关于意识的讨论,人们通常认为人类无疑拥有意识,但对于其他生物,比如猪、牛、羊、猫,乃至更低等的生物如蟑螂和蚂蚁是否也有意识的问题,长久以来都是科学界的一个争议。
设想一下,如果放在密封箱子中的那只猫有自己的意识,那么这只猫的生死问题便不再是叠加态的问题,因为其自身对观测的反应就足以引起波函数的坍缩。简而言之,猫自己导致了这种坍缩。
另一方面,如果我们将“意识”这一概念仅限于人类,就会带来新的难题:为何人类如此独特,能够影响自然界的叠加态并使其坍缩?这似乎意味着,客观世界的存在与否竟然取决于人类的意识。
这意味着,如果意识真的能引发波函数的坍缩,那么整个宇宙乃至其138亿年的历史,似乎都应是意识的产物。这就引出了一个矛盾:在宇宙诞生初期,尚未有生命存在时,似乎没有任何因素能引起宇宙波函数的坍缩,那么当时的宇宙应当是模糊不清的,就像概率云一样。
而这种状态一直延续到首个意识体的出现,在那个意识体首次观测的瞬间,整个宇宙被揭示,呈现出我们今天所看到的样子。甚至可以推断,138亿年前的宇宙大爆炸,可能只是某个意识体的一次观测,才让我们的宇宙瞬间成形。
如果事实真的如此,那么这将彻底颠覆我们对人类认知的现有理解。因此,在讨论此类问题时,哥本哈根诠释总是小心翼翼地避开关于意识的话题。因为以波尔为首的哥本哈根诠释学派清楚地意识到,在物理学领域中引入意识是一个不明智的选择。
然而,不论我们是否愿意,如果对哥本哈根诠释进行深入探究,最终都会引导我们到达一个结论:意识导致了波函数的坍缩。
物理学家们设计出将某人放在密封箱子中进行观测的思想实验,其初衷并非是为了证明意识对叠加态的影响,而是为了质疑哥本哈根诠释,揭示其内在的不一致性。如何理解哥本哈根诠释的这种不一致性呢?
一些物理学家提出了更加大胆的多世界诠释。
该诠释认为,观测具备明确的物理含义,它实际上是观测者与被观测系统之间的互动作用,而这种作用只能通过量子力学来解释。观测者本身并无特别之处,与测量设备没有本质区别,观测行为及其结果都是由量子力学所描述的。
而量子力学的显著特性之一就是叠加态和纠缠态,它们会导致物体失去其独立存在的状态。
以薛定谔的猫为例,当我们试图将观测者与密封箱子这个系统割裂看待时,就已经出错了。因为在观测者实施观测的一瞬间,就已经与箱子内的猫及系统产生了纠缠,观测者和猫都失去了其独立性。
这就意味着,当我们问“猫是生还是死?”这个问题本身已经失去了意义。为什么呢?
因为无论是观测者还是猫,都不再是孤立的,整个系统都陷入了纠缠。因此,我们对猫状态的任何描述,都必须建立在观测者已经获得某个状态的基础上。
换言之,猫和观测者都是相对于彼此而存在的,两者都是由对方的状态所构建。用通俗的话来说,整个系统的所有叠加态都是存在的,只不过它们是相对于观测者而言的。
因此,无论观测者在何时进行观测,其本身的状态已经与猫的某一状态建立了联系,这一点同样可以通过薛定谔方程得到验证。
这意味着,观测者实际上并不是以一个孤立的个体进行观测,而是以“叠加态”的形式进行观测,这种叠加态与猫的叠加态相对应。
你可能会觉得这似乎是一个复杂的问题,因此可能会质疑:我不想了解得这么深入,我只是想问,猫到底死了没有?
