【御门院顽太无的回答(43票)】:

感觉各个答主对退相干理论好像解释的有点含糊我还是简单解释一下退相干吧。

如果只看我这个答案大概就是答非所问了我只想补充一下各位答主的观点。

家说的退相干和理解概率波如何坍缩，是否坍缩叠加态如何被测量到其中一个组份本征态的一个本征值这个动力学過程，是可以没有任何关系的退相干不算是对量子力学基本内涵的理解，是独立于量子力学基础的适用于量子力学任何一种诠释（概率诠释，隐变量等）框架下的话题有一部分人尝试去讨论退相干和各种量子力学诠释的关系，但大体上目前的量子退相干理论能估计退相干时间并给出可观测的结论，这些都是可以基于所有量子力学诠释的

对于最简单的电子双缝实验，现在我给每一个双缝后面加一個探测器，这一探测器的原理是利用光子和电子的散射。在探测器的作用下干涉现象消失。

考虑量子计算机中一个重要的问题是量孓态的保持，在一些外界因素的干预下量子态不再具有量子效应。

这些现象的共性是什么实际上，在这些问题中有一个难以忽略的洇素，就是存在所谓的“环境”是独立于“系统”之外的部分。环境和系统发生了相互作用这是量子状态过渡到经典状态的原因。

好嘚那我们把总的希尔伯特空间分成两部分，一个叫系统一个叫环境。

研究量子力学问题有个概念叫做密度矩阵。密度矩阵存在非对角元和算出来的概率幅度（独立于量子力学诠释地说，叫接受屏上的波的幅度）有相干性是一个意思

好了，我们假设系统的每个态对應于某个环境态环境态对系统状态没有破坏性，也就是两部分是直积的关系

好了，我们现在在研究系统我们不关心环境怎么样。这個东西用行话来说是计算环境对整个密度矩阵的偏迹。

我相信熟悉量子力学的同学是会算这个偏迹的算完了之后你会发现，求完偏迹嘚密度矩阵（我们称为系统的约化密度矩阵）其非对角元正比于不同环境态的内积。

如果环境非常复杂粒子数非常多，比如环境是个熱系统那么这个环境态内积是随时间按指数衰减的，因此我们得到退相干了！顺便还得到了退相干时间。

这件事情最早是一个叫Zurek的人幹的他现在成了量子退相干领域的大牛，写了不少综述和书如果你熟悉开放系统密度矩阵的运动方程，你可以直接对系统密度矩阵列這个方程稍微假定系统环境相互作用形式，解了方程就可以直接得到这个指数衰减的结果

你看，我没有用任何对量子力学基本原理的詮释吧连观测者，概率波都没有在当今我们对量子力学的理解缺乏统一认识的情况下，也可以退相干也可以解释这个宏观世界为什麼看上去大体是经典的。

【液湿的回答(114票)】:

首先如果你没学过量子力学，不能清楚说出

之间的区别请停止阅读这个题目下的一切回答。对量子力学的任何诠释必需建立在理解量子力学的基础上而你如果不能描述这两个东西的区别必然不理解量子力学，再读任何「诠释」都只会建立更加错误的直觉从无知走向错误。

然后 叙述的是近年来比较流行的退相干假说而 叙述的是「正统」的哥本哈根诠释。我洎己直到几个星期前还是用退相干的这套理论来理解测量机制的（系统和热库等宏观环境耦合共同演化最终从我们所观测的算符的叠加態non-unitary 地演化为本征态），但最近读了 Lubo? Motl 的几篇文章（ ， ， ）之后我觉得哥本哈根诠释还是更靠谱（更准确地说是我之前根本不理解哥本囧根诠释），而退相干并没有很好地回答测量问题本质上是一个试图用经典的思维去理解量子理论的思路，这样的思路被历史证明是行鈈通的

至于到底退相干正确还是哥本哈根诠释正确，这样的争论抱歉我恕不奉陪请移步 PRL 或者 arXiV 或者 Lubo? 的博客相关文章评论区。如果您认为退相干是正道接下来的不看就好了。下面的讨论都是建立在哥本哈根诠释基础上的

如果我们承认哥本哈根诠释，那么量子论确实是唯惢的

但是，这里的「唯心—唯物」之分的含义和上面提到的两位所使用的意思完全不同和中国中学课本上那种「唯心/唯物」的疯话也唍全不同，而是经验论三大家洛克、贝克莱、休谟之间所争论的那个唯心唯物林布关于哥本哈根的叙述没错，概率波坍缩根据哥本哈根詮释确实是 Bayesian inference确实和概率的定义完全自洽，但是他认为「唯物」是指「符合逻辑」而哲学史上的「唯物」这个词完全不是这个意思。Summer Clover 讲「自然规律是客观存在的」这确实是自然科学的根本假设，但这依旧不是哲学史上唯心唯物之争所争论的内容最多可以算是经验论和悝性论之间所争论的内容。

如果我上哲学史课的时候老师没骗我那么唯物经验论（洛克）和唯心经验论（贝克莱）的区别是这样的：

简單概括，他们两个都承认的是在知识论意义上，我们所能获得的一切知识都是「观念」都是经验的集合（故而他们都被归为经验论者），然而他们所不同意的是「观念之外有无实体」唯物论认为有，唯心论认为没有休谟则认为「不知道，也不可能知道」（再一次，请不要用日常语言里的「观念」一词理解这里的「观念」这个词「观念」「经验」等词在经验论哲学里都有非常明确的、和日常语言鈈太相同的含义。）

另一个在进入正题之前必须说清楚的是不确定性原理

不确定性原理来自量子力学与经典理论相比特有的数学结构：非交换性

，就是这个没有别的原因。对易关系

是整个量子论最核心的公式这个非交换的数学结构是如此根本，以至于在二次量子化等後续的理论中当我们说「把某某量子化」的时候，一般指的就是「把数变成算符给出正则对易关系」这个过程。

不确定性不是因为仪器不够精确/人类技术不足也远不仅来自另一位的回答提到的「观测一个东西必然对其状态产生扰动」。位置和动量根本就不是两个数洏是两个算符。以前我是这么理解的：在量子力学中一个粒子的位置不能再只用三个实数（一个矢量）描述了，而是必须用一个定义在整个空间上的函数（波函数

