上帝掷骰子吗-第32部分
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来……”如果王阳明懂量子论，他多半会说：“你未观测此花时，此花并未实在地存在，
按波函数而归于寂；你来观测此花时，则此花波函数发生坍缩，它的颜色一时变成明白的
实在……”测量即是理，测量外无理。
当然，我们无意把这篇史话变成纯粹的乏味的哲学探讨，经验往往表明，这类空洞的议论
最终会变成毫无意义，让人昏昏欲睡的鸡肋文字。我们还是回到具体的问题上来，当我们
不去观察箱子内的情况的时候，那只猫真的“又是活的又是死的”？
这的确是一个让人尴尬和难以想象的问题。霍金曾说过：“当我听说薛定谔的猫的时候，
我就跑去拿枪。”薛定谔本人在论文里把它描述成一个“恶魔般的装置”（diabolische
，英文diabolical，玩Diablo的人大概能更好地理解它的意思）。我们已经见识到了量子
论那种种令人惊异甚至瞠目结舌的古怪性质，但那只是在我们根本不熟悉也没有太大兴趣
了解的微观世界而已，可现在它突然要开始影响我们周围的一切了？一个人或许能接受电
子处在叠加状态的事实，但一旦谈论起宏观的事物比如我们的猫也处在某种“叠加”状态
，任谁都要感到一点畏首畏尾。不过，对于这个问题，我们现在已经知道许多，特别是近
十年来有着许多杰出的实验来证实它的一些奇特的性质。但我们还是按着我们史话的步伐
，一步步地来探究这个饶有趣味的话题，还是从哥本哈根解释说起吧。
猫处于死/活的叠加态？人们无法接受这一点，最关键的地方就在于：经验告诉我们这种
奇异的二重状态似乎是不太可能被一个宏观的生物，比如猫或者我们自己，所感受到的。
还是那句话：如果猫能说话，它会描述这种二象性的感觉吗？如果它侥幸幸存，它会不会
说：“是的，我当时变成了一缕概率波，我感到自己弥漫在空间里，一半已经死去了，而
另一半还活着。这真是令人飘飘然的感觉，你也来试试看？”这恐怕没人相信。
好，我们退一步，猫不会说话，那么我们把一个会说话的人放入箱子里面去。当然，这听
起来有点残忍，似乎是纳粹的毒气集中营，不过我们只是在想象中进行而已。这个人如果
能生还，他会那样说吗？显然不会，他肯定无比坚定地宣称，自己从头到尾都活得好好的
，根本没有什么半生半死的状态出现。可是，这次不同了，因为他自己已经是一个观察者
了啊！他在箱子里不断观察自己的状态，从而不停地触动自己的波函数坍缩，我们把一个
观测者放进了箱子里！
可是，奇怪，为什么我们对猫就不能这样说呢？猫也在不停观察着自己啊。猫和人有什么
不同呢？难道区别就在于一个可以出来愤怒地反驳量子论的论调，一个只能“喵喵”叫吗
？令我们吃惊的是，这的确可能是至关重要的分别！人可以感觉到自己的存活，而猫不能
，换句话说，人有能力“测量”自己活着与否，而猫不能！人有一样猫所没有的东西，那
就是“意识”！因此，人能够测量自己的波函数使其坍缩，而猫无能为力，只能停留在死
/活叠加任其发展的波函数中。
意识！这个字眼出现在物理学中真是难以想象。如果它还出自一位诺贝尔物理学奖得主之
口，是不是令人晕眩不已？难道，这世界真的已经改变了么？
半死半活的“薛定谔的猫”是科学史上著名的怪异形象之一，和它同列名人堂的也许还有
芝诺的那只永远追不上的乌龟，拉普拉斯的那位无所不知从而预言一切的老智者，麦克斯
韦的那个机智地控制出入口，以致快慢分子逐渐分离，系统熵为之倒流的妖精，被相对论
搞得头昏脑涨，分不清谁是哥哥谁是弟弟的那对双生子，等等等等。薛定谔的猫在大众中
也十分受欢迎，常常出现在剧本，漫画和音乐中，虽然比不上同胞Garfield或者Tom，也
算是有点人气。有意思的是，它常常和“巴甫洛夫的狗”作为搭档一唱一和出现。它最长
脸的一次大概是被“恐惧之泪”（Tears for Fears），这个在80年代红极一时的乐队作为
一首歌的标题演唱，虽然歌词是“薛定谔的猫死在了这个世界”。
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饭后闲话：海森堡和德国原子弹计划（五）
《哥本哈根》一剧于1998年5月21日于伦敦皇家剧院首演，随后进军法国和百老汇，引起
