量子理论中的“意义”（二）

如果我们的朋友仅仅是一台仪器，那么我们在第一次查询仪器测量结果之前，我们可以很安心地用叠加态来描述猫和仪器：仪器此时处于观测到猫死和观测到猫活的叠加态。但是现在实施观测的不是一台仪器，而是我们的朋友，这就未免太过奇怪了：我们的朋友不可能处于看到猫死和看到猫活的叠加态。当然，我们也可以认为我们的朋友和一台仪器没有任何区别，但是这很难令人接受。因为我们自然而然地会假设我们的朋友应该有着和我们一样的印象和感觉 – 他应该的印象不会处于两种状态的叠加，而是应该有着确定地感知到猫死或猫活的印象。否则的话将会让我们陷入唯我论 – 我们逻辑上无法证实别人是否有着和我们一致的印象，从而断然否认他们的意识。从逻辑上我们的确无法否认唯我论的可能性，但是物理学家们极不愿意陷入这个泥潭。所以更加自然的观点就是，我们必须认为在我们知道猫态坍缩之前，它就早就已经被坍缩了：它坍缩在我们的朋友看到它的那一刻。也就是说，一台没有意识的仪器可以处于叠加态，但是一个有意识的人却必然会使得叠加态坍缩。因而，结论就非常简单了：

“It follows that the being with a consciousness must have a different role in quantum mechanics than the inanimate measuring device”（于是乎，我们知道在量子力学中，一个有意识的生物与无意识的仪器有着不同的作用。）

那么，不可避免地，我们必须认为，意识是使波函数坍缩的罪魁祸首。

这就是“冯诺依曼-魏格纳诠释”（简称VW诠释）。魏格纳的朋友的思想实验，其实就是把冯诺依曼的测量因果链用一种非常形象的形式向我们表达出来了。冯诺依曼首次提出意识可能与坍缩有关，而魏格纳随后把这个论述具体化，明确化了。

但是，VW仍然有着巨大的模糊空间，例如说，我们可以问什么是“意识”？我们怎么来判定一个观察者是有意识的？一般我们认为人类有意识，但是猫狗有没有？鸡鸭呢？甲鱼呢？蚂蚱？蚯蚓？变形虫？如果猫是有意识的，那么薛定谔猫就不会处于既死又活的叠加态：因为它自己就把自己给坍缩了。其次，如果我们认为只有人类的意识才算意识，那么我们人类为何在宇宙中有着如此特殊的地位、可以把宇宙的叠加态坍缩掉，并且造就了宇宙现在的状态？

更有甚者，如果我们接受了“意识坍缩波函数”这种说法，那么一个逻辑必然就是，意识不但是创造了宇宙的现在状态，它还创造了宇宙的整个历史！因为宇宙早期还不存在意识生物的时候，按照这种逻辑显然是没有什么东西使它坍缩的，于是宇宙自诞生之日起就一直是一种模模糊糊，云山雾罩的概率云。这种存在状态一直保持到宇宙中第一个意识出现，它看了一眼宇宙，于是宇宙就坍缩成了现在这个样子，包括它的一切历史，从大爆炸到原子的形成再到星云星系的整个演化，就都变成了现实。也就是说，在150亿年的现在，一个意识看了一眼，就导致了150亿年前，宇宙诞生了！

哥本哈根诠释一直小心翼翼地避免谈及意识这个话题，因为玻尔显然明白，在物理学理论中引入“意识”这个不属于物理世界的概念是多么危险。然而，不论玻尔多么不愿意，对哥本哈根的穷究就必然会导致导致意识坍缩的结论 - 这种结论几乎就是逻辑必然的，只要我们认定这个宇宙存在着一个一致的、普适的理论，就不得不如此。

我们回到前面最早提出魏格纳朋友实验的Everett。事实上他提出这个实验的目的并不是为了证明意识的作用，而是为了证明哥本哈根诠释的不自洽。他的解决方案就是，多世界理论。

多世界理论非常明确地赋予观察一个物理意义：观察只不过是观察者和被观察系统之间的某种相互作用，它可以、也必须由量子理论本身来描述。并且同时，观察者本人也不过是某种物理实体，从物理上，观察者和一台观测仪器的观察行为并没有任何区别，他们的观察行为和信息的接收也是由量子理论来描述的。而我们前面的简单推导已经显示了，量子系统的一个非常独特而且普遍的现象就是，观察导致纠缠，纠缠导致独立性的丧失。

