第七章水中花
量子世界蕴含的秘密，足以彻底改变人们的世界观。即便是最富于革命精神的科学大师，曾经以相对论颠覆了绝对时空观的爱因斯坦，也难以忍受转变原有固定观念带来的失重感，因而完全无法接受这一全新的理念。
量子论展示的世界的随机性，已经让信奉因果律的爱因斯坦感觉要抓狂了。接下来我们要说的这件事，将更是不可思议，让爱因斯坦更加忍无可忍，直到生命的最后都始终难以释怀。
历史上认为世界只是我们心中虚幻影像的人很多，比如前面曾经提到过的慧能，还有明朝的心学大师王阳明等。但这一观念从未在思想领域占据过主导地位，因为眼前的一切无可争议地证明了世界的真实性，从没有人能够拿出确切的证据来证明它的虚幻，但量子论改变了这一切。
作为20世纪物理学两大发现之一的量子论，比史上任何一种理论都引发了更多的技术革命，核能、计算机技术、新材料、能源技术、信息技术，这些领域的进步都跟量子论密切相关。在量子论的帮助下，我们才有了激光、电子显微镜、半导体；我们能够用上电脑，看上电视，建核电站，这些都和量子论的贡献是分不开的。
然而不可思议的是，量子论在技术运用方面的巨大成功，是在原理不明的情况下取得的。就像古代的人们不知道地球磁场的存在，但他们照样能够发明指南针。虽然量子论在应用方面已经充分证明了它的价值，但是直到现在，物理学界还没有搞清楚它的内在机制和原理是什么。
并不是没有人能够对量子论的原理进行解释，问题是解释版本太多，人们反而不知道该信哪个了。有些版本实在是太离谱，只要是头脑正常的人都不会接受；而最具有可能性的那个解释，其背后的哲学意义却又令人难以置信：它表明，世界的存在是由意识决定的。这样的说法实在太难以接受了，但其它的解释又不能让人满意，所以这对于物理学家们来说，真是一个艰难的选择。
年在马里兰大学巴尔的摩郡分校一次量子力学研讨会上，关于量子论原理的各种解释版本，有人做了一次问卷调查。调查结果显示，相信哥本哈根解释的有13人，多宇宙的8人，隐变量的4人，退相干历史的4人，自发定域理论的1人，还有多达18人坦承自己没办法决定应该如何选择。这个结果足以说明人们对于量子论原理认识的混乱程度，究竟到了何等的地步。
这到底是怎么回事呢？下面我们用一个只要说起量子论，就必然会提到的实验来进行说明。
年托马斯·杨发表了一个非常著名的实验：光的双缝干涉。他把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面，形成一个点光源，然后在这张纸后面再放一张纸，纸上开两道平行的狭缝，后面再放一个投影屏。结果发现，小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，形成了一系列明暗交替的条纹。
很显然这是干涉条纹，干涉是波的特性，实验证明光是一种波。从两条狭缝中穿过的两列光波，形成了干涉现象，波峰与波峰相遇的地方会相互增强，所以在屏幕上对应的位置出现了明的条纹；波峰与波谷相遇的地方会相互抵消，所以出现了暗的条纹。
后来这个经典实验在经过一些改动之后，成为了量子论中的重要实验。人们用电子代替点光源来做这个实验，结果令人意外，屏幕上竟然同样出现了干涉条纹。这种现象相当挑战人们的神经，因为只有波才会产生干涉现象，而按照通常的认识，电子是原子的内部结构，它显然是一种粒子，粒子之间怎么可能相互干涉呢？双缝实验难道能够证明电子其实不是粒子，而是一种波？
更有意思的事情还在后头。我们知道在两列波之间才会出现干涉现象，如果只有一列波，干涉就不可能发生。后来有人稍微修改了一下实验，试着控制电子的数量，每次只发射出一个电子，这样每次就只能在背后的感光屏上激发出一个小亮点。但令人惊讶的是，当人们把电子一个一个通过双缝打在感光屏上时，随着亮点慢慢增多，逐渐地又能看出干涉条纹来了。亮点越来越多，条纹就变得越来越清晰。
这些奇怪的现象应该如何解释？电子到底是一个粒子，还是一种波？假如它是粒子，那为什么在穿过双缝时会像波一样产生干涉现象呢？假如它是一种波，那为什么在碰到屏幕时，它却又会打出一个亮点来，表现出粒子的特征？当它一个一个地通过双缝时，为什么还会存在干涉现象？难道它是自己和自己产生干涉的？或者说后面的电子与前面的电子形成了干涉？
怪事还远不止这些。在人们一个一个发射电子的过程中，只要关闭掉双缝中的任意一条，后面的那些电子马上就能感应到这种变化，打在屏幕上时不会再出现干涉条纹了。甚至在不关闭狭缝的情况下，只要在双缝的后面安装一个探测器，测量电子是从哪条缝出来的，电子就能马上作出反应，干涉条纹立即消失得无影无踪。
