新智元報道

編輯：peter東 KingHZ

【新智元導(dǎo)讀】量子力學(xué)曾經(jīng)最廣為流傳的哥本哈根解釋說不必考慮什么觀察者，只要公式對就行。而新提出的關(guān)系量子力學(xué)與主觀貝葉斯則要讓人回歸。

1925年，23歲的德國物理學(xué)家維爾納·海森堡，登上了德國北海上的一座小島——黑爾戈蘭島。

那里，空氣里全是海鹽味。

就是在這座偏僻小島上，他做了當(dāng)時看來「離譜」的事。

他放棄了「電子像行星一樣繞核轉(zhuǎn)」的直覺圖像，轉(zhuǎn)而用一整套抽象的數(shù)學(xué)「矩陣」，來描述原子世界。這套看不見不著的形式，很快成了量子力學(xué)的第一塊地基：矩陣力學(xué)。

為此，馬克斯普朗克研究所在島上樹立了一塊紀(jì)念牌

不久之后，薛定諤也端出了自己的「波動方程」。他用波來描述電子，把「電子在哪」改寫成「電子出現(xiàn)在某處的概率」。

同一套實(shí)驗(yàn)，一邊是矩陣，一邊是波，他們像是從不同側(cè)面照亮了同一塊迷霧。

很快，計(jì)算結(jié)果勾勒出讓人不安的圖景：

在原子尺度上，有些物理量根本不能被同時精確測定；

還有一些量的取值，竟然要看你「怎么測」。

1932年獲得諾貝爾物理學(xué)獎后，海森堡寫下了一句后來被無數(shù)次引用的話：

「我們所觀察到的，并非自然本身，而是自然在我們提出問題方式下所呈現(xiàn)的樣子?！?/strong>

現(xiàn)在，我們似乎終于開始認(rèn)真追問：這句話，到底有多「字面意義」？

從黑爾戈蘭島，再次發(fā)問

真實(shí)是什么？

一百年后的2025年，300多位世界頂尖物理學(xué)家又一次登上了這座小島。

他們來給量子力學(xué)過「百歲生日」。

會場不大，兩個人尤其顯眼：Carlo Rovelli和Chris Fuchs。

一個卷發(fā)、一身深色毛衣，講話帶著濃重意大利口音；一個美國口音很重，說話快、手勢也大。

他們吵的，是一個量子力學(xué)百年來都沒真正解決的問題：這些方程背后，到底在描述一個怎樣的世界？

這就是所謂的「量子力學(xué)詮釋問題」。

方程大家都同意，也一次次被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 真正的爭議在于：

當(dāng)我們說「波函數(shù)」「疊加態(tài)」「坍縮」時，

我們到底是在說「世界本身長什么樣」，還是只是在說「我們對世界能了解到什么程度」？

最常見的幾種說法，大致可以這樣粗暴概括：

• 哥本哈根詮釋：把「測量」這件事視為理論的基本前提之一。

  不去問是誰在測量，也不解釋為什么會坍縮。

  口號是：閉上嘴，直接算（shut up and calculate）。

• 多世界詮釋：干脆說沒有坍縮。

  每一種可能結(jié)果，都會在不同的分支宇宙中發(fā)生。 你只是恰好待在某條分支里。

• 隱變量理論（如玻姆力學(xué)）：想要守住嚴(yán)格的決定論，于是引入看不見的「隱藏變量」。 代價是必須接受某種「超距作用」——遠(yuǎn)處的東西會瞬間互相影響。