我们仍以薛定谔猫为例。前面显示，按照量子力学的演化规则，整个“猫+毒药+观察者”的复合系统最终无可避免地结束于这样一种状态：

|A〉|S〉|H〉＋|D〉|R〉|U〉

用人话来讲，整个复合态就是这样的：

{（毒药释放，猫死，看到猫死）+（毒药没释放，猫活，看到猫活）}

我们可以看到，我们没有任何办法把它分解成毒药态、猫态、观察者态三者的直积形式。也就是说，当观察者完成了对猫的观察之后，观察者和猫之间就形成了量子纠缠。完成观察后，猫的每个状态（“死”和“活”）、观察者的每一个可能状态（“看到猫死” 和“ 看到猫活”）都不再独立。

理论上，单独的观察者的状态和单独的猫的状态都已不复存在。也就是说，我们如果笼统地问：猫是死的还是活的？这个问题就变得毫无意义了。因为猫已经不是一个独立存在了，它和观察者纠缠在一起了。此时我们对猫的状态的描述必须建立在观察者某个状态的前提下，反之亦然。也就是说，猫的状态是相对于观察者状态存在的，而观察者的状态也是相对于猫的状态而存在的。Everret把这个叫做“相对态”（relative state）：系统的每个叠加态仍然存在，但是它们是相对于观察者存在的，反之亦然。

因此，在观察的时候，观察者的一个状态（看到猫死）就会和猫的一个状态（死）关联起来，而他的另一个状态（看到猫活）和猫的另一个状态（活）关联起来。这是由薛定谔方程的线性演化导致的必然结果。这样一来观察者并不是以一个独立的观察者而分别观察猫的“死态”或“活态”，而是以一个多态叠加的形式，分别于猫的各个状态纠缠。

当观察者问自己，“猫是死的还是活的？”我们只能这么回答：相对于我们看到猫死的状态，猫是死的；相对于我们看到猫活的状态，猫是活的。而你非要想问，猫自己本身到底是死的还是活的？对不起，猫自己是什么？只有一个和整个宇宙纠缠在一起的波函数，没有独立的猫自己存在。当我们在用“猫自己”这种词语的时候，我们指的就不会是纯的量子态，而是量子态相对于观察者的的一个分支（branch）。

现在，不论是观察者还是猫，都不可能完全与外界环境隔绝，他们都浸泡在大气当中，在引力场中，并且在宇宙的背景辐射中游泳。并且，量子纠缠与经典的相互作用完全不同，它是长程的，相互作用的两个物体可以跨越时空相互关联，并且保持这种关联。那么很迅速地，系统就会和外界环境纠缠起来，而环境又会和环境之外的环境纠缠起来，把系统与外界的纠缠不断扩大。最终，系统与整个宇宙浑然一体而不可分割。

{（猫死+猫活；尚未观察；宇宙）}→{（猫死/看到猫死）+（猫活/看到猫活）；宇宙）}→{（猫死/看到猫死/宇宙1）+（猫活/看到猫活/宇宙2）}

这样一来，整个宇宙的叠加态们都会不可避免地与观察者的状态纠缠在一起。宇宙态1与死猫和看到死猫的记忆在一起，宇宙态2和活猫以及看到活猫的记忆在一起。它们就构成了宇宙波函数的两个分支。

从数学上讲，每一个分支，就是宇宙波函数在极高维度的希尔伯特空间中的一个侧面。我们用一种形象的方式，分别定义这些侧面“世界1”和“世界2”。那么，由于观察者与外界的相互作用，整个宇宙的叠加态就分成了两组：世界1和世界2。所有的这些侧面在一起，就构成了量子态的整体的立体结构。这个“立体的”波函数浑然一体，不分你我。

在高维希尔伯特空间中，数学上可以证明，任意的两个“世界”之间，存在任何重叠的可能性趋近于零。也就是说，从一个“世界”不可能感受到另一个“世界”任何存在。所以说，多世界理论中，不同的宇宙分支互相平行无涉，这一点非常合理地从数学形式上就得到了，毫不奇怪。奇怪的是另一个问题，“偏好基问题”。

如果我们认为量子力学就是由希尔伯特空间中的矢量描述的，而不存在预设的经典状态，那么一切叠加方式 – 任意的叠加方式 – 都是等价的，我们可以用任意的基底来完成对普适波函数的描述。例如说，一个“活猫”的状态，可以看做是“死猫+活猫”和“死猫-活猫”两个猫态的叠加，而后两种猫态与“活猫”和“死猫”态完全等价。

