量子理论中的“意义”（一） (6-1)

我发现很多吃瓜群众津津乐道在量子力学中，“意识决定了世界”。这些流传甚广的说法，充满了各种不严谨，乃至近乎玄学。这里我来详细讨论一下。

量子力学的诸多诠释中，有一两种，是明确涉及到“意识”的。但是我们应该知道，它们都是出自一些物理学大师之手，这些大师们的科学素养，并非吃瓜群众中流传的那样简单，他们也都不是闲极无聊，想改行去研究玄学或哲学。这些诠释的背后，其实是有着丝丝入扣的物理学逻辑链的。

我们知道，所有的量子力学诠释问题，最终的根源都在用著名的“测量问题”。也就是说，在量子力学理论框架中，量子态是希尔伯特空间中的矢量，它有着一切希尔伯特空间的数学性质：叠加，幺正，干涉等等。然而，在我们对量子系统进行测量时，我们永远只能得到一个确定的状态。这中间发生了什么？

我们用著名的薛定谔猫思想实验来说明这个问题。

薛定谔设计了这样一个实验系统，在一个封闭的箱子里，有一只猫和一个可以释放杀猫毒药的装置。这个装置用一个量子事件（粒子的衰变过程）引发杀猫毒药的释放，因而可以将猫杀死。毒药释放的概率为50%。

如果我们认为量子力学是个普适规律 – 也就是说，量子力学的规则同样可以描述猫态。这是一个合理的假设，因为猫也是由微观粒子构成的，我们有理由认为大量的微观粒子整体仍然满足量子力学。因而，猫有两个本征态，“死”（用D表示，“Dead”）和“活”（用A表示，“Alive”），毒药系统两个本征态，“释放”（用R表示，“Released”）和“未释放”（用S表示，“Sealed”）。我们已知，释放的毒药必然杀死猫：

|A〉|R〉→ |D〉|R〉

未释放的毒药则不会杀死猫：

|A〉|S〉→ |A〉|S〉

在实验之前，猫活，毒药未释放，猫和毒药相互独立，互相不影响，因而，这个装置的初始态就是猫态与毒药态的张量积：

|A〉|S〉

随着量子事件的发生，粒子态发生演化，进入到释放与不释放的叠加，由幺正演化的线性我们立刻可以得到：

|A〉|S〉→ |A〉（|S〉＋|R〉）＝|A〉|S〉＋|A〉|R〉

然后，猫与毒药发生相互作用，猫与毒药的复合态就发生如下演化：

|A〉|S〉＋ |A〉|R〉→ |A〉|S〉＋|D〉|R〉

那么，现在猫与毒药进入了这样一个纠缠态（贝尔态），

|A〉|S〉＋ |D〉|R〉

现在的问题是，当我们打开箱子的时候，我们会看到什么？

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