表面上看，這是幾派物理學(xué)家的「哲學(xué)品味」之爭。但它其實(shí)關(guān)乎一個非?，F(xiàn)實(shí)的問題：

我們能不能、以及怎么，把量子力學(xué)用在「宏觀世界」。比如你、我、整間實(shí)驗(yàn)室這樣的系統(tǒng)上？

為了把這個問題推到極致，美國物理學(xué)家尤金·維格納，在 1961 年設(shè)計(jì)了一個著名的思想實(shí)驗(yàn)：「維格納的朋友」。

維格納的朋友：誰的現(xiàn)實(shí)算數(shù)？

想象一間完全隔音、隔光、與世隔絕的實(shí)驗(yàn)室。

你的朋友吉梅娜在里面測量一個處于「既在此處又在彼處」疊加態(tài)的原子。

她按下按鈕——瞬間，她「看到」原子在左邊。對她而言，世界已確定：原子在左。

而你——維格納（Wigner）站在實(shí)驗(yàn)室外，什么也沒看見。根據(jù)量子力學(xué)，你必須把整個實(shí)驗(yàn)室，包括儀器、原子，甚至吉梅娜本人當(dāng)作一個巨大的量子系統(tǒng)來描述。

在你眼中，吉梅娜尚未「真正」完成測量；她和原子仍處于「她看到左」與「她看到右」的疊加態(tài)中。

問題來了是，吉梅娜說：「我親眼看見了！」

你說：「不，你還沒‘坍縮’?！?/p>

誰的現(xiàn)實(shí)更「真實(shí)」？若兩人都是對的，那「事實(shí)」就不再唯一。

RQM：世界是由關(guān)系編織的

對于上述問題，Carlo Rovelli給出的回答是「關(guān)系性量子力學(xué)」（Relational quantum mechanics，RQM）。

在這一派對維格納的朋友對解釋中，吉梅娜與原子之間建立了關(guān)系事實(shí)，對她而言原子在左。維格納與實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)之間建立了另一組關(guān)系事實(shí)，對他而言系統(tǒng)處于糾纏疊加。二個描述都是真實(shí)。

關(guān)系量子力學(xué)指出，物理學(xué)不應(yīng)追求「上帝視角」的宇宙波函數(shù)，而應(yīng)描述 A 相對于 B 的可觀測屬性。世界由無數(shù)局部視角編織而成，無統(tǒng)一敘事。

關(guān)系量子力學(xué)中，現(xiàn)實(shí)不存在于孤立的實(shí)體中，而誕生于事物之間的相互作用。

一塊石頭，因其表面反射的陽光、內(nèi)部封存的化石，已然「承載」了關(guān)于世界的海量信息。Carlo Rovelli說，「我相對于一塊石頭是真實(shí)的」 ——你投下的影子，就是你與石頭之間建立的「關(guān)系事實(shí)」。

現(xiàn)實(shí)，不是獨(dú)立存在于某個事物內(nèi)部，而是在相互作用中誕生。

QBism：波函數(shù)是「個人的用戶手冊」

而辯論另一方是克里斯·?？怂梗–hris Fuchs）提出的主觀貝葉斯主義（QBism）。

QBism做的事更激進(jìn)：

它直接把波函數(shù)，從「世界的客觀狀態(tài)」，改寫成了一份個人版的概率用戶手冊。

該闡述認(rèn)為量子態(tài)并非世界的客觀描述，而是一位行動主體內(nèi)心信念的數(shù)學(xué)編碼。量子力學(xué)將會為你指示何為未來的測量結(jié)果。

對于維格納的朋友，主觀貝葉斯主義認(rèn)為吉梅娜的波函數(shù)是她對原子未來行為的信念編碼，隨她獲得結(jié)果而更新。屋外維格納的波函數(shù)是他對整個實(shí)驗(yàn)室（含吉梅娜）未來行為的信念編碼，尚未更新。二者描述的是不同主體的期望，而非同一客觀實(shí)體的狀態(tài)。

主觀貝葉斯的本質(zhì)，是賦予經(jīng)驗(yàn)主體，遠(yuǎn)超任意物理系統(tǒng)所具有的不可替代的中心地位。讓波函數(shù)不是世界的狀態(tài)，而是觀察者與世界打交道的「用戶手冊」。