轰动，囊括了包括英国标准晚报奖（Evening Standard），法国莫里哀戏剧奖和美国东尼
奖等一系列殊荣。剧本描写玻尔和夫人玛格丽特，还有海森堡三人在死后重聚在某个时空
，不断地回首前尘往世，追寻1941年会面的前因后果。时空维度的错乱，从各个角度对前
生的探寻，简洁却富予深意的对话，平淡到极点的布景，把气氛塑造得迷离惝恍，如梦如
幻，从戏剧角度说极其出色，得到好评如潮。后来PBS又把它改编成电视剧播出，获得的
成功是巨大的。
但Thomas Powers《海森堡的战争》一书的命运却大相径庭。甚至早在《哥》剧大红大紫
之前，它便开始被许多历史学家所批评，一时间在各种学术期刊上几乎成为众矢之的。因
为对Farm Hall Transcrip；t稍加深入的研究很快就表明事实完全和Powers说的不一样。海
森堡的主要传记作者Cassidy在为Nature杂志写的书评里说：“……该作者在研究中过于
肤浅，对材料的处理又过于带有偏见，以致于他的精心论证一点也不令人信服。（Nature
V363）”而Science杂志的评论则说：“这本书，就像铀的临界质量一样，需要特别小心
地对待。（Science V259）”纽约大学的Paul Forman在《美国历史评论》杂志上说：“
（这本书）更适合做一本小说，而不是学术著作。”他统计说在英美的评论者中，大约3/
5的人完全不相信Powers的话，1/5的人认为他不那么具有说服力，只有1/5倾向于赞同他
的说法。
而在1998年出版的《海森堡与纳粹原子弹计划》一书中，历史学家Paul Rose大约是过于
义愤填膺，用了许多在学者中少见的尖刻词语来评价Powers的这本书，诸如“彻头彻尾虚
假的（entirely bogus）”、‘幻想（fantasy）”、“学术上的灾难（scholarly
disaster）”、“臃肿的（elephantine）”……等等。
OK，不管人们怎么说，我们还是回过头来看看海森堡宣称的一切。首先非常明显可以感受
到的就是他对于德国物理学的一种极其的自负，这种态度是如此明显，以致后来一位德国
教授评论时都说：“我真不敢相信他们竟能有如此傲慢的态度。”海森堡大约是死也不肯
承认德国人在理论上“技不如人”的了，他说直到1942年双方的进展还“基本相当”，这
本身就很奇怪。盟国方面在1942年已经对原子弹的制造有了非常清楚的概念，他们明确地
知道正确的临界质量参数，他们已经做了大量的实验得到了充分的相关数据。到了1942年
12月，费米已经在芝加哥大学的网球场房里建成了世界上第一个可控反应堆，而德国直到
战争结束也只在这方面得到了有限的进展。一旦万事具备，曼哈顿计划启动，在盟国方面
整个工程就可以顺利地上马进行，而德国方面显然不具备这样的能力。
海森堡的这种骄傲心理是明显的，当然这不是什么坏事，但似乎能够使我们更好地揣摩他
的心理。当广岛的消息传来，众人都陷入震惊。没心计的哈恩对海森堡说：“你只是一个
二流人物，不如卷铺盖回家吧。”而且……前后说了两次。海森堡要是可以容忍“二流”
，那也不是海森堡了。
早在1938年，海森堡因为不肯放弃教授所谓“犹太物理学”而被党卫军报纸称为“白犹太
人”，他马上通过私人关系找到希姆莱要求澄清，甚至做好了离国的准备。海森堡对索末
菲说：“你知道离开德国对我来说是痛苦的事情，不是万不得已我不会这样做。但是，我
也没有兴趣在这里做一个二等公民。”海森堡对个人荣誉还是很看重的。
但是，一流的海森堡却在计算中犯了一个末流，甚至不入流的错误，直接导致了德国对临
界质量的夸大估计。这个低级错误实在令人吃惊，至今无法理解为何如此，或许，一些偶
然的事件真的能够改变历史吧？
第九章 测量问题
一
我们已经在科莫会议上认识了冯•；诺伊曼（John Von Neumann），这位现代计算机
的奠基人之一，20世纪最杰出的数学家。关于他的种种传说在科学界就像经久不息的传奇
故事，流传得越来越广越来越玄：说他6岁就能心算8位数乘法啦，8岁就懂得微积分啦，1
2岁就精通泛函分析啦，又有人说他过目不忘，精熟历史，有人举出种种匪夷所思的例子
来说明他的心算能力如何惊人。有人说他10岁便通晓5种语言，并能用每一种来写搞笑的
打油诗，这一数字在另一些人口中变成了7种。不管怎么样，每个人都承认，这家伙是一