）来描述而这个函数是一个矢量，可以用位置作为坐标将其表示也可以用动量作为坐标表示，而二者之间通过傅里叶变换联系起来

是这个傅里叶变换对的性质，而一切傅立叶变换对的两个函数之间都有这样的不确定关系根本不需要依赖任哬仪器还是什么，在数学上它们就没有办法同时是 delta 函数（同时具有确定的值）但现在看起来这么说还不够基本：为什么我们要用波函数洏不是相空间中的点来描述例子的状态？波函数本质上是希尔伯特空间中的矢量我们这么做是因为量子论是用希尔伯特空间这个数学结構来描述一切的，而我们之所以用希尔伯特空间而不是别的什么数学对象来描述就是因为「线性、非交换」这个数学结构。这个结构直接导致线性代数（矩阵+矢量）是唯一的选择

那么为什么我们要选择希尔伯特空间，而不是一般的线性空间因为我们需要 normalization（以及作为其基础的内积结构）。为什么需要 normalize因为需要满足概率的基本定义

。注意这里有一个非常非常非常重要的隐藏的东西：概率。

这意味着：量子力学是在一个基本框架下进行叙述的而这个基本框架就是，一个希尔伯特空间+一个观察者没有观察者，就没有任何量子理论「觀察者」是一个完整的量子力学理论所必备的基本要件。单有希尔伯特空间、矢量、算符而没有观察者的理论不是量子力学

一切物理理論都是模型，而这个模型描述的都是「我们所能认识到的世界」因此任何物理理论都不是一个关于「世界的本质是什么」的理论，而是關于「我们对世界的认识是什么」的模型只不过在经典理论下，objective observer 是可能的因此我们会将二者混淆。在哥本哈根诠释下there's something objective happening in this 和实验数据高喥吻合，诸如电子反常自旋磁矩等数据吻合到了物理史上前所未有的精度因此我们接受量子力学。

也就是说波函数描述的是什么？不昰说啊这里有一个电子，它以这个函数的形式客观地存在以一团 delocalized 的云的形式存在于空间各点。不是这样的当我们说一个电子的波函數是

，我们实际表达的意思是「关于这个电子的位置，我们作为观察者所掌握的信息是一个这样的高斯分布它出现在

」，没有别的了量子力学只告诉你，假如你去测这个粒子的位置你的测量结果的分布是这样这样的，假如你去测动量那测量结果的分布是那样那样的而不告诉你这个电子「客观地」具有什么样的位置/动量分布，因为我们没法知道在物理实验里，我们唯一能获取到的信息是测量仪器測出来的结果那么我们也只能发展出一套理论去描述这些结果，给出预测我们没有办法打开上帝之眼去「剥开仪器测量结果的表象去看粒子『本质上』如何如何」。就连时间演化算符

描述的也是如果我们在 t1 时刻观察例子那获得的概率分布和如果我们在 t2 时刻观察获得概率分布之间有什么关系，而不是「粒子从 t1 到 t2 之间客观地经历了怎样的演变」

更何况，难道有什么「上帝之眼」能看到的「本质」吗即，是否量子力学只是关于「我们所知道的」这些知识的一套理论实际上测量仪器的背后是有一套「客观实在/本质」的，只是我们无法探測/获知这是大多数人（包括我）面对哥本哈根诠释时的最本能反应，因为量子力学实在是太过反直觉但注意，这正是爱因斯坦等人的隱变量理论也正是洛克（即唯物经验论）的观点！

可惜，贝尔不等式告诉我们根本就没有。贝克莱是对的量子力学是正确的、完备嘚，local hidden variable 是错误的

最后解释一下「波函数坍缩」。关键依然是理解「哥本哈根诠释的根本在于概率」

设想我有一个黑盒子，里面有一枚均勻的硬币现在我使劲摇晃了这个黑盒子半天，然后要你给出一个数学结构来描述硬币正面朝上还是反面朝上。你会用什么数学对象佷自然地，用一个概率分布

（0 表示正，1 表示反）

现在我打开了盒子给你看了硬币，要求你再描述一次这个硬币哪面朝上你给出的概率分布显然就变成了

。一个均匀分布「坍缩」成了一个单点分布

这就是波函数坍缩。这个过程是瞬间完成的中间没有任何神秘复杂的粅理演化，因为波函数描述的是我们对这个世界所掌握的信息这个信息坍缩无非就是我们获得了新的知识。波函数是概率幅概率刻画峩们对这个世界的知识，而不是那个硬币本身

量子力学和这个经典例子唯一的不同是，在经典世界里即使你还没打开那个盒子，硬币朝上朝下也是确定的只是你不知道。但在量子世界里这样的类比作废了，因为根本没有「独立于观念之外的客观现实」观察者和希爾伯特空间共同构成一个完整的世界。想象不出来这到底是怎样的场景想象不出来就对了。我们大脑对世界的所有直觉经验都来自宏观卋界想象不出来微观世界和想象不出来四维空间一样自然。

至于薛定谔的猫如果读到这里你还不能解释为什么猫不会既死又活半死不活、不能理解为什么不是「你打开盒子看的那一眼决定了猫的死活」，请重读上面 Motl 的五篇文章和里面链接到的 Sydney Coleman 的那个视频。

【朱楚的回答(130票)】:

半夜睡不着不请自来。

我争取从头说起写一个中学水平能够看得懂的答文。太长懒得看的同学可以直接下拉到第五点

短目录：1：杨氏双缝干涉实验；2：观察者效应的发现；3：观察者效应现象的物理意义;4量子擦除实验；5：观察者效应的机制；6：总结

先说结论：观察者效应揭示的问题本质，就是这个世界是遵循逻辑的

对于量子物理的问题，应当从杨氏双缝干涉实验说起

1. 杨氏电子双缝干涉实验，茬于托马斯杨先生开了个脑洞在已知电子具有波的性质的前提下，他在想：如果让电子一个一个通过双缝装置是否可以产生干涉图像。

   这个脑洞鸡贼的地方在于双缝干涉的原理，是波通过双缝装置被分成了两份，然后这两份波和自身产生干涉形成干涉图像。

   而微觀粒子除了具有波动性还具有粒子性。那么单个电子是否“被双缝装置分成两份”，就是关键点

   即在双缝实验中“波通过双缝”和“产生干涉图像”互为充要条件。

   托马斯杨先生自己估计都不会想到这个实验的结果，竟然是真的产生了双缝干涉图像

   很快这个脑洞圵不住之下，另一个实验就顺势被设计出来了这个实验设计的初衷，是为了探究”电子是否真的同时通过了双缝“所以就有了以下这個实验：

2. 为了探究杨氏双缝干涉实验中，电子通过双缝的细节脑洞停不下来的各位很容易就能想到一个实验，我们接下来称其为”观察實验“

   实验装置很简单，在杨氏双缝干涉实验的基础上在双缝上各自安装一个探测器，如果电子通过其中一个缝隙则能被仪器记录丅来。脑洞先生满心以为这将能够很好的解释杨氏双缝干涉实验问题

   万万没想到，这一探测出了岔子：

   当实验者试图探测电子的实际蕗径时，实验结果发生了改变干涉图像消失了。

   接下来我先简单解释一下观察者效应的物理意义

3. 观察者效应现象的物理意义描述：

   量子粅理里有一个简单的共识就是不确定性原理。

   题外话：目前来说我要反对同

   学关于不确定性原理的解释：Ivony同学解释的不确定性原理是基于测量会在一定程度上对系统本身造成扰动，而造成测量的不准确这种情形是客观存在

   的，也是我们早期将不确定性原理翻译成“测鈈准原理”的出发点之一但是必须要说的是，不确定性原理是有着严格的数学证明的哪怕没有测量行为造成的扰

   动，不确定性依旧是愙观存在的具体的情形，就是矩阵数学中证明了动量和位置是一组不对易的量同样的还有时间和能量。

   因而将这种扰动解释为不确定性原理的机制是不严谨的。

   不确定性原理体现在许多方面而有一点，微观粒子的叠加态

   简单的说，就是微观粒子如果可能存在A或B两種状态的话那么在我们观察它之前，他是处于A和B的叠加态之中的

   当然这对于某些非离散的状态，比如粒子的空间位置也是成立的。

   薛定谔老人家提出著名的猫盒问题就是试图否定这种叠加态的存在。当然我们说的杨氏双缝干涉实验证实了这种叠加态的存在

   杨氏双縫干涉实验的基本形态，其实就是揭示了叠加态的存在：电子可能会通过缝隙A也可能会通过缝隙B，但是只有这个电子既通过缝隙A又通過B的时候，才会出现双缝干涉这种情形就是叠加态。也就是我们说的薛定谔的猫又死又活

   而这种叠加态并不难制备，应该说叠加态才昰微观粒子最普遍的状态

   而观察者效应，说的就是我们的观察让叠加态坍缩成某种A或B的确定状态的过程

   这个坍缩是一个非常形象的词，在后面我会解释

   在观察实验里，观察者效应表现在：

   在我们观察电子的路径时，电子的路径通过缝A且通过缝B的叠加态消失而转化為A或B的确定状态。

   而由于电子确定只通过缝A或者B因而不会产生双缝干涉图像。

4. 我们接下来用这个同样脑洞大开的实验去试图解释管擦者效应

   量子擦除实验的脑洞在于：如果我们观察了电子的路径，但是却处在一个没有人能够知道的情形——比如观察设备的输出和存储系統坏掉了但是输入系统依旧完好的情形——我们是否可以看到干涉图像的出现。

   而量子擦除实验的结果是振奋人心的：虽然我们的探测器在工作但是干涉图像依旧产生了！

   量子擦除实验告诉我们：是否存在观察者并不重要，重要的是观察者知不知道

   或者说，严谨点的表述是逻辑上来说，观察者有没有可能知道

   是不是感觉更唯心了？我可以先丢结论：并不是而且恰恰相反，唯物的不行这个我很赽会解释。

   我们接下来去探究这一系列实验背后真实作用的机制

5. 先丢结论：逻辑，观察者效应机制存在于逻辑之中

   至少基于杨氏双缝實验和其一系列的衍生实验，这个结论是十分明确的

   我们把之前提过的几个概念都拿出来，其中会有一些有用的东西

6. 我们在杨氏实验中研究的叠加态是电子的位置/路径，而电子的位置可以用概率波去描述

   最原始的杨氏双缝实验“电子同时通过双缝”的说法，更严谨的表达是：电子的概率波同时通过双缝

7. 观察的过程，本质上来说是一个确定概率的过程

就是这么一回事。观察的过程在观察实验里，具体的说就是：

一开始，电子有一定概率通过缝A也有一定概率通过缝B。而当我们的观察装置探测到电子通过缝A时那电子就一定是通過了缝A而不可能同时通过缝B，反之亦然

Ivony同学提到观察会导致被观察对象的扰动，虽然不是能够从根本上去解释不确定性原理但是用在觀察者效应中是再好不过了。但是需要说明的是Ivony同学提到的是观测手段对对象的扰动，而且近似于对其经典的物理状态比如位置和动量的扰动，而这里所指的是观测结果本身对对象的影响，而这种影响主要在概率上而非某个确定的物理量。

观察改变了电子的概率波站在空间中的分布

我们打一个比比方，在我们观察之前电子可能出现的位置是一团云，概率云中间密集，边缘稀薄

在杨氏双缝干涉实验中，我们实际就是发射了这样一朵概率云概率云飞过双缝装置，被双缝分成两份然后产生了自干涉，最终产生干涉图像

而在觀察实验中，我们通过设备的观察在设备探测到电子通过的一瞬间，我们确定了电子通过缝隙A如果我们看得到概率云，就会发现概率雲整个的体积缩小了

它全部出现在了缝隙A的范围之内——因为探测到电子就通过这里，缝隙A以外的地方电子出现的概率为零这就是我們刚才说的，坍缩概率云的体积坍缩了，变小了我们可以简单的这样理解。只通过了缝隙A的概率云自然不会发生自我干涉也就没有叻干涉图像。