殊途同歸

量子力學(xué)重新?lián)肀Я擞^察者

有趣的是，這場爭辯的兩方不是為了勝過對方，而是想要找將觀察者加入對量子現(xiàn)象的描述。

關(guān)系量子力學(xué)的倡導(dǎo)者Carlo Rovelli說：「QBism與關(guān)系量子力學(xué)極其、極其相似……對我來說，它們就是一回事?！?/p>

而主觀貝葉斯的支持者Chris Fuchs認(rèn)為，誤解源于雙方論證仍處「詩意階段」，尚欠精確。

相比最傳統(tǒng)的不考慮觀察者的哥本哈根解釋，無論是關(guān)系量子力學(xué)還是主觀貝葉斯，都強(qiáng)調(diào)觀察者的特殊地位。觀察者的回歸，正如量子力學(xué)的創(chuàng)始人海森堡曾說的「我們觀察到的不是自然本身，而是自然對我們提問方式的回應(yīng)?！?/p>

2025年《自然》雜志對1100多名科學(xué)家的調(diào)查顯示，雖然「哥本哈根詮釋」仍以47%的得票率領(lǐng)先，但關(guān)系性與信息性框架（RQM+QBism等）已贏得21%的支持，且在博士生與青年研究者中支持率顯著更高。

2025諾貝爾物理學(xué)獎得主、發(fā)明了宏觀量子效應(yīng)的米歇爾·德沃雷（Michel Devoret），也公開承認(rèn)Fuchs基于QBism重構(gòu)的量子方程式，直接啟發(fā)了他設(shè)計(jì)的量子實(shí)驗(yàn)。

除此之外，研究者用三對糾纏光子模擬了「維格納-朋友」系統(tǒng)，結(jié)果確實(shí)呈現(xiàn)出觀測者依賴性。

而更進(jìn)一步的實(shí)證檢驗(yàn)，將通過運(yùn)行在大型量子計(jì)算機(jī)上的人工智能代理。它們將作為復(fù)雜度遞增的「觀察者」，在完全隔離與受控的環(huán)境中，去判斷現(xiàn)實(shí)是否真的如主觀貝葉斯所描述的，依賴宏觀觀察者。

真實(shí)，是誰和誰之間的事？

維也納量子光學(xué)與量子信息研究所的馬庫斯·穆勒（Markus Müller） 對于為何量子力學(xué)要重新引入人作為觀察者，做出了下面的類比精妙絕倫：

1相對論的時間膨脹（GPS必須校準(zhǔn)）在日常中，它「無關(guān)緊要」，卻是理解宇宙的基石。

同理，現(xiàn)實(shí)的「關(guān)系性」與「非絕對性」，或許正是未來物理學(xué)，尤其是其與意識、信息、乃至AI融合的新領(lǐng)域，不可或缺的元規(guī)則。

會議的最后，Rovelli 站在黑爾戈蘭島的海風(fēng)里，半是感慨、半是釋然地說：「關(guān)系性量子力學(xué)消解了一種焦慮，因?yàn)槲覠o法觸及終極實(shí)在。對我而言，真實(shí)就是相對于我們的真實(shí)?！?/p>

Fuchs則笑著補(bǔ)了一句，帶著一點(diǎn)神秘主義的味道：「如果量子力學(xué)在告訴我們： 我在其中所做的事有意義……那，這就已經(jīng)足以讓生命值得一活?！?/p>

對量子力學(xué)來說，這也許是一個新的起點(diǎn)：

真實(shí)，既不是寫死在宇宙說明書里的某一行，而是每一個觀察者，與世界之間共同寫下的故事。

本文三個示意圖由Z-image繪制。

參考資料：

https://www.science.org/content/article/100-years-quantum-mechanics-redefining-reality-us-center

https://www.campusfrance.org/en/actu/michel-devoret-prix-nobel-de-physique-2025

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