附录二 量子力学诠释

量子力学不是一门被理解得很清楚的学科。它对现实世界的意义的解释从本质上是模糊的。“外面的世界”是真的吗？物体之间的相互作用是否仅限于因果联系中的物体？虽然数学预测（以统计趋势的形式出现）已经经过了精确的检验，但一些关于世界的潜在问题——以及我们应该持有的世界观——并没有被当前的理论所回答。在这里，我将打开一扇足够大的窗口，让我们看到这些问题如何与本书中涉及的主题相关。

总的问题被称为测量问题。它反映了一个实验事实，即一个可以测量的系统的状态既反映了测量的方式，也反映了系统本身。因此，我们必须在一定程度上考虑进行测量的人和用于测量的物体。

此外，数学表明，任何物体在没有被观察时都会逐渐进入许多可能的状态，就像本书讨论的可能性之树。但根据常识，这似乎不是正常物体——椅子、人、月球——的行为方式。因此，我们只能试图理解为什么宏观物体（即大到足以看见的物体）对我们来说是“正常的”。在“薛定谔的猫”这个思维实验中，一个人把他的猫放在一个盒子里，这样他就无法获得关于猫的更多信息。然后，他还在盒子里设置了一种杀死猫的方法，比如一小瓶毒药，连接到一台只有在放射性铀原子衰变时才会触发的机器上。现在，我们知道放射性衰变是一个量子过程，可以用一个有分杈的可能性之树来描述。因此，在代表着发生放射性衰变的树杈上，有毒物质被释放，猫就会死亡，而在其他树杈上则不会。我们必须合乎逻辑地得出这样的结论：即使像猫这样的大物体也可以用可能性之树上的树杈来描述。

那么，为什么猫在现实生活中不是这样既活着又死了呢？在我看来，这个问题揭示了一种不幸的误解。人们花费了大量的精力来解释这个直观而明显的“事实”，但它却根本就不是一个事实。原因是人们永远不应该期望看到一只猫的量子叠加状态，因为量子叠加只发生在我们不观察猫的时候。因此，我们与猫的任何互动，或者与世界的其他部分的互动，将总是会提供一个确定的结果。我们总是会看到一个“经典”的世界，即使那个世界是纯量子的，因为那正是“看到”所做的。放射性原子也是如此：如果我们与它相互作用，它就总是处于一定的状态，所以我们也看不到微观物体的量子叠加，而只是从统计数据中推断出来。量子力学研究的是当我们没有观看的时候，世界在发生什么。

然而，许多努力被用来解释那些本质上是形而上学的观点，而不是科学的观点。主流观点提出了关于宏观世界的命题：它既是确定的（猫处于单一状态），也是客观的（“外面的世界”存在，但没有定义谁在观察它）。宏观世界是确定的，这个命题是一个形而上学的假设，它往往符合人们对世界应该是什么样子的认知偏好。宏观世界是客观的，这一命题已被证明是错误的，即使在主流观点中也是如此。因此，在我看来，这种观点既没有理论支撑，也没有事实支撑。

目前被广泛接受的解释宏观世界正常现象的观点被称为“退相干理论”（decoherence theory）。下面是它的工作原理。在第七章中，我们讨论了太空中卫星上的一面镜子，它能将仙女座星系的光粒子反射到休斯敦或芝加哥的实验室。你可能会想，当光线从卫星的镜子反射回来，甚至在它到达卫星之前被太空中的尘埃反弹开来时，它被卫星或尘埃“观察到”，此时它可能的历史坍塌为一个现实。这是退相干理论的观点，即宇宙中的所有事物都扮演着“观察者”的角色，所以这些量子存在的可能性不会持续太久。然而，为了确立这一观点，退相干理论假设“环境”不遵循量子力学的法则，或者更准确地说，量子力学奇怪的方面在统计上被大量的粒子群冲掉了。换句话说，光并不是以一棵可能性之树的形式存在的——它只是一个单一的确定状态。在关于这个命题的准备工作中，其主要提出者说：“我们也可以自由地假设存在一个（确定的）环境。”括号中“确定的”这几个字是我补充的，强调他似乎把我所说的宇宙的“客观确定”本性视为理所当然。

我的研究很大一部分是为了支持另一种观点，即“关系性”。在一个关系性的宇宙中，退相干仍然会发生，但只是作为实体之间的一个相对过程。当两个物体相互作用时，它们很快就相互关联起来，退相干就描述了这一过程。但是这两个物体相对于其他物体，没有发生退相干。当然，关系性表明，卫星和太空尘埃确实能观测到光，但它们不能消除所有的可能性。相反，它们本身进入可能性。如果你不能打败它们，那就加入它们。换句话说，可能性之树是相对于每个观察者来描述的。

第七章中描述的光的无时性把我们引向关系性的观点。因为光之旅的起点和终点总是同一个事件，在未来，光线是反射到芝加哥，还是反射到休斯敦，这取决于人类的自由选择，那么光的状态必须取决于是谁或什么在测量它。例如，想象一下光从卫星上反射之后，尚未到达地球、仍在地球大气层中穿行的那一刻。从卫星的角度来看，情况已经确定。但对于休斯敦一名等着看是否能探测到光的实验室技术人员来说，光的状态还没有确定。此时怎么能够确定呢？当光离开仙女座时，在某些可能性中，它与他们实验室的探测器有一种没有时间性的联系。光的产生和它在休斯敦被探测到一起构成了一个单独的（可能的）事件。不可能有中间事件改变同时存在于过去（光离开仙女座）和未来（在休斯敦探测到光）的可能性。

这是一个很难的话题，我已经在别的地方讨论过了。在这篇文章中，我们已经相应地假设了关系性是真实的，并且“薛定谔的猫”的状态描述了我们所知道的整个世界。然而，每当我们看到某物时，那些众多的可能性总是给我们一个明确的、显然非量子的单一版本。如果事实并非如此，那么这本书的前提就有问题了。

同样有争议的是我的另一个前提，即定性体验是自然的基本构建模块。哲学和认知神经科学领域对这个问题都有研究，但是两者都不在我的专业范围内。这一观点的支持者包括哲学家大卫·查尔默斯，他的博士论文为整整一代研究人员定义了这个问题。这一观点也不乏批评者，如哲学家丹尼尔·丹尼特（Daniel Dennett），他声称根本没有必要用定性体验来描述现实，因为定性体验可以用物理学、化学和生物学中描述的更基本的物理性质来解释。

虽然有些人认为这场辩论纯粹是哲学上的，但我怀疑它会导向像共时性这样可测量的现象，因此最终可以被测试并进入物理领域。