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深度长文:必须有观察者出现,宇宙才能成为现在这个样子?

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宇宙之所以是今天这副确定的模样,很可能是因为有我们这样的智慧生命在观察它。



你大概会质疑:开什么玩笑?宇宙138亿年前就诞生了,人类出现才几百万年,难不成还能反过来决定宇宙怎么来的?

确实,按我们的日常常识,先有因后有果,过去决定现在,天经地义。

人类怎么看都是宇宙演化出来的“副产品”,怎么可能反过来影响宇宙本身?

但是,如果你稍微了解一点量子力学,了解过那些颠覆常识的实验,就会发现这个观点并非天方夜谭。

提出它的人,还是20世纪物理学界的泰斗级人物,约翰·惠勒。

说白了,这个观点的源头,就是量子世界里最诡异的那个特性:叠加态。

什么是叠加态?

在我们生活的宏观世界里,任何东西都有确定的状态。你桌上的杯子就在桌上,不可能同时在地上;路上的汽车就在那个位置,不可能同时出现在两个路口。哪怕你背过身不知道它在哪,它的位置也是确定的,跟你知不知道没关系。

但在微观的量子世界,规则完全不一样。



一个电子在没被测量之前,没有固定的位置,也没有固定的速度。它同时存在于所有它可能出现的地方,像一团散开的概率云。这种“既是这样又是那样”的状态,就叫叠加态。

物理学家用一个叫“波函数”的数学工具,来描述这团概率云的分布。



而一旦你对它进行测量、进行观测,这团概率云就会瞬间“坍缩”,电子会立刻出现在一个确定的位置,变成我们熟悉的、实实在在的粒子。

这可不是什么哲学猜想,是无数实验反复验证过的事实。

但问题也跟着来了:到底什么才算“观测”? 是人的眼睛看一眼才算吗?那猫盯着电子看,算不算观测?放个摄像头在旁边拍,没人看录像,算不算观测?

一开始有人往“意识”上扯,说只有人的意识才能让波函数坍缩,越说越玄乎,差点跑偏到玄学里。



后来物理学家提出了“退相干”理论,才算把这个问题拉回了物理范畴。

说白了,退相干就是:只要一个量子系统跟周围环境发生了足够多的相互作用,比如撞上一个空气分子,被一个光子照到,甚至跟引力场有了互动,它的叠加态就会极速消失,变成我们日常看到的确定状态。

但这个理论只解决了一半问题。

它解释了为什么宏观物体不会出现叠加态,却没回答最核心的疑问:为什么波函数坍缩之后,我们看到的偏偏是这个结果,而不是另一个? 无数种可能性里,为什么最终留下的是这一种?

大多数物理学家到这儿就停下了,接着在实验室里琢磨粒子的行为。

但惠勒的思路不一样,他直接把这个问题放大到了整个宇宙的尺度。

他想:既然单个粒子要观测才会确定,那整个宇宙呢? 宇宙刚诞生的那几十万年,连恒星都还没有,连原子都才刚刚形成,更别说什么观察者了。

那按照量子逻辑,那时候的宇宙岂不是一直处于一种“悬而未决”的叠加态?所有可能的演化路径、所有可能的历史都同时存在,没有哪一段是真正“发生过”的?

那它是怎么变成今天这个样子的?星系、恒星、行星,一切都清清楚楚,明明白白。

惠勒给出的答案非常反常识:是后来出现的观察者,反过来“确认”了宇宙的过去。



不是宇宙先存在,然后等我们来观察。恰恰相反,正是因为有了观察这个动作,宇宙一百多亿年的历史,才真正从一堆可能性里,坍缩成了确定发生的事实。

你肯定觉得这是胡说八道:过去的事早就发生了,怎么可能由现在决定? 别急,量子力学里还真有这么一个专门打脸常识的实验,延迟选择实验。

这个实验的逻辑很简单:我们向双缝发射一个光子,等它已经穿过双缝、快要打到屏幕上的时候,再临时决定:要不要加装一个探测器,去查它到底走了哪条缝。



按常识说,光子都已经穿过去了,走的哪条路早就定了,你后面加不加探测器能有啥影响?

