量子力学的标准解释非常强调测量行为。在测量之前,量子系统同时存在于多种状态。测量后,系统会“坍缩”成一个特定的值。那么,当测量没有发生时,到底发生了什么呢?这就引出来一个有意思的问题,就是当世界上所有的人同时闭眼,不再观察时,那现实还会存在么?这个问题没有一个明确的答案,不同的想法可能会朝着一些非常疯狂的方向发展。

物理学家在20世纪初开始研究亚原子系统时学到的第一个教训是,我们并不生活在一个确定性的宇宙中。换句话说,我们无法精确预测每个实验的结果。例如,如果你通过磁场发射一束电子,一半的电子将沿一个方向弯曲,而另一半将沿相反方向弯曲。虽然我们可以对电子作为一个群体的去向进行数学描述,但在我们实际进行实验之前,我们无法说出每个电子将走向哪个方向。
在量子力学中,这被称为叠加。对于任何可能导致许多随机结果的实验,在我们进行测量之前,系统被称为同时处于所有可能状态的叠加状态。当我们进行测量时,系统会“崩溃”到我们观察到的单一状态。量子力学的工具可以让这种混乱变得有意义。量子力学没有对系统将如何演变给出精确的预测,而是告诉我们叠加态将如何演变。当我们进行测量时,量子力学会告诉我们得到一个结果而不是另一个结果的概率。
就是这样。标准量子力学对这种叠加实际上是如何工作的,以及测量如何完成将叠加折叠成一个单一结果的工作保持沉默。

如果我们把这种思路带到合乎逻辑的结论,那么测量就是宇宙中最重要的行为。它将模糊概率转化为具体的结果,并将一个奇异的量子系统转变为我们可以用感官解释的可验证结果。但是,当我们不测量量子系统时,这对量子系统意味着什么?宇宙到底是什么样子的?是否一切都存在,但我们根本没有意识到它,或者直到测量发生,它才真正有一个确定的状态?
具有讽刺意味的是,量子理论的创始人之一欧文·薛定谔反对这种思路。他发展了他著名的盒子里的猫思想实验,现在被称为薛定谔的猫,以证明量子力学是多么荒谬。

这是一个高度简化的版本。把一只活的猫放在一个盒子里。还要在盒子里放一些与有毒气体释放有关的放射性元素。你怎么做并不重要;关键是将量子不确定性的一些成分引入到这种情况中。如果你等一会儿,你就不能确定元素是否已经腐烂,所以你也不知道毒药是否已经释放,从而不知道猫是活着还是死了。
在量子力学的严格解读中,猫在这个阶段既不是活也不是死;它存在于活的和死的量子叠加态中。只有当我们打开盒子时,我们才能确定,这也是打开盒子的行为,让这种叠加崩溃,猫以一种或另一种状态存在。
薛定谔用这个论点表达了他的惊讶,他惊讶于这可能是一个连贯的宇宙理论。我们真的相信,在我们打开盒子之前,猫并不真正“存在”——至少在正常意义上,事物总是肯定是活着或死去的,而不是同时存在两者?对薛定谔来说,这太遥远了,此后不久他就放弃了量子力学的研究。

对这种奇怪事态的一种回应是指出宏观世界不服从量子力学。毕竟,量子理论是为了解释亚原子世界而发展起来的。在我们进行揭示原子如何工作的实验之前,我们不需要叠加、概率、测量或其他任何与量子相关的事物。我们只是有正常的物理。
因此,在不属于量子规则的地方应用量子规则是没有意义的。量子力学的另一位创始人尼尔斯·玻尔提出了“退相干”的概念,以解释为什么亚原子系统服从量子力学,而宏观系统则不服从。

在这种观点下,我们所理解的量子力学对于亚原子系统来说是真实和完整的。换句话说,像叠加这样的事情确实发生在微小的粒子上。但是像盒子里的猫这样的东西绝对不是一个亚原子系统;猫由数万亿个单独的粒子组成,它们都在不断摆动、碰撞和推挤。
每当两个粒子相互碰撞并相互作用时,我们就可以使用量子力学来了解发生了什么。但是,一旦一千个、十亿个、数万亿个或数万亿个粒子进入其中,量子力学就失去了意义——或者说“退相干”——取而代之的是常规的宏观物理学。
在这种观点中,盒子里的单个电子(但不是猫)可以以奇异的叠加态存在。

然而,这个故事确实有局限性。最重要的是,我们没有已知的将量子力学转化为宏观物理学的机制,我们无法指出发生转换的具体规模或情况。因此,尽管在纸面上听起来不错,但这种退相干模型并没有太多坚实的支持。
那么,当我们不去看时,现实是否存在?最终的答案是,这似乎是一个解释问题。不同的量子理论的解释会给出不同的答案,但没有一个是被普遍接受或证实的。以下是一些常见的量子理论的解释,以及它们对这个问题的看法:
哥本哈根解释:这是最传统的解释,也是量子力学的创始人之一玻尔提出的。它认为,量子系统在测量之前是不确定的,测量是导致系统坍缩的原因。在这种解释中,当我们不去看时,现实是不存在的,只有概率波函数存在。这种解释避免了薛定谔的猫的悖论,因为猫不会处于叠加态,而是在我们打开盒子之前就已经确定了它的状态。

多世界解释:这是一种更激进的解释,由休·埃弗雷特于1957年提出。它认为,量子系统在测量之前是确定的,但不是唯这是一种更激进的解释,由休·埃弗雷特于1957年提出。它认为,量子系统在测量之前是确定的,但不是唯一的。每当发生一个量子事件时,宇宙就会分裂成多个平行的分支,每个分支都包含了一个可能的结果。在这种解释中,当我们不去看时,现实是存在的,但不是唯一的。每个可能的现实都在不同的宇宙中发生,我们只能观察到其中一个。这种解释解决了薛定谔的猫的悖论,因为猫在每个分支中都是活着或死了的,而不是同时两者。

隐变量解释:这是一种更保守的解释,由爱因斯坦和其他人提出。它认为,量子系统在测量之前是确定的,但我们无法完全知道它们的状态。存在一些未知的隐变量,影响了量子系统的行为,但我们无法观测到它们。在这种解释中,当我们不去看时,现实是存在的,但是不可知的。我们只能通过统计方法来推断它们的概率分布。这种解释试图恢复量子力学的确定性和局部性,但是与一些实验结果相矛盾,例如贝尔不等式。

其他解释:除了上述三种解释之外,还有许多其他的量子理论的解释,例如事实解释,关系解释,量子贝叶斯主义,量子逻辑,量子诠释,量子信息,量子引力等等。这些解释各有优缺点,但没有一个能够完全解释所有的量子现象和实验。有些解释甚至是相互矛盾的,或者与其他物理理论不兼容。因此,量子力学的本质仍然是一个开放的问题,需要更多的理论和实验来探索。