量子史话29︱非定域性，意识难题，随机性，波函数坍缩如何理解？

　　关于量子史话，已经写到了第29篇，如果你是从第一篇看到了现在，那么恭喜你，作为科普的目的，你已经大致上了解了整个量子力学诞生的过程，而且对其中的一些基本原理也已经有了一定的了解。

　　除了可以当作饭后的谈资和朋友们讲讲量子力学以外，还能在女朋友面前展现你的博学多才。更重要的是，让你对这个世界有了更深一层的理解。

　　我觉得人活一世，最大的糊涂就是，对我们来过的这个世界完全不懂，不知道太阳为什么发光，只知道它很亮，不知道为何会有四季变化，只知道天冷了穿衣，不知道玻璃为什么透明，只知道它可以为你挡风的时候，不妨碍你四处张望。

　　如果有人问你，知道这些有啥用，你可以直接说，这可以把人与动物区分开来。

　　好了，我们开始今天的主题！

　　我相信，你在看完了量子力学之后，也跟我一样陷入了沉思，感觉自己好像懂了些什么，但又感觉什么都不懂。

　　不要紧，毕竟费曼曾经说过，没有一个人真正懂量子力学！那更何况我们这些凡夫俗子呢。虽然量子力学诞生到现在已经快一个世纪了，但依然有很多难题，无法彻底地给出让每一个人都满意的答案。

　　比如波粒二象性，一个电子，或者说一个实物粒子，它既有波的性质也有粒子的性质，那么你如何去理解这种波粒二象性，这种波和粒子的叠加态？

　　我相信没有一个人能够在脑海中构建出一个既是波又是粒子的图景，为了回避这个波粒之间矛盾，波尔的互补原理说，在没有观察电子的时候，你不能对它是什么进行描述，也就是说，没有观察的时候，电子什么也不是。

　　只有在你通过特定的手段测量了电子以后，电子才会展现出波或者粒子的性质给你看，至于它会展现出粒子，还是波，这完全取决于你的测量手段。

　　所以玻尔更进一步否定了独立于观察者的客观现实性的存在，甚至认为，我们在没有观察电子的时候，电子都不具备位置，和动量这样物理属性。

　　为了回避波粒二象性的矛盾，我们不得不把观测者引入物理学，作为量子力学中的一个基本假设，那么玻尔的互补原理是不是真的描述了现实世界的本质？这谁也说不准，但就目前来看，没有任何问题。

　　再一个就是量子力学中的随机性，也就是波恩对波函数的概率解释，如果一个量子客体处在多种可能状态的叠加态当中，我们在没有观察它的时候，它并没有确定的性质，但是当我们测量以后，它的波函数就会随机的坍缩到一个可能的本征态当中。

　　至于是哪个本征态，这是完全随机的，这跟我们经典世界中的随机不一样，比如我们抛硬币，正面还是反面在我们看来就是随机的，但是这个随机的基础依旧是决定性的，只要我们愿意算，知道了银币出手那一刻的状态，知道了硬币落地过程中所有的影响因素，完全可以算出它是正面还是反面。

　　但是量子世界的随机那才叫真随机，没有任何因果的关系的随机。那么你如何解释，为何这个世界从本质上是随机的？

　　再一个波函数坍缩问题，波函数为什么会坍缩？是什么导致了波函数坍缩？波函数坍缩背后的机理是什么？波函数坍缩是一个变化的过程，还是瞬间完成的？

　　这些问题我们都无法解释，因为我们现在对波函数的坍缩无法进行数学描述，只认为它就是一个瞬间选择的过程，不对其进行描述。

　　如果你认为是观测本身导致了波函数坍缩，那看过上节薛定谔的猫以后，就会出现一个新的问题，你如何定义观测者 ?什么样的观测者会导致波函数坍缩？什么样的观测者不会？

　　如果你顺着这个思路往下思考，肯定会遇到意识难题，最后得出一个结论，有人参与的观测过程会导致波函数坍缩，由于唯独人有意识，所以是意识导致了波函数坍缩。

　　就这样意识恶魔，光明正大地走进了科学殿堂。只要是你信奉哥本哈根的解释，就难逃意识难题。

　　最后一个非定域性，先解释下什么是定域性，不存在超光速的相互作用就是定域性，我们现实世界的作用过程有光速极限的现实。那么非定域性，就是存在超光速的相互作用。

　　这说的是啥？量子纠缠的证明，意味着量子力学是非定域性的，两个纠缠粒子确实存在瞬时的某种联系。

　　测量一个，另外一个立刻会做出回应，不管相距多么遥远。人类目前还搞不懂，纠缠背后的机制是什么？是什么东西在纠缠？它们是如何做到瞬间相互作用的？

　　这些问题没人敢妄下结论。不过这好像也告诉了我们，宇宙本身就是一个存在某种内在联系的整体。

　　还有一个更为重要的问题，这种纠缠是否违背了相对论？不过我们现在认为，由于量子的随机性，导致了这种纠缠不能传递有效的信息，所以认为不违背相对论。

　　但这隐隐约约总让人觉得，好像事情没有这么简单，量子纠缠背后肯定包含着某种最高的真理，现在我们还不得而知。

　　虽然以上的问题还没有一个让所有人满意的答案，但是这也不能否认量子力学的成功，它现在已经成为了现代物理学的两大支柱之一，而且对量子力学的应用已经彻底了改变了我们的生活。

　　比如凡是现在用电的设备，都跟量子力学有关，因为什么半导体，激光，超导体都是以量子力学为基础弄出来的。

　　而且近些年，我们也常会听到量子力学在通信方面的应用，比如量子保密通讯，量子隐形传态，还有我们非常关注的量子计算机，它们的基础都是量子纠缠，虽然我们不懂其后的真理，但是这并不妨碍我们用它，就像你不会造汽车，但依然会开一个道理。

　　下个视频，我们说下，现在最尖端时髦的量子保密通讯，量子隐形传态，以及量子计算机。