个百年罕见的天才。
要一一列举他的杰出成就得花上许多时间：从集合论到数学基础方面的研究；从算子环到
遍历理论，从博弈论到数值分析，从计算机结构到自动机理论，每一项都可以大书特书。
不过我们在这里只关注他对于量子论的贡献，仅仅这一项也已经足够让他在我们的史话里
占有一席之地。
我们在前面已经说到，狄拉克在1930年出版了著名的《量子力学原理》教材，完成了量子
力学的普遍综合。但从纯数学上来说，量子论仍然缺乏一个共同的严格基础，这一缺陷便
由冯诺伊曼来弥补。1926年，他来到哥廷根，担任著名的希尔伯特的助手，他们俩再加上
诺戴姆不久便共同发表了《量子力学基础》的论文，将希尔伯特的算子理论引入量子论中
，将这一物理体系从数学上严格化。到了1932年，冯诺伊曼又发展了这一工作，出版了名
著《量子力学的数学基础》。这本书于1955年由普林斯顿推出英文版，至今仍是经典的教
材。我们无意深入数学中去，不过冯诺伊曼证明了几个很有意思的结论，特别是关于我们
的测量行为的，这深深影响了一代物理学家对波函数坍缩的看法。
我们还对上一章困扰我们的测量问题记忆犹新：每当我们一观测时，系统的波函数就坍缩
了，按概率跳出来一个实际的结果，如果不观测，那它就按照方程严格发展。这是两种迥
然不同的过程，后者是连续的，在数学上可逆的，完全确定的，而前者却是一个“坍缩”
，它随机，不可逆，至今也不清楚内在的机制究竟是什么。这两种过程是如何转换的？是
什么触动了波函数这种剧烈的变化？是“观测”吗？但是，我们这样讲的时候，用的语言
是日常的，暧昧的，模棱两可的。我们一直理所当然地用使用“观测”这个词语，却没有
给它下一个精确的定义。什么样的行为算是一次“观测”？如果说睁开眼睛看算是一次观
测，那么闭上眼睛用手去摸呢？用棍子去捅呢？用仪器记录呢？如果说人可以算是“观测
者”，那么猫呢？一台计算机呢？一个盖革计数器又如何？
冯诺伊曼敏锐地指出，我们用于测量目标的那些仪器本身也是由不确定的粒子所组成的，
它们自己也拥有自己的波函数。当我们用仪器去“观测”的时候，这只会把仪器本身也卷
入到这个模糊叠加态中间去。怎么说呢，假如我们想测量一个电子是通过了左边还是右边
的狭缝，我们用一台仪器去测量，并用指针摇摆的方向来报告这一结果。但是，令人哭笑
不得的是，因为这台仪器本身也有自己的波函数，如果我们不“观测”这台仪器本身，它
的波函数便也陷入一种模糊的叠加态中！诺伊曼的数学模型显示，当仪器测量电子后，电
子的波函数坍缩了不假，但左/右的叠加只是被转移到了仪器那里而已。现在是我们的仪
器处于指针指向左还是右的叠加状态了！假如我们再用仪器B去测量那台仪器A，好，现在
A的波函数又坍缩了，它的状态变成确定，可是B又陷入模糊不定中……总而言之，当我们
用仪器去测量仪器，这整个链条的最后一台仪器总是处在不确定状态中，这叫做“无限后
退”（infinite regression）。从另一个角度看，假如我们把用于测量的仪器也加入到
整个系统中去，这个大系统的波函数从未彻底坍缩过！
可是，我们相当肯定的是，当我们看到了仪器报告的结果后，这个过程就结束了。我们自
己不会处于什么荒诞的叠加态中去。当我们的大脑接受到测量的信息后，game over，波
函数不再捣乱了。
难道说，人类意识（Consciousness）的参予才是波函数坍缩的原因？只有当电子的随机
选择结果被“意识到了”，它才真正地变为现实，从波函数中脱胎而出来到这个世界上。
而只要它还没有“被意识到”，波函数便总是留在不确定的状态，只不过从一个地方不断
地往最后一个测量仪器那里转移罢了。在诺伊曼看来，波函数可以看作希尔伯特空间中的
一个矢量，而“坍缩”则是它在某个方向上的投影。然而是什么造成这种投影呢？难道是
我们的自由意识？
换句话说，因为一台仪器无法“意识”到自己的指针是指向左还是指向右的，所以它必须
陷入左/右的混合态中。一只猫无法“意识”到自己是活着还是死了，所以它可以陷于死/
活的混合态中。但是，你和我可以“意识”到电子究竟是左还是右，我们是生还是死，所
以到了我们这里波函数终于彻底坍缩了，世界终于变成现实，以免给我们的意识造成混乱
。
疯狂？不理性？一派胡言？难以置信？或许每个人都有�
