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你听过“量子意识”吗?电子双狭缝实验让人猜测意识会影响物质世界,真的假的?

2024-3-1 未解之谜网

在市面上,我们常会看到号称运用量子力学原理的商品或课程,像是量子内裤、量子能量贴片、量子首饰、量子宠物沟通、量子速读、量子算命、量子身心灵成长课程等等。有人说,量子力学代表了意识具有能量,藉由调整心灵的共振频率,就能保持身心健康,只要你利用量子力学原理进行疗愈或冥想,就能提升自己的能量,人能长高、身体变壮、每次考试都考一百分;又像是,量子力学就代表一种信息场,让你跟别人有心电感应,只要转念,让宇宙能量帮助你,你就能发大财还能避免塞车。也有人说,别人吃一个下午茶,你也马上吃一个下午茶,别人喝一杯咖啡,你也马上喝一杯咖啡,别人跟家人吵架,你也马上找一件事跟家人吵架,这就是量子纠缠。

然而,量子到底是什么?跟身心灵、宗教和玄学真的扯得上关系吗?是否真能帮助你维持健康又赚大钱呢?

接下来,我们就要来讨论,量子力学的原理为何?背后又是基于哪些科学的研究成果。等你看完之后,相信对于量子力学跟上述五花八门商品究竟有没有关系,心里自然会有所答案。

量子力学和意识有关?

坊间常会听到量子力学跟意识有关的说法;或许也是因为这样,量子力学被许多身心灵成长课程甚至玄学拿来作为背书。但,量子力学真的是这样子吗?

说到量子力学跟意识的关系,我们就必须来看看,量子力学最著名的实验之一,20 世纪的物理学大师费曼(Feynman)甚至曾经说过,这个实验“包含了量子力学的核心思想。事实上,它包含了量子力学唯一的奥秘。”它,就是双狭缝干涉实验。

双狭缝干涉实验

现在我拿的器材,上面有两道狭缝,中间间隔了非常短的距离。等一下,我们会让雷射光通过这两道狭缝,看看会发生什么事。

我们看到,雷射光在打向双狭缝之后,于后面的墙上呈现有亮有暗的条纹分布,这跟我们学过的波的性质有关。

在两道光波的波峰相会之处,会产生建设性干涉,即亮纹的位置;而暗纹的部分,则是来自破坏性干涉,是两道光的波峰和波谷交会之处,亦即,光的效应被抵销了。

在历史上,双狭缝干涉实验占有非常重要的地位。19 世纪初,英国科学家、也是被誉为“世界上最后一个什么都知道的人”的汤玛士.杨(Thomas Young),利用双狭缝实验,证明了光是一种波。

那么,如果我们拿不是波的东西,来进行双狭缝实验,会看到什么结果呢?让我们试验一下。

现在我手边有一堆的弹珠,前面是用纸板做成的两道狭缝,后面则是统计弹珠落点的纸板。我们让这些弹珠朝狭缝的地方滚过去,并在弹珠最后的落点划下记号;若在同样位置的记号越多,就代表有越多弹珠打中该位置。

在丢了一百颗弹珠之后,我们可以看到,扣除掉一部分因为路径被挡住、通不过狭缝的弹珠之外,弹珠最终抵达的位置,大致分别以两道狭缝的正后方为最多,呈现两个区块的分布,不像先前光的双狭缝干涉实验中,出现明暗相间的变化。

所以,我们得到结论:若是拿具有物理实体的东西进行双狭缝实验,因为其一次只能选一边通过,所以落点最终只会聚集在两个狭缝后方的位置;而且要是行进的路径不对,还可能会被挡住。

至于波的情形,那就不同了,只要狭缝的大小适当,波可以同时通过两个狭缝,并互相干涉,产生明暗相间的条纹。

换言之,是波,还是物质,两者在双狭缝实验的表现是截然不同的。

只不过,以上的实验似乎并没有什么太令人感到意外的地方,我们也看不出来,它跟量子,还有意识,到底有什么关系?事实上,若要真正显示出它的独特之处,就要来看电子的双狭缝干涉实验。