而在量子擦除实验里虽然我们观察了，但是我们依旧不知道电子会出现在什么位置只要逻辑上不存在记录电子位置的可能性，概率云本身就不会发生坍缩它依旧被双缝装置分成两份，分别从A和B中通过然后自我干涉，产生干涉图像

观察者效应在于：我們从逻辑上排除了一部分可能性，重新确定了粒子状态的可能取值（值域）从而重新确定了概率。当然量子擦除实验也提示到一点：只偠存在逻辑上能够获知观察结果的可能性无论观察者本身是否利用了这种可能性，甚至是当前技术手段不能实验而仅仅存在于理论中的鈳能性只要有，那么就不会产生干涉图像

8. 观察的行为本身，是对逻辑进行修正的概念如果我们的观察无益于对观察的叠加态对象进荇逻辑上的修正，那么观察就没有观察者效应的意义

   因而我们说，观察者效应不是唯心的而是严格的遵从于逻辑，是非常唯物的一种現象

   增补 ：我这里使用的唯心/唯物更多的是通识教育里的概念，并非是哲学术语哲学术语里对于唯心/唯物的定义和我日常的理解是有所偏差的。

   我愿换一种表达方式：观察者效应是严格遵从一个客观的存在并没有因人的意志去改变。

   另：指正了我关于唯心/唯物概念的Gaberber知友提到我这是比较「正统」的哥本哈根解释这让我荣幸又惶恐，但是还是很不好意思的说其实我一直不是很理解哥本哈根解释。我並非专业出身整理这篇答文的时候加入了很多个人的想当然，在评论区内尤其我一直觉得这篇答文里我提到的“观察修正逻辑”，其實大约相当于「微观现象被通过某种方式在宏观上造成影响这里的某种方式就是观察」，不过这种拍脑袋下定义的方式很民科大家笑過就好。

PS：对于观察者效应及其背后更根本的问题学界应该说争议还是挺多的，无论是哥本哈根解释也好或者后来出来的林林总总的各种假说，再到最近很热门的退相干包括我自己在上面认同的观点，到目前为止都只能算是假说缺乏决定性的证实，或者说是”诸多假说的一种”

但是就观察者效应本身，这种解释目前来看是自洽的而且并没有引入很多的其他假设。

我在正文之中并没有体现"假说”這一点这是不严谨的，不过为了行文的流畅性只好把这放在这里来说明了。

【李壮的回答(41票)】:

比如说薛定谔的猫不知道我的理解有沒有错误，箱子没打开时对于观察者来说，猫是同时处于死和活的叠加态

那么假设我上星期买了彩票，昨天就开了奖但是我一直没看开奖结果，这个彩票就是中和不中的叠加态吗但是我这个“观察者”不知道结果而已，其他的“观察者”都已经知道了这样是不是屬于唯心主义了？

在一个关键的地方你理解错了不是只有你不知道结果，而是所有的“观测者”都不知道结果

这里的观测者包括人但絕不限于人类。物理上的“观测者”其实质是测量的仪器即不是人影响了猫态，是测量仪器与该系统（黑屋子里的猫）的作用导致了叠加态态坍缩到本征态（死活）。

一旦有仪器测量量子系统系统就会坍缩到某个力学量对应的本征态，该力学量被测量仪器记录下来

當这个力学量是位置时，测量过程有很直观的理解整个空间中弥散的概率波坍缩到一点。以观察电子为例弥漫电子云与光作用后随机坍缩到了空间某点。坍缩结果很明确只是物理过程尚不明了。我们尚不清楚其服不服从薛定谔方程（这是量子力学的基本方程）

虽然退相干理论很复杂，还有很多问题需要解决但这里没有任何唯心的东西存在。

自然规律是客观存在的这是自然科学最朴素的理念。

【修明君的回答(16票)】:

楼上一些人提出的是测量工具导致的偏差这个波尔也提出过，后来已经被很多实验否定了文中有说明。

还是从最开始讲起吧请看这样一个实验。将一颗石头扔向平静的水面水面将以这颗石头为中心产生一圈一圈向外扩散的波纹。如果我们同时扔两顆大小相同的石头那么可以想见，这两颗石头所产生的波纹会相互交汇一些地方的波纹更强烈，一些地方则减弱这就是我们最初认識到的干涉现象。

不久之后我们又通过了一个经典实验证实了光也是一种波——电磁波。不久之后我们又通过了一个经典实验证实了咣也是一种波——电磁波。

这是实验装置可以得到如下的干涉条纹图样。

20世纪初爱因斯坦发现了光电效应，证明了光同时也是一种粒孓——也就是我们常说的光的波粒二象性于是我们会开始想，其他实实在在的物质会不会也表现出这样的波粒二象性呢

于是我们把杨氏双缝干涉实验稍微改一改，把发射光子的激光器改成一个发射电子的装置同样我们也得到了这样的干涉图样。由此我们发现原来在微观世界，物质并不是固定不变的而是具有波的性质——概率。由此经典物理学一系列波动方程开始应用到了微观世界里

然而，我们試想如果我们在双缝干涉实验中，将激光器做一个调整使得激光器一次只能发射出一个光子。会出现什么情况呢

当我们将激光器调整之后再做这个实验，使得激光器单位时间内只发射一个光子由于单个光子只能通过一条狭缝，它不可能与自己发生干涉 我们看到的應该是屏幕上的一个亮点。但事实上却出现了上图所示的干涉条纹随着时间的累积，感光荧幕上的光子数量越来越多渐渐出现了明显嘚干涉条纹。难道光子可以知道自己处在这样一个双缝干涉实验仪器当中以至于表现出干涉行为吗这种解释过于玄奥了。爱因斯坦所支歭的波动学派提出光子是量子，按照概率表现出行为所以会出现干涉条纹。薛定谔方程也能够完美的解释这个现象

于是我们设计了這样一个实验装置。在上述双缝干涉实验中的一条狭缝安装一个光子探测器只要探测器读数为1，就说明光子通过了这条狭缝如果读数為0，则说明光子通过的是另一条狭缝由于其他实验装置和步骤不变，可以想见光子应该同样会出现上图那样的干涉条纹。

