 p —— 我们必须决定把相互作用的哪部分称为“粒子”，哪部分称为“测量仪器”。既然大自然没有给出唯一的、绝对正确的划分方式，我们只能凭感觉来，而且要记住：我们得到的结果并非揭示了世界预先存在的某个事实，而是相对于测量环境和我们这种任意划分的决定，创造了一个新事实。
所以当“无观察者战队”说量子测量“不过是物质与物质的相互作用”时，他们的意思是：我们不用做这种划分。粒子撞上测量仪器，两者纠缠在一起，故事就此结束。但这绝不可能是故事的结局，甚至连开端都算不上。因为如果存在的只是一个巨大的、纠缠的“混沌体”，谁来决定哪部分是“粒子”、哪部分是“测量仪器”呢？如果实验开始前，你就已经从世界中划分出一块并贴上“测量仪器”的标签，那你一开始就偷偷把观察者塞进来了；如果没有 —— 如果只有纠缠态 —— 那根本就不会有任何测量结果，无论在这个世界，还是其他任何世界。
退相干
这时候，看台上的多世界诠释支持者可能会开始高喊“退相干！”（Decoherence）。但 退相干—— 也就是量子特性泄露到更大范围的世界中，留下“客观物体”假象的过程 —— 正如你猜到的，依然需要观察者。是观察者将世界划分为“研究系统”和“环境”（环境被定义为观察者选择忽略的世界部分），只有这样，系统中的量子相关性(quantum correlations)才能悄悄溜进复杂的环境中，消失在视野里。要是观察者决定也监控环境，退相干就不会发生了。
这就是“无观察者”论调的症结所在：你没法从内到外地讲述这个故事。你不能先假定存在一个已经拆分成空间和时间、包含独立系统、测量仪器和环境的世界，再谈论物体相互作用和纠缠 —— 因为在“无观察者”的故事里，这些东西一开始就无法定义。作为多世界诠释的支持者，你甚至无法不引入观察者就定义“世界”或“波函数分支”。这就是为什么美国物理学家休・埃弗莱特（Hugh Everett）提出如今被称为“多世界诠释”的理论时，并没有过多谈论“世界分支成平行现实”，而是更多地提到“观察者分支成观察到或未观察到不同结果的平行状态”—— 这也是韦德拉尔不喜欢“多世界”这个名字的原因。
那韦德拉尔为什么这么急于把观察者从量子物理中驱逐出去呢？他研究的是量子信息论，设计的实验旨在证明：我们通常在微观系统中观察到的量子效应，在更大的尺度上依然存在 —— 比如分子、病毒，甚至人类身上。但他说，要让这一点成立，观察者就不能扮演特殊角色；他们必须和其他所有事物一样，用量子力学的方式来描述。韦德拉尔写道，当我们“认真对待‘世界比大多数物理学家意识到的更具量子特性’这一观点时，我们终将在物理学上取得进展，最终把量子力学与我们对时空和引力的理解统一起来”。但他认为，哥本哈根诠释及其“观察者”概念，正在阻碍这一进程。
韦德拉尔写道：“哥本哈根诠释极大地强化了如今物理学界的共识 ——量子物理太‘怪异’，无法在宏观尺度上成立，而且宏观层面的量子效应无法通过实验获得。”
这完全是一种误解。玻尔早就明确表示，宏观测量仪器，甚至观察者本身，都始终可以用量子力学来描述。玻尔写道：“量子特性同样影响对观察主体和观察对象的描述”，同样，“在普通物理意义上，独立的现实既不能归因于现象，也不能归因于观察主体”。量子特性贯穿始终。哥本哈根诠释的核心从来不是否认这一点，而是要解释：既然如此，我们为什么依然能得到明确的测量结果？我坐在这里，杯子在那里，不存在半死半活、还在到处走的家猫。
另一方面，多世界诠释无法解释“为什么事物会呈现出具体形态”。因为没有观察者，剩下的唯一要素就是单一的、宇宙级的波函数 —— 一个巨大的纠缠态，从技术上讲，它只是一个在抽象数学虚空中永恒旋转的矢量。什么都不会发生，里面什么都没有：没有粒子，没有物理学家，没有杯子，没有猫；没有测量结果的假象，没有世界的分支；没有可看的东西，也没有人去看。因此，抛弃观察者，就等于抛弃了经验科学。不管你对那位丹麦物理学家（指玻尔）有什么看法，这都是一个奇怪的举动 —— 毕竟，你用来假定这个“永恒矢量”存在的理论本身，就是通过实验和观察得出的。
当然，韦德拉尔希望自己的实验能得到结果，所以他不得不像所有人一样，偷偷把观察者塞回理论中。他向我们保证这没什么大不了的，不会威胁到现实固有的量子特性。他坚持认为，我们在哪里划分“观察者”和“被观察对象”的界限，“完全是任意的”。嗯，没错 —— 这正是哥本哈根诠释的核心观点。这些划分并非客观存在，而是观察者必须做出选择，从而塑造出世界的 “分割界限”。