电子在穿过狭缝前的一刹那，是如何马上就知道另一条狭缝被关闭了的呢？相对于电子的大小而言，另一条狭缝与它的距离可不是一般的遥远，电子为什么在瞬间就能作出反应？除非它收到了某种瞬时传播来的信号，但这种信号是谁发送给它的？为什么有探测器看着它时，电子马上就改变了行为方式？
因为如何解释以上现象的问题，物理学界闹得不可开交，爱因斯坦和玻尔每次见面都争得面红耳赤，谁也说服不了谁。到了现在，我们手上有了一大堆的解释版本，却没有哪一种能够统一大家的意见，每一种版本都是那么的不可思议。在这里我重点介绍一下影响最大的版本——“哥本哈根解释”，因为这个解释虽然让人感觉相当离谱，但其它的解释还要更离谱得多。
哥本哈根解释的内容主要包括3个部分，除了前面提到过的海森堡的“不确定性原理”和波恩的“概率解释”之外，还有玻尔的“互补原理”。前面两种理论已经够夸张的了，它们认为世界是不确定的，充满了偶然性和随机性。但互补原理还要更可怕得多，因为它居然认为世界是由意识决定的。
互补原理是这样解释的，实际上电子既可以说是一种粒子，也可以说是一种波，这叫做“波—粒二重性”。但在每一个特定的时刻，电子不可能同时既是粒子又是波，而只能是其中的一种。它到底会是粒子还是波，这取决于是否有人在观察它。当没人观察它时，它就是波，以波函数的形式处在一种叠加的状态之中，弥漫于整个空间；而一旦有人观察它时，波函数突然从空间中收缩，集中在一个点上，于是它就变成了粒子。波函数这种奇迹般的变化被称为“坍缩”。
按照这一理论的解释，在前面的实验中电子最初是一种波，它以某种方式同时穿过了两条狭缝，自己与自己发生了干涉。在撞上感光屏的那一瞬间，这时候就相当于有人观测它了，所以它变成了粒子，按照ψ的概率随机打在屏幕的某个位置上。假如在双缝后面装上探测器，那么同样的道理，被观测的电子马上变成了粒子，粒子不会产生干涉现象，所以干涉条纹消失了。
电子的波—粒二重性实际上也体现在不确定性原理中。电子初始状态的不确定性，其实就是它在波和粒子两种状态之间的摇摆，速度代表了波的属性，位置代表了粒子的属性，对于速度测量得越准确，对于位置的测量就越不准确，两者无法同时为我们所知。电子不可能同时既是波又是粒子，两种属性无法同时在电子身上存在，所以我们对波的属性了解得越多，对粒子属性的了解就越少。
读到这里，估计许多人还未必能够看明白哥本哈根解释的实质内容，还没有意会到它的奇特之处。为了便于理解，下面我用更简单通俗的话来说一遍。波是什么呢？它是虚无飘渺的东西，并不是什么实体；粒子是什么呢？它是实在的点状物体。互补原理意味着什么呢？它意味着当我们没有看电子的时候，电子就不是实在的东西，它像个幽灵般向四周散发开来，以波的概率形态飘浮在空间中。但当你一睁开眼睛，所有的幻影就立刻消失不见了，电子的波函数在瞬间坍缩，变成了一个实实在在的粒子，随机出现在某个位置上，让你能够看到它。
我的妈呀！这多像是《倩女幽魂》中的场景啊！当你定睛看时，王祖贤扮演的小倩就站在你的面前，还笑吟吟地看着你呢。但当你一转过身去，她却立刻就消失得无影无踪了。
这能算是科学理论吗？它简直就是一个鬼故事！
更麻烦的是，人们用光子、介子等其它的亚原子粒子来做同样的实验，得到的竟是和电子完全一样的结果，甚至用原子来做也是如此。它表明这种属性不是某种粒子特有的，而是量子世界的共有现象。
这真是一个糟糕的消息。我们眼中的物质实体，都是由各种粒子组成的，所以如果每一种粒子都是在有人观察时才是实在的，没有观察时就只是一种虚幻的波，那么也就意味着由它组成的整个物质世界都应是如此。这说明了什么？难道真的像贝克莱主教所说的那样，“存在就是被感知”，世界是因为观测者的存在才变得真实的吗？
当时有一句广为流传的话，用调侃的语气很好地描述了这一解释：“当我们不看它时，月亮是不存在的”。
此时你是否已经联想起书中一开头就提到过的慧能的话？不是风动，不是幡动，是和尚的心动，难道世界真的是虚幻的，只有意识才是真实的，整个世界就存在于我们的意识之中？
这太可怕了。长期以来我们都认为，世界是客观的，它不依赖于人的意识而存在。你想，宇宙已经演变了亿年，而人类出现的历史不过是短短的几百万年，在之前没有观测者的情况下，世界难道就不存在了？这不管怎么看都是件荒谬的事情。