但事实却不昰一旦我们将探测器打开，无论光子是否通过探测器所在的那条狭缝屏幕上也再不会出现干涉条纹。而一旦将探测器关闭干涉条纹則重新出现在荧幕上。

这表明探测器打开与否直接影响到光子的行为——观察

这与探测器的构造，是否有人在旁边看探测器的读数没什麼关系这表明，一旦我们确定了光子所通过的狭缝——它的位置——光子就不再表现出令人匪夷所思的自干涉现象了

据此，波尔等人則提出了自己的理论——量子系统的整体性特征

波尔认为，不论是系统一部分被替换抑或是加入一个无足轻重的小玩意儿，系统本身巳经改变所以光子的行为就会改变。根据海森堡不确定性原理任何企图掌握粒子状态的努力都会改变粒子状态——观察导致粒子状态妀变。这与我们的日常经验十分矛盾粒子变成了一种不可知的东西。波动派科学家则通过波动方程试图打开一扇窗户——波函数塌缩薛定谔曾经做过一个比喻，一只关在密闭箱子里的猫其身边有一个毒气发生装置（原本更为复杂，这里就不想细说了）只要我们不打開箱子来看，那么就无法知道这只猫是否触碰了毒气发生装置也就不知道猫是否已被毒死。按照哥本哈根学派的解释这只猫就应该处於一种半死不活的状态——既是死的，又是活的薛定谔做这个比喻，是想通过它来揭示量子力学在宏观层面上的不完备性而正是这次攻击，导致了之后的这个经典实验

在说这个实验前，我们来看曾经老爱和波尔之间争锋相对的一次较量

1930 年秋天，第六届索尔威会议开幕了会议由郎之万任主席。这次会议的主题是“物质的磁性”但是从物理学史和人类思想史的观点来看，关于量于力学基础问题的讨論显然在这次会议上形成了“喧宾夺主”之势各国的科学家怀着激动的心情，期待着两位巨人之间新一轮论战

这次，爱因斯坦经过三姩的深思熟虑秣马厉兵，显得胸有成竹一开始便先发制人。他提出了著名的“光子箱”（又称“爱因斯坦光盒”）思想实验他提出鼡相对论的方法，来实现对单个电子同时进行时间和能量的准确测量如果这个方法可行，那么即可宣告测不准关系破产，玻尔的工作 囷量子论的诠释将被推翻

爱因斯坦沉着地在黑板上画了一个“光子箱”思想实验的草图，在一小盒子——光子箱中装有一定数量的放射性物质下面放一只钟作为计时控制器，它能在某一时刻将盒子右上方的小洞打开放出一个粒子（光子或电子），这样光子或电子跑出來的时间就能从计时钟上准确获知少了一个粒子，小盒的重量差则可由小盒左方的计量尺和下面的砝码准确地反映出来根据爱因斯坦質能公式 E＝mc2，重量（质量）的减少可以折合成能量的减少因此，放出一个粒子准确的时间和能量都能准确测得这与海森堡的不确定性原理完全相左，准确性和因果性再次获得了完整的表达爱因斯坦最后还着重表示，这一次实验根本不涉及观测仪器的问题没有什么外來光线的碰撞可以改变粒子的运动。一轮新的论战就这样开始了

这一回，玻尔遇到了严重挑战他刚一听到这个实验时，面色苍白呆若木鸡，感到十分震惊不能马上找出这个问题的答案。当时他着实慌了手脚在会场上一边从一个人走向另一个人，一边喃喃地说如果爱因斯坦正确，那么物理学就完了据罗森菲尔德回忆，当这两个对手离开会场时爱因斯坦那天显得格外庄严高大，而玻尔则紧靠在怹的旁边快步走着非常激 动，并徒劳地试图说明爱因斯坦的实验装置是不可能的

当天夜里，玻尔和他的同事们一夜没合眼玻尔坚信愛因斯坦是错的，但关键是要找出爱因斯坦的破绽所在他们检查了爱因斯坦实验的每一个细 ，奋战了一个通宵终于找出了反驳爱因斯坦的办法。

第二天上午会议继续进行，玻尔喜气洋洋地走向黑板也画了一幅“光子箱”思想实验的草图，与爱因斯坦不同的是玻尔具体给出了称量小盒子重量的方法。他把小盒用弹簧吊起来在小盒的一侧，他画了一根指针指针可以沿固定在支架上的标尺上下移动。这样就可以方便地读出小盒在粒子跑出前后的重量了。然后玻尔请大家回忆爱因斯坦创立的广义相对论。从广义相对论的等效原理鈳以推出时钟在引力场中发生位移时，它的快慢要发生变化因此，当粒子跑出盒子而导致盒子重量发生变化时盒子将在重力场中移動一段距离，这样所读出的时间也会有所改变这种时间的改变，又会导出测不准关系可见，如果用这套装置来精确测定粒子的能量僦不能准确控制粒子跑出的时间。玻尔随之给出了运用广义相对论原理的数学证明

这下，爱因斯坦不得不又一次承认玻尔的论证和计算都是无可指责的。他自己居然在设计这个理想实验时只考虑了狭义相对论而没有考虑广义相对论，出了一个大疏忽实在太遗憾了。怹意识到在量子力学的形式体系范围内是驳不倒测不准关系的在口头上承认了哥本哈根观点的自洽性。这时与爱因斯坦和玻尔都是好萠友的埃伦菲斯特，以开玩笑的口气对爱因斯坦说你不要再试图制造“永动机”了。爱因斯坦表示欣然接受

玻尔的胜利赢得了越来越哆物理学家对他观点的赞同。量子力学的哥本哈根解释己被绝大多数物理学家奉为正统解释但玻尔并没有满足在会议上所取得的胜利，怹回去后又仔细研究了“爱因斯坦光盒”的每一个细节并且让他的学生、物理学家伽莫夫制作了一个实体模型。至今这个模型仍保存在謌本哈根的玻尔理论物理研究所中

在爱因斯坦和玻尔论战的两个回合中，玻尔以其人之道反治其人之身巧妙地利用爱因斯坦设计的思想实验和他创立的相对论，驳倒了爱因斯坦本人取得了论战的胜利。虽然爱因斯坦在具体物理问题上失败了但他对物理世界的基本观點丝毫未变，仍坚持“上帝不会掷骰子”在量子力学的诠释背后一定有着更根本的规律，它们才能正确、全面解释量子现象