但实验结果偏偏超出所有人意料: 只要我们加上探测器,屏幕上就只会出现两条亮斑,光子表现得像个粒子,老老实实走了其中一条缝; 如果不加探测器,屏幕上就会出现明暗相间的干涉条纹,光子表现得像波,同时走过了两条缝。

换句话说,我们现在的选择,居然好像“决定”了光子过去的行为。



这不是时间倒流,也不是改变历史。而是一件更诡异的事:在被测量之前,光子根本就没有一个确定的“过去”。它既没走左边,也没走右边,也没同时走两边,它处于所有可能性的叠加里。

是测量这个动作,给了它一个确定的过去。

惠勒觉得实验室里的实验格局还是太小,他又把这个实验搬到了整个宇宙的尺度。



他设想了一个宇宙版的延迟选择实验: 宇宙深处有一颗明亮的类星体,它发出的光要飞几十亿年才能到达地球。而在光飞来的半路上,刚好有一个巨大的星系挡在中间。这个星系的引力会像透镜一样弯折光线,让光分成两条路径绕着星系走,最后再汇聚到地球上。

这就相当于一个天然的、横跨几十亿光年的双缝实验。

几十亿年前,光子从类星体出发的时候,地球还没形成,太阳系都还没诞生,更别说人类和探测器了。

按道理说,它走的是哪条路,或者是不是同时走了两条路,早就应该定下来了。

但按照惠勒的推演: 如果今天,我们在望远镜的一端装上光子探测器,专门去测量这颗光子走了哪条路径,那它就会表现得像个粒子,在过去的几十亿年里,它一直沿着其中一条路径,孤零零地飞过来。

如果我们把探测器拆掉,让光子直接打在感光底片上,那它就会表现得像波,在过去的几十亿年里,它同时沿着两条路径飞行,像两道幽灵一样,最后在底片上撞出干涉条纹。

我们今天一个小小的开关动作,居然能“敲定”一颗光子几十亿年的旅行历史。 这听起来像是科幻小说的脑洞,但从量子力学的基本原理上讲,它完全自洽。

基于这些思考,惠勒提出了他那个石破天惊的概念:参与式宇宙。

很多人都听过“人择原理”:我们能看到这样的宇宙,是因为只有这样的宇宙才能诞生生命,才能有我们站在这里观察它。



说白了,就是宇宙刚好凑出了适合生命的条件,我们是幸运的偶然产物。

但惠勒的想法比这激进得多。

不是宇宙刚好适合我们,所以我们出现;而是必须有观察者出现,宇宙才能真正成为现在这个样子。



没有智慧生命的宇宙,不是不存在,而是它只停留在数学公式的层面,是无穷多可能性的集合,从来没有被“确认”过,也就没有一段真实、具体的历史。

就像一个永远不会被打开的游戏存档,里面的世界再宏大、再丰富,也只是一堆数据代码,不算真正运行过,不算真正存在过。

而我们的观测,就是按下那个“确认”按钮的瞬间。

我们不是宇宙演化出来的无关紧要的看客,我们是宇宙本身的参与者。

我们和宇宙,是互相成就的。

诺贝尔奖得主乔治·瓦尔德说过一句很妙的话:“在一个没有物理学家的宇宙里,原子的存在是悲哀的。”

仔细想想很有味道。

物理学家是原子组成的,我们每个人都是原子组成的。我们身体里的氢原子来自宇宙大爆炸的最初时刻,碳和氧来自恒星内部的核聚变,血液里的铁来自远古超新星的爆发。

我们每一个人,本质上都是星辰的碎片。



而现在,这些散落的星辰碎片聚在一起,长出了眼睛,长出了大脑,开始抬头仰望星空,开始追问光的本质,开始探索宇宙的起源。

说白了,这就是宇宙在认识自己啊。 原子通过物理学家,看见了原子自己;宇宙通过生命,确认了宇宙自己。

看到这里,你可能会觉得这太唯心了,太像鸡汤了。

但其实不是。这不是说人的意识能凭空创造世界,也不是说我们想怎么样宇宙就怎么样。它只是从量子力学的实验结果出发,做出的一个大胆而严谨的猜想。

我们到今天也没法证明惠勒说的到底对不对,我们甚至还没完全搞懂波函数坍缩的本质。

但至少这个猜想,给了我们一个很浪漫的答案。

我们总在感慨,人类在宇宙面前太渺小了,不过是一粒尘埃,一个偶然,一个可有可无的副产品。

但按照惠勒的说法,我们很重要。

我们是宇宙的观察者,是历史的确认者。

宇宙花了138亿年,演化出了能看见它、读懂它的我们。

而我们每一次抬头望向星空,每一次对世界的好奇与探索,其实都是在帮宇宙,完成它自己的存在。

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