电子的双狭缝干涉实验

我们知道,电子是组成原子的基本粒子之一,而原子又组成了世间万物。可以说,电子是属于物质的一种极微小粒子。

在电子的双狭缝干涉实验,科学家朝双狭缝每次发射一颗电子,并在发射了很多颗电子之后,观察电子的最终落点分布会怎么呈现。

既然电子是物质的微小粒子,那么在想象中,应该会跟我们前面使用弹珠得到的结果差不多,电子会分别聚集在两道狭缝后方的区域。

从实验的记录影片中可以看到,在一开始、电子数量还很少的时候,其落点比较难看得出有明显规律,但随着电子的数目越来越多,我们慢慢能够看出画面上具有明暗分布,跟使用光进行双狭缝实验时得到的干涉条纹,有着类似的结构。

这样的结果,着实令人困惑。直觉来想,既然电子是一颗一颗发射的,它势必不可能像光波一样,同时通过两个狭缝,并且两边互相干涉,产生明暗相间的条纹。

但无可否认,当我们用电子进行双狭缝实验时,最后得到的结果,看起来就跟干涉条纹没什么两样。

对这出人意表的观测结果,为了搞清楚发生什么事,科学家又做了更进一步的实验:

在狭缝旁放置侦测器,以一一确认这些电子到底是通过哪一个狭缝、又如何可能在通过狭缝后发生干涉。

这下子,谜底就能被解开了――正当大家这么想的时候,大自然仿佛就像在嘲笑人类的智慧一样,反将一军。

科学家发现,如果我们去观测电子的移动路径,只会看到电子一颗一颗地通过两个狭缝其中之一,并最终分别聚集在两个狭缝的后面――换言之,干涉条纹消失了!

在那之后,科学家做过无数类似的实验,都得到一样的结果:只要你测量了电子的路径或确切位置,那么干涉条纹就会消失;反过来说,只要你不去测量电子的路径或位置,那么电子的双狭缝实验就会产生干涉条纹。

在整个过程中,简直就像是电子知道有人在看一样,并因此调整了行为表现。

在日常生活中,若有人要做坏事,往往会挑没人看得到的地方;反过来说,当有其他人在看,我们就会让自己的言行举止符合公共空间的规范。

量子系统也有点像这样,观测者的存在与否,会直接影响到量子系统呈现的状态。

只不过,这就带出了一个问题:到底怎么样才算是观测?如果我们在双狭缝旁边只放侦测器不去看结果算吗?我们不放侦测器只用肉眼在旁边看算吗?或是,整个侦测过程没有人在场算吗?

这就是量子力学里著名的观测问题(measurement problem)。

结语

在量子力学刚开始发展的数十年,有许多地方都还不是那么清楚,观测问题就是其一。在历史上,不乏一些物理学家,曾经认真思考,是否要有“人的意识”参与其中,才能代表“观测”。

如果真是这样的话,那么“意识”就存在非常特别的意义,而且似乎暗示人的意识能够改变物质世界的运作。

有一些物理学家曾认真思考,是否要有“人的意识”参与其中,才能代表“观测”。图/envato

可以想见地,上述出自量子力学观测问题的猜测,后来受到部分所谓灵性导师跟身心灵作家的注意,于是,形形色色宣扬心灵力量或利用量子力学原理进行疗愈、冥想或身心灵成长的伪科学纷纷出笼,直到近年都还非常流行。

另一方面,可能因为量子两个字带给人一种尖端科学的想象,坊间琳瑯满目的商品即使跟量子力学一点关系都没有,也都被冠上量子两字;除此之外,商品宣传里也常出现一堆量子能量、量子共振等不知所谓的概念,不然就是滥用量子力学的专有名词如量子纠缠、量子穿隧等,来帮自己的商品背书。只要有量子两字,仿佛就是品质保证,让你灵性提升、身体健康、心想事成。

对此,我就给三个字:敢按呢(Kám án-ne)?

事实上,量子力学至今仍是持续演进的学问,我们对量子力学的理解也随时间变得越来越丰富。现代的物理学家,基本上不认为我们可以用意识改变物质世界,也不认为“意识”在“观测”上占据一席之地,甚至可以说正好相反,人的意识在观测上根本无关紧要。

不过,我们不会那么快就直接进入观测问题的现代观点。在之后接下来的几集,我们会先从基本知识开始说起,循序渐进,让你掌握量子力学的部分概念。而在本系列影片的最后一集,我们才会重新回到观测问题,并介绍量子力学领域近几十年来在此问题上获得的进展。

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