还有更夸张的事情。以波的形式存在的电子，具有多种可能的叠加状态，只有当它被观察时，波函数才会坍塌成一个粒子。这是否意味着，电子在前面曾经发生过的事情，是后面在意识的作用下才变成了现实的呢？假如是这样的话，那么在事情发生之后，到它被观测变成现实之前，我们是否还有机会可以改变它呢？
要想验证这样的想法并非易事，但高人总是很多。年在纪念爱因斯坦诞辰周年的讨论会上，他生前的同事约翰·惠勒提出了一个惊人的设想，这就是大名鼎鼎的“延迟实验”。
按照哥本哈根解释，在双缝实验中，没有人观测时电子是作为一种波，同时通过双缝产生干涉，在感光屏上出现干涉条纹；但一旦有人观测，它就变成了一个粒子，只通过一条缝，在感光屏上不会再出现干涉条纹。惠勒通过一个思维实验指出，我们可以使电子延迟作出决定，在它已经实际通过了双缝之后，再来选择前面是通过一条缝还是两条缝，是出现干涉条纹还是不出现干涉条纹。或者更通俗一点说，就是可以在电子通过双缝的事实已经发生之后，再来决定或者说修改它前面通过双缝时的方式。
惠勒设计的实验，形式上与双缝实验有所不同，但其原理是一样的。它相当于，我们可以在电子通过了双缝之后，打到感光屏上之前的这段时间里，通过放置或者撤掉探测器的手段，来决定电子在前面通过双缝时，是通过一条缝还是两条缝，是产生干涉还是不产生干涉。
这真是一个令人匪夷所思的想法啊！在惠勒的设想提出5年后，卡洛尔·阿雷带领一个团队做了延迟实验，结果真的证明，我们可以在电子通过了双缝之后，再决定它前面通过双缝时的方式。
这意味着什么呢？难道它真的说明，宇宙演变已经发生的历史，只要在它还没有被观测之前，就仍然是可以改变的吗？任何事情都必须在观测后才能算是最终确定了的，难道宇宙演变上百亿年的历史，都是等到它诞生出了生命之后才成为现实的？真是荒唐啊！
要接受“意识让世界变得真实”的想法，的确需要相当大的勇气。也许你会想了解一下在哥本哈根解释之外，其它版本的解释是怎么样的，看看有没有别的路可走。但在这里要先提出警告，其它版本的解释比这还要更疯狂得多。
排在第二位的“多宇宙解释”，在宇宙学家中很有些市场。它认为电子在双缝前面临选择时，我们的宇宙分裂成了两个互不相干的宇宙，叫“平行宇宙”，每一种可能性就对应着一个宇宙，以此来解释电子的怪诞行为。这意味着，宇宙演变的每一种可能性，都对应着一个平行宇宙，在一些宇宙中梁山伯与祝英台终成眷属，而在另一些宇宙中荆轲干掉了秦王。
明眼人应该能看出来，这种解释采用的是和进化论同样的逻辑。进化论认为，变异存在无限多种可能性，其中必然有一种情况跟现有物种的状态是一样的。而多宇宙解释认为，存在无限多个平行宇宙，它们囊括了宇宙演变所有的可能性，其中必然有一个和我们的世界完全相同。不一样的是，进化论说我们看不见其它的变异，是因为它们被自然选择机制淘汰了；而多宇宙解释则说，我们看不见其它的可能性，是因为它们已经和我们不在同一个宇宙中，它们被分裂到平行宇宙去了！
你是愿意接受“意识让世界变得真实”的哥本哈根解释，还是愿意相信“一个电子的选择就能造成宇宙分裂”的多宇宙解释呢？我们还是接受哥本哈根解释好一些，因为这个解释相对比较简单，而且只要把它想通了，其实我们还是可以很轻松地理解这一理论的，这一点在后面我们会详细进行解释。
哥本哈根解释的说法过于惊世骇俗，所以饱受来自各方的指责、质疑和攻击。然而令人大跌眼镜的是，它经受住了一次又一次的考验，所有试图为了推翻它而做的实验，却都反而更加证明了它的正确。
爱因斯坦对此极为反感，毕生都在为否定这一理论而努力，薛定谔也持同样的立场。然而在事实面前，再负有盛名也无济于事，即便是再不喜欢这一理论的物理学家们，最终都只能无可奈何地接受现实。现在许多人已经只顾埋头享受量子论带来的实惠，再不去管它背后那令人瞠目结舌的哲学意义了。
水中倒映的花朵，虽然美丽却只是幻影。我们眼前的世界，显得是那样的纷繁复杂，多姿多彩，大自然的美妙奇幻，令我们沉醉其中，流连忘返。你怎么可能想象，它会如同《水中花》中唱的那样，“欢爱宛如烟云，似水年华流走，不留影踪”。当我们转过身来，它就化作了一缕轻烟随风而去，消散得无影无踪？
世界是虚幻的，量子论似乎首次为这一说法提供了比较有说服力的证据。然而为什么在我们不观察的时候，世界是虚幻的，当我们定睛一看时，世界却又变得真实起来了呢？这里面到底有着怎样的玄机？
我们很快就要公布答案了，别着急。接下来还要再说一个量子论中的疑案，因为我们希望能先提供尽可能多的线索，让即将得出的结论看起来更加的可信。
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