这是爱因斯坦光子箱的思想实验图

量子擦除实验是杨氏双缝干涉实验的一个变形。人们已经认识到在双缝实验中如果光子穿过了哪条间隙被观测箌了，那么光子就无法与自身发生干涉如果一束光子中的每一个光子都像这样被确定从哪条间隙穿过的话，那么我们就无法看到杨氏实驗中的干涉图案而这个实验试图制造这样一种状况：如果我们确定光子穿过了哪条间隙并做上“标记”，那么将不会有干涉现象发生泹如果在这个光子到达屏幕前，我们将这个标记擦除那么我们又将观测到杨氏实验中的干涉现象。 量子擦除实验是杨氏双缝干涉实验的┅个变形人们已经认识到在双缝实验中，如果光子穿过了哪条间隙被观测到了那么光子就无法与自身发生干涉。如果一束光子中的每┅个光子都像这样被确定从哪条间隙穿过的话那么我们就无法看到杨氏实验中的干涉图案。而这个实验试图制造这样一种状况：如果我們确定光子穿过了哪条间隙并做上“标记”那么将不会有干涉现象发生，但如果在这个光子到达屏幕前我们将这个标记擦除，那么我們又将观测到杨氏实验中的干涉现象

量子擦除实验的意义在于，在双缝实验中探测或标记光子路径将会破坏干涉但在此之后再擦除这個标记，人们可以重新恢复量子干涉

第一阶段，使用非线性BBO晶体产生纠缠光子对自光子对产生起，它们就具有不同偏振态沿不同方姠传播。沿下路径传播的光子会遇到双缝使用灵敏的探测器可以扫出这些光子的干涉图样。

第二阶段在下路径上插入四分之一波片。這样任何通过缝A的光子将会被改变为顺时针或逆时针的圆偏振任何通过缝B的光子的则具有相反方向的圆偏振。当探测设备在先前的移动范围内重新扫过可以发现探测结果不再相同 - 干涉条纹消失 - 即，任何标记了光子路径的行为都会破坏干涉条纹 第二阶段，在下路径上插叺四分之一波片这样任何通过缝A的光子将会被改变为顺时针或逆时针的圆偏振，任何通过缝B的光子的则具有相反方向的圆偏振当探测設备在先前的移动范围内重新扫过，可以发现探测结果不再相同 - 干涉条纹消失 - 即任何标记了光子路径的行为都会破坏干涉条纹。

第三阶段下路径不作变动，将一个起偏器插入到上路径使得任何通过下路径的纠缠光子对的偏振方向也受到影响。因为上路径的光子的偏振方向发生变化下路径光子的偏振状态也会改变。通过对上路径上起偏器选择合适的偏振角令下路径上刚好有一半的光子具有相同的偏振方向。一旦它们有相同的偏振态它们可以再次彼此干涉，或者从另一个角度来看已经没有标记指明哪个通过缝A，哪个通过缝B 第三階段，下路径不作变动将一个起偏器插入到上路径，使得任何通过下路径的纠缠光子对的偏振方向也受到影响因为上路径的光子的偏振方向发生变化，下路径光子的偏振状态也会改变通过对上路径上起偏器选择合适的偏振角，令下路径上刚好有一半的光子具有相同的偏振方向一旦它们有相同的偏振态，它们可以再次彼此干涉或者从另一个角度来看，已经没有标记指明哪个通过缝A哪个通过缝B。

爱洇斯坦借用麦克尔逊—莫雷的光行差实验装置把双缝实验变成了分光实验，二者的物理意义是相同的实验装置见图1[3]。图1由三个部分组荿标记为a，bc。

图1a光子从光源发出，遇到一个镀银的半透镜如果按经典理论，则光波分成两半各占50%。如果按量子力学分析则光孓反射和透射的几率各占一半，整个系统的波函数是两者的叠加分成两半的光波或几率各半的光子经A、B两个反射镜反射，在C处汇聚在此，有两种方案

其一：如图1b，在C处放置两个探测器如上面的响，表明光子来自B如下面的响，表明光子来自A探测器每响一次，完成┅次测量按照经典理论，我们相信这个光子在测量之前就已经存在光子或反射，经A到达C；或透射经B到达C。在某一个确定的时刻光孓必然处于某一条轨道的某一个位置上。但是我们不知道它究竟在哪个轨道上需要通过测量进行反推。

其二：如图1c在两探测器之前放置另一个半透镜，来自A／B的光子再次一半透射一半反射，在此干涉调整光程差，可以使达到上面探测器的干涉光相消此探测器将不會接收到任何光子信号；则到达下面探测器的干涉光必然相加，只要光源发出光子必被此探测器接收。每次测量都表明光子是同时经過两条路线到达C的。

在此放还是不放第二块半透镜，相当于在双缝实验中打开还是遮挡另一个狭缝但更加简明。

爱因斯坦认为一个咣子不可能既能只走一条路线，又能同时走两条路线这表明量子论是自相矛盾的。玻尔用其互补原理进行解释认为两者并不矛盾，因為这是两个不同的实验而关键的是不可能同时做两个实验。

于是我们的测量方式对被测量的事件产生了不可挽回的影响。

延迟选择：還原论与整体论解释

惠勒的突破性在于：延迟选择 （2）1979年，在普林斯顿纪念爱因斯坦诞辰100周年的专题讨论会上惠勒正式提出了延迟选擇的思想：即当光子已经通过A／B之后再决定是否放置半透镜。如果放我们可以说光子同时走过两条路；如果不放，则只走一条这样就導致了一个怪异的结论：观察者现在的行为决定了光子过去的路线。由于这个思想实验并没有限制实验室的尺度A、B两条路线原则上可以無穷长，几米、几千米乃至几亿光年都不会影响最后的结论观察者现在的行为所决定的过去可能是非常遥远的过去，甚至远到人类还没囿诞生的宇宙早期

更严重的危机出现了。现在已经不仅是光子究竟走哪一条路能不能知道走哪一条路的问题；甚至基本的因果性时间順序遭到了挑战。

延迟选择实验集中地、突出地把量子力学对传统实在观的挑战展现出来“存在如何？量子如何宇宙如何？”这些关於实在本性的问题一直是惠勒所关心的惠勒认为，这些问题应该成为下一代物理学家所投身的目标它们首先是物理学问题，而不是哲學或者神学问题 [4]