只能说,很抱歉,你想要了解的“猫”恐怕连它自己都不清楚是什么,因为通俗来说,这只猫失去了其独立存在的意义,它只是与整个箱子系统甚至是整个宇宙纠缠在一起的一个波函数。
因此,关键在于,无论是猫还是观测者,都无法与宇宙环境完全隔绝,即便你有能力移除整个系统中的所有物质,包括可见和不可见的物质,但你无法移除引力场,还有其他各种场,以及宇宙微波背景辐射。
此外,与宏观物体的相互作用完全不同,量子纠缠是长程的,理论上可以跨越无限的时空距离而保持纠缠。因此,整个系统不可能完全与宇宙环境的相互作用隔绝,最终必然与宇宙成为一个不可分割的整体。
进一步来说,宇宙中的所有叠加态都将与观测者的状态产生纠缠,也就是说,宇宙同样拥有“波函数”,坍缩后的某个宇宙与死猫相关联,而另一个宇宙与活猫相关联。
从数学角度来说,高维度希尔伯特空间的某个断面,实际上就是宇宙波函数坍缩后的一种结果。当然,这种结果并非唯一,可以分为多种,也就是不同的多个世界,即所谓的多世界。
通过对希尔伯特的高维空间进行数学分析,两个世界之间发生重叠的可能性非常小。换言之,我们不可能从一个世界去感知另一个世界。也就是说,不同的两个世界,就像两条永不相交的平行线。
因此,我们可以认为,量子力学不过是希尔伯特高维空间中的一种矢量描述,并不存在所谓的经典状态,所有的叠加方式实际上都是等价的,我们可以用任何形式来描述波函数,也就是说,一只活猫或死猫的状态,完全可以被看作是“活猫与死猫”两种状态的叠加。
具体来说,波函数就像是希尔伯特高维空间中的一个矢量。对于这个概念,可能难以直观理解,但如果我们将其比作一个高维空间的骰子,骰子的每一个面代表一个经典世界,而我们处于低维空间,只能看到骰子在低维空间的投影。理论上,骰子可以从任何角度投影到低维空间,但在一个非常特殊的角度,低维空间的我们才能看到骰子的一个确定面,在其他任何角度我们看到的都是骰子多个面的叠加状态。
从理论上分析,我们看到骰子某个确定面的概率极低,我们通常看到的都是多个面的叠加。
根据多世界诠释,实际上并不存在叠加态坍缩为确定态的过程,因为所有叠加态的可能性都已经发生,每个世界中的不同“你”实际上都见证了每一种可能性的发生。
然而,问题又出现了,究竟哪个世界的“你”才是“真正的你”呢?由于每个世界的“你”都有意识,这个问题最终演变成了“多意识”的问题。
虽然意识之谜尚无定论,但其核心特征在于确定性与自知性。若意识纠缠于万物,模糊不清,自然谈不上独立的意识存在。换言之,具备自我认知能力的意识,必须从本质上区别于混沌的外界。
进一步说,多元宇宙的构想并非空穴来风。量子态的叠加与不确定性并非虚无,它们和我们日常生活中的现实同样真实。所不同的是,多重宇宙是从不同角度解读,导致宇宙波函数的不同崩溃形态。
从数学角度看,非经典的状态皆无法形成自我意识,自然也无从谈起意识。而被我们所认知的宇宙面,必然是在确定性意识的视角下呈现的。
因此,多意识理论认为,并非世界分裂,而是观测者的意识发生分裂。是意识从不同角度观测,导致波函数的崩溃,进而观测到不同的结果。而“你”,只是偶然选择了某个特定的观测角度,从而看到了相应的结果。
另一个疑问是,如果多世界诠释能让我们预见未来的世界分支,那么量子力学中的概率问题又如何解释呢?
多世界诠释告诉我们,我们无法预知自己将出现在哪个分支世界中,这正是不确定性和概率的本质所在。
何为“后观测过程”?退相干,即量子系统与环境的相互作用,往往是在极短的时间内完成的。换言之,在极短的时间内,世界分支已经形成。但与此相比,意识的产生则缓慢得多。这意味着,在我们观测的一刹那,实际的世界分支已定,只不过我们还浑然不知。经过一段时间后,我们才会意识到自己存在于哪个世界分支中。
由此可见,在多意识理论下,我们所观测到的每一个结果,都不过是特定意识的特定观测视角。而意识选择视角的那一刻,也就定义了“自我”。
那么,“我”究竟意味着什么?“我”必定是一种自我意识,并且与外界截然不同,是确定无疑的。否则,若“我”与整个世界纠结不清,那么“我”将不复存在,世界也将失去意义。
通过上述分析,我们可以得出结论:单个世界中的量子力学无法自圆其说。这意味着,若量子力学是普适的,那么多世界必然存在;反之,若多世界不存在,则量子力学亦无法自洽。
这种不自洽性可能表现为我们需要一个独立于量子力学之外的观测者。简言之,量子力学无法自洽地描述使用它的观测者。
归根结底,在单个世界中的量子力学自洽性和多世界诠释之间,我们只能选择其一。
量子力学经常面临的疑问是:某个事件在此世界发生的概率是多少?但在多世界诠释下,这一问题便转化为:在无数世界分支中,哪个“我”才是真我?
从多意识理论出发,这个问题又会演变为:在众多意识分支中,如何准确界定“我”?
此类探讨很容易偏离科学范畴,甚至触及哲学领域。然而,我们无法回避这个问题,因为“我”的概念在我们日常生活中无处不在,正因为我们对其太过熟悉,反而对其视而不见。
这触及了哲学上的“自我定义”问题,而这一问题在逻辑上必然是不尽完美的。因此,我们的世界必定是充满不确定性的,存在概率的。
当我们以“我”的角度进行观测时,所谓的意识坍缩与多世界理论、多意识理论实际上已经融为一体。于是,当我们放下所谓的“客观现实”,从“我”的视角来审视万物,多世界理论与单世界理论这两个看似无法相容的概念,竟然奇迹般地保持着一致与和谐。