但“选择”这类词汇让物理学家感到不安，所以他们通过把哥本哈根诠释描绘得比实际更神秘来自我安慰。他们总爱翻着白眼说：“没人看的时候，月亮肯定还在那儿啊。”
月亮在不在？
咱们就把“月亮问题”说清楚吧。事实是：没人观察时，我们不能说月亮“存在”；但同样，我们也不能说月亮“不存在”。这不是说天空本来是空的，直到有人抬头看，月亮才突然冒出来 —— 而是说，我们无法谈论作为“独立物体”的月亮，因为量子理论不承认独立物体的存在，只承认我们可以划分为“月亮”的测量结果。玻尔写道：“我们不再能谈论物理物体的自主行为，这种分析在原则上是被排除的。”
玻尔说，我们对“事物”—— 无论是原子、椅子还是行星 —— 的概念，都植根于一个假设：“我们可以清晰地区分物体的行为和观察手段”，但在量子力学中（由于普朗克常数的有限值），这一点是做不到的。
所以问题不在于：世界上的物体在没人观察时都在做着怪异的量子行为，直到遇到观察者的严厉目光，才奇迹般地恢复“正常”。真正的问题在于：我们那种“世界本来就被拆分成一个个独立物体”的整个认知框架，从一开始就是错的。哥本哈根诠释的反对者说它“激进”，这没错 —— 但原因并非他们声称的那样。它的激进之处不在于“赋予观察者的意识创造现实的力量”，而在于它动摇了自 17 世纪现代科学起源以来，我们组织世界的核心分类方式。
韦德拉尔似乎认为，只要我们能重新设计大脑，直接感知世界的量子特性，就能回到那些传统分类 —— 回到一个“物质与物质相互作用”的完全客观的世界。韦德拉尔建议：“我们需要将专门设计的微芯片与大脑现有的机制结合起来，这些微芯片能执行这些量子测量”，并指出这将带来“一种比药物更接近基本现实的体验”。
当然，在我们新的量子感知生效之前，我们依然需要观察者来定义“大脑”“微芯片”和“测量”这些物体。但那之后呢？我们会以不同的方式划分世界吗 —— 定义不同的物体，模糊它们的边界，重新绘制我们自身的界限？这确实很奇妙 —— 但本质上依然符合哥本哈根诠释的核心精神。
量子贝叶斯主义
我同意韦德拉尔的一点是：还有很多深刻的问题有待解答，目前还没有任何一种量子力学诠释真正“赢得这场比赛”。所以，无论在哪个宇宙，你都不会看到我穿多世界战队的队服，但我也不会为哥本哈根战队摇旗呐喊。
就我个人而言，我支持 QBism（量子贝叶斯主义，Quantum Bayesianism 的缩写）。这种诠释起源于哥本哈根，经由得克萨斯州发展，最终在波士顿等地落地生根。其“战队副队长”克里斯托弗・富克斯（Christopher Fuchs）重视哥本哈根诠释中深刻的形而上学启示 —— 我们不能把自己看作 “独立于现成的、可第三人称描述的客观世界之外的旁观者”，并将观察者及其决策置于核心位置。
量子贝叶斯主义者在哥本哈根诠释的基础上，加入了决策论、个人主义贝叶斯概率、量子信息论和早期美国实用主义哲学的元素。正如富克斯所说：“我们最终得到了一种与玻尔的诠释大相径庭的量子理论诠释，但它的根源始终清晰可见。”QBism的核心是：主体通过作用于世界、划分现实，参与到宇宙中源源不断的新奇与创造力的涌动中 —— 而这个宇宙本身就在不断生成新的可能。
但 QBism 仍是一个未完成的项目，这意味着我还在“看比赛”，还在对着“电视”大喊大叫。观察者是通过自己的行动把自身从世界中“划分”出来的吗？这就是“观察者”的本质吗？不同的观察者沿着不同的“界限”划分世界，又该如何协调彼此的差异？玻尔曾对海森堡说：“我相信，原子物理的发展教会我们的最重要的一点，就是我们必须学会更微妙地思考。”我想，这不仅是量子物理的“艺术”，也是它的“魅力所在”。
作者：Amanda Gefter
翻译：姬子隰
审校：7号机
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【互动问题：如果三个 “量子战队”（哥本哈根、多世界、QBism）来 “拉票”，你最吃哪一套说法？为什么？】
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编辑：姬子隰
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不代表中科院物理所立场
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