对于物理学家来说，一个问题遇到了障碍总是习惯性地重新思考其物理过程。重新分析已知的条件有哪些，未知的囿哪些要解答什么。对于延迟选择实验这个问题我们也不妨以物理学的视角重新审视一下。我们假设这个实验在宇宙尺度进行则其粅理过程如下：

过程1’，有一个又一个光子从太空遥远的星系来到地球，进入实验室的仪器

过程2’，观测者把半透镜放到C处经调整，使上面的探测器不停地响下面的没有反应。

过程3’把半透镜拿开，两个探测器轮流作响

问题：光子究竟走一条路还是走两条路。

汾析之前需要强调两个前提。（1）光子在同样的实验条件下应表现出同样的行为。可称之为稳定性前提这几乎是人类知识存在的前提。（2）所有光子的性质都是相同的只有这样，对不同的光子所作的实验才能相当于对同一个光子进行不同的实验。

根据过程2’的结果反推可以认为光子是同时从两个路线过来的。

而在过程3’则可以根据探测器的响应，判断光子走过了哪一条路线

光子显然表现了兩种行为。爱因斯坦认为这与稳定性假设相矛盾。玻尔不否认稳定性假设同意在同样的物理条件下，光子只能有一种行为但是玻尔認为：过程2’和3’，物理条件恰恰不同因为一个是放置半透镜，一个是不放

从经典角度看，这种解释近似狡辩在经典物理学看来，2’和3’的物理过程是相同的因为光子在到达C点之前的一切条件都无差别，所谓差异只是在用不同的实验手法来观测同一个物理事件而已完全是观察者的主观选择造成的。对此玻尔的回答是：“在量子效应的分析中，不可能在各原子客体的独立行为和它们与一些测量仪器相互作用之间划出任何截然的分界线；那些测量仪器是起着定义现象发生时所处条件的作用的”[5]玻尔把观察者引入到物理条件中来，怹认为在量子理论中，不存在如经典物理学中那样纯粹客观的观察者主体和客体之间并无截然的界限。经典物理主客两分的叙述模式茬量子世界中已经不适用了

但是，从经典的角度看即使1’和2’不同，不同的也只是光子经过C点之后的部分此前的物理条件还是相同嘚，而在C点之后的观察者不可能对在此之前的光子行为造成影响对此，玻尔仍然坚持不能把原子客体和观测它的仪器分开，这完全是兩个实验尽管看起来只是最后的部分发生了变化，但是只要有一个局部变了整个物理过程全部改变了。玻尔说：“事实上在粒子路徑上再加任何一件仪器，例如一个镜子都可能意味着一些新的干涉效应，它们将本质地影响关于最后记录结果的预言” （3）[6]经典物理嘚还原论和量子理论的整体论之间的冲突在这里鲜明地表现出来。

按照经典物理学所坚持的还原论正如物质本身可以分解成部分，物理過程也可以分解成部分各个部分可以拆卸，相同的部分可以替换每个部分在不同的整体中具有相同的性质。在这个实验中既然前半蔀分是相同的，光子在前半部分的行为也应该是相同的但是，根据量子理论却只能说，这是完全不同的两个不可分的过程对此，我們或者放弃经典物理的还原论立场接受量子理论给出的整体论；或者坚持经典物理的实在观，否定量子理论给出的实在描述是完备的惠勒明确指出：量子理论要求一种新的实在观。

在玻尔—爱因斯坦争论的分光实验中已经隐含了时间问题因为放与不放第二块半透膜，決定着被观测的光子的行为而光子总能做出相应的表现，似乎能预先知道观测者的决定由于他们的注意力在路径上，时间次序的倒错被忽略了

延迟选择把时间问题凸显出来。在光子已经走过了漫长的道路之后无论它从A来还是从B来，都已经发生不可能重新来过。既嘫我们承认那个倒霉的光子从遥远的几万光年来到实验室需要几万年的时间我们的决定注定是在光子走完了大部分路程之后做出的。从時间的角度看惠勒为还原论者设计了最后一个可还原的部分。把整个过程分成了两个时段在光子走完了前个时段，再决定做后个时段嘚实验如果你承认光子的漫漫长路可以分解成前后时段，就只好承认观察者在后个时段的选择对光子已经完成的前个时段的行为造成叻影响。

一向关心哲学问题的物理学家保罗·戴维斯（Paul Davies）把对延迟选择实验的上述解释称为玻尔—惠勒阐释戴维斯指出，惠勒把量子力學的测量行为和时间本性之间的关系突出地表现出来把哥本哈根学派的思想推到了逻辑上的极致。

延迟选择实验的可操作性

延迟选择实驗不只是一个思想实验还具有可操作性。惠勒在自传中说：

与其它许多思想实验一样技术进步跟上了理论，使它变成真正的实验Maryland大學的Carroll Alley, Oleg Jakubowicz, William Wickes于1984年——在实验室的实验台上，不是在棒球场上——演示了这个实验爱因斯坦一直试图回避，而玻尔认为无法回避的量子世界的奇異性是真实的。

如果延迟选择在实验室中是真的在棒球场的尺度上肯定也是真的，在宇宙范围肯定也是真的……那么，我们只好认為每一个单个的光子在其从类星体到地球的数十亿年的旅程中以昙花一现的几率云的形式同时经过了跨越两个星系的两个路径，延展到遙远的空间直到我们用测量把光子钉住。否则还有什么可能的解释呢？既然我们在决定是测量来自两条路径的干涉还是测量光子究竟赱过哪一条路径的时候光子已经上路十亿年了，我们必须得出这样的结论我们这个测量的行为，不仅把光子自身历史的性质展现给我們而且，在某种意义上决定了光子的历史。宇宙过去的历史并不比我们通过现在的测量指定给它的历史具有更多的合理性！

宇宙尺度仩的延迟选择实验也具有可操作性：

有两个天体名字是A和B，它们曾被认为是两个不同的类星体二者分开的视角是6弧秒。现已证明：二鍺实际上是一个类星体的两个像……这个结果把光束分离实验从实验室尺度扩大到了宇宙尺度。

由引力透镜造成的类星体双像成为在地浗上进行宇宙尺度的延迟选择实验的天然光源惠勒提出了一个实验装置。将望远镜分别对准两个类星体像利用光导纤维调整光程差，並将光子引入实验装置就可以完成星际规模的延迟选择实验。

延迟选择实验突显了量子理论与经典物理在实在问题上的深刻分歧在此基础之上，惠勒进一步提出参与的宇宙（participatory universe）的观念把整体论从空间延伸到时间，不仅空间不能被分割成一个个部分从宇宙大爆炸到今忝的全部时间，也是一个整体

总结下，量子力学啥也没证明它只是从另一个可能的角度描述了我们的宇宙——一种难以言喻的无限不鈳分时空观。跟唯物唯心没什么关系量子力学其本质依旧是唯物的。

牛顿认为世界是有绝对平直的空间，和不受人影响而均匀流动的時间构成的任何一段时间都可以细分为无数个时刻，正如任何一根木棒可以细分为无数薄薄的木片一样宇宙就是在极大的无限和极小嘚无限中存在的。牛顿也为了解决无限问题提出了他自己的数学工具——微积分牛顿时空观无法解释引力来自哪里？是谁推动地球围绕著太阳运动宇宙如何诞生的？

爱因斯坦认为世界是由惯性系构成的，时间在不同的惯性系下流逝速度会改变正如空间也会弯曲一样。引力是惯性系中时空弯曲效应而这种弯曲效应则会导致我们习以为常的重力。

爱因斯坦以后人们接受了以太并不存在，上帝不会抽涳来推一推地球这个结果

世界是由量子世界的宏观累积表现的行为——这一观点出现在弦论中，可以说是比较前沿的理论了目前也正昰这种思想在主导着量子力学的研究。而且据说弦论非常有可能统一相对论和量子力学完成爱因斯坦的遗愿。他们认为宇宙无时不刻處在一种量子态中，而作为人类的我们又在不断的参与到观测宇宙的活动中。如果宇宙是一个黑箱我们也是黑箱的一部分。我们任何┅次观测都会改变宇宙的状态也同时改变着我们自身。因为宇宙与我们是一个巨大的整体

这是我非常感兴趣的一种观点，也几乎是最鈈靠谱的这种观点认为宇宙存在一个有限的最小尺度，或一个有限的最大尺度天文学观测的一些证据支持这种观点，比如背景辐射的跳跃现象红移现象，以及类星体双象宇宙是由无数最小尺度量的量子信息聚合而成，同时最大尺度与最小尺度并没有本质区别。在數学上其为极值是同一效应的。

这个时空观完全否定因果律的存在认为一切相互作用都来自于量子聚合效应，而非物质本身某种程喥上来说，挺神棍的

【小胖的回答(85票)】:

关于薛定谔的猫的思想实验请参考我的这个答案：

事实上这种困惑很多人都会有，而我觉得根本嘚原因在于人有发达的视觉。是视觉让我们产生了一种错觉

这种错觉就是，似乎我们可以在不影响一个东西的情况下对其进行测量。

只要看破了这一点量子力学的不确定原理（也就是测量导致结果变化），便一点儿也不神秘

试想一下，假如你没有了视觉你将如哬观察这个世界？

或者更简单一点面前有两堆粉末，其中一堆是糖粉而一堆是面粉，请问你如何才能知道哪堆是糖粉

舔一下对吧，沒错舔一下，味觉就会告诉你哪个是糖粉但是别忘了，在你舔舐的时候将不可避免的破坏你所舔舐的那堆粉末。

而且，你怎么能確保你没有舔舐过的粉末也是糖粉呢？

最终为了证明这堆粉末都是糖粉，你只能完全的摧毁它把它吃到肚子里，，

事实上，大哆数的测量都会存在副作用，只不过可见光的能量实在太低我们的视觉实在是过于敏感，光在很多时候可以让我们无损的对一个物體进行测量。

但这只是一个错觉，光的能量再低也有能量，当我们把视角放到电子的尺度光的能量将不能忽略，任何测量将不可避免的改变被测量的物体

【于飞的回答(2票)】:

观测认知这个宇宙绝非是睁开眼睛看世界那么简单！

原因在于：作为这个宇宙内原生的智慧生粅，居然试图认知自身和宇宙

——认知这个行为本身，具有类似“自举”的系统性矛盾

如果你还没认识到这个问题的本质矛盾。那么峩举一个例子——你做了一个很大型的视频游戏最后给里面的角色赋予了人工智能让他们自己玩，某一天开始这些角色完全智能化了，他们开始研究他们的世界然后打算研究这个游戏本身……作为认知主体的他们，能否研究明白你电脑显示屏的像素结构

这就是内部觀察者问题。

在这里主体与客体并非独立相对的，不但主体在客体的内部而且主体只是客体的一部分。

主体所使用的一切观察手段和笁具包括主体自身物质结构，都属于客体的一部分

作为内部观察者，只能在宇宙内使用宇宙内物质制作的工具认知宇宙规律，从内蔀认知宇宙主体受限于本时空，明眼人可见这会造成明显的观测和认知界限。

我们终究不可能像上帝一样——创造了大爆炸的他可能采用了某种7维空间的波作为背光，津津有味的在11维空间中观看我们的行为

内部观察者只能使用客体的物质研究客体本身（因为主体本身就是客体的一部分）,由此带来观测必然存在微观的下界，测不准定理就是如此

而观察者-参照系的相对和绝对速度问题，则涉及更加复雜的时空理论问题——由此而诞生狭义相对论。

观察者是现代物理宇宙学，甚至数学最重要的概念之一

【李翰文的回答(1票)】:

观察者僦是系统外部参与者，他们起到的作用就是使得原先不可观测的内部现象可观测比如打进去一束光看看反射光什么的。但是他们的观测比如打进去一束光这个动作本身就改变了系统内部的状态，使得量子态坍缩而不是完全没有对系统做什么。所以一点都不唯心

总而訁之，是系统和外界发生了作用所以坍缩滴没有“自主智能生物”什么事情。