宇宙波函数是一个存在在极高维度希尔伯特空间中的矢量，我们可以做一个类比，把它看做是一粒骰子。骰子的每一个面就是一个确定的经典“世界”。我们只能观察到这个骰子在一个低维空间的一个投影，但是这个骰子是一种立体结构，它可以从任意角度上投影，只有在某些特定的角度，我们才能观察到一个确定的面，而在无数其它角度上，我们会看到多个面的叠加。现在问题是，希尔伯特空间中并没有规定这个骰子的每一个面的角度是特殊的 – 事实上，我们可以从任意角度观察它。而几乎不可能观察到一个确定的面，而更可能同时看到多个面。

每一个那么，为何那些经典的“角度”，也就是基底（basis） – 诸如确定的位置等等又是如何是在宏观世界中变得如此特殊？为何我们看不到那些任意的叠加态？我们观察到的，只有一个经典世界。为何我们不会同时看到猫的死和活？多世界如何使理论预言和我们的经验相一致起来？

这个问题在哥本哈根诠释中，并非一个问题，因为它在预设了量子-经典边界的时候，就已经预设了一组特殊的经典态的优越性了。经典的“偏好基”是一个理论的预设前提。然而多世界理论的目标就是要取消这个量子经典边界，它就必然面临这个问题。

此外，在多世界理论中，只有幺正演化一种演化规则，因而就不存在某种过程使得叠加态“坍缩”成确定态。也就是说所有可能发生的事件都发生了。无数版本的“我”见证了每个可能事件的发生。那么，我们不可避免地要谈论哪一个“我”才是“我自己”的问题。无数个“我”在每个“世界”中存在，每一个“我”都会有一个自我意识。因而我们就逃避不了“多意识”的讨论，这就形成了多世界理论的一个分支，称为“多意识理论”（Many minds interpretation）。

多意识理论秉承了多世界理论的基本思想，但是又有所不同。在最初多意识理论的出现是为了解决前面所说的“偏好基问题”以及“输出值问题”。在多意识理论看来，偏好基问题不是问题，而是我们看问题的角度不同。就像是整个宇宙的物理状态一直处于多重叠加一样，每个意识生物的大脑，其物理状态都会由波函数来描述，因而也就是一种可以在任意基底上描述的叠加态。也就是说这个大脑波函数是量子的、不确定的、叠加的并且是以任意方式叠加的。然而，并非所有的叠加形式都会产生所谓的意识。这些意识的每一个叠加态 -意识之所以能够成为意识，其一个必要条件就是它有着确定的自我认知状态 – 必然是确定的、经典的。因为一个不确定的意识态必然是与外界纠缠在一起，并且无法区分的，它必然不可能产生“自我”，因为这时候已经无所谓“我”，也无所谓“物”了。

这在后来的退相干理论中关于preferred basis problem的论述中也非常清楚。所谓的偏好基，就是那些在于外界相互作用中保持独立的基底。而偏好基的叠加，则是和外界无法区分的。物我之间就像是巧克力与牛奶一样，变成了巧克力奶了。

我们应该注意的一点是，也就是说，多世界理论中，所谓的“多”，其实不准确，恰恰相反，多世界理论中，只存在一个唯一的宇宙波函数，它不但唯一，而且不可分割。我们大脑的每一个叠加态头与外部世界形成纠缠。当整个意识与外部世界进入纠缠之后，整个世界并不分裂（这里，多意识理论与Dewitt的“分裂”的多世界理论形成冲突，但是，它恰恰与Everett最初的普适波函数相一致！），因而从每个意识角度，偏好基就自然出现了：那些叠加的、不确定的大脑状态必然不能成为意识，因而也就无法形成主观经验。

也就是说，“叠加态”的、“不确定”的世界们都是存在的，并且与经典的、确定的世界同等真实。它们不过是从不同的角度观察宇宙波函数获得的不同的侧面。然而，从数学形式上看，所有那些非经典的侧面，所对应的意识生物的大脑状态是不能形成自我意识的 – 因而也就无所谓意识了。所有那些可以存在主观生物、能够被认知并且形成主观经验的，都必然是在确定的意识态视角下的。这些确定的意识态就是偏好基。因而，在多意识理论看来，整个世界并不分裂，“分裂”的是观察者的意识：这些意识从不同的视角（偏好基）观察宇宙波函数，就形成了不同的观察结果。而“我”则是随机地选择了某一个观察视角，观察到了一个可能结果。当然，随着退相干理论对偏好基问题的研究，多意识理论中的很多附加假设已经变成了不必要，现在渐渐地与多世界理论融合在一起了。

同时，人们还在诘难这样一个问题，即使多世界理论中一切都是确定的，那么 “概率从何而来”？

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