月亮只在我们看着它的时候才存在吗

不确定的世界

“你是否相信，月亮只有在看着它的时候才真正存在？”

爱因斯坦在一次散步中，向他旁边的学生提出了上面这个问题。看似玩笑的话，其实源于爱因斯坦对量子理论的质疑。

量子理论是有史以来最成功的科学理论，理论与实验结果极为相符。不过，它有个大问题——测量问题。

实验表明，电子等微观粒子可以像水波一样发生干涉，说明它们具有类似波的性质。然而，如果你直接的观察它们，它们就会变为一个有着具体位置的粒子。

1926年，奥地利物理学家埃尔温·薛定谔提出了一个描述粒子波行为的方程。方程中，粒子的这种行为可以用一个被称为波函数的数学实体来代表。波函数并不能肯定地告诉你，当你观察一个粒子时，它会出现在哪里。相反，它会告诉你，粒子会有多大的概率出现在某处。

但是在测量之前，粒子是处在什么状态呢？最受欢迎的答案，称为哥本哈根诠释，是以量子理论先驱之一尼尔斯·玻尔所在的丹麦哥本哈根大学命名的。哥本哈根诠释是说，一个粒子在观察之前的状态就是不确定的。这里的不确定，可不是指这个粒子处在某种我们不知道的状态，而是这个粒子如同有了分身术一样，能同时处在所有可能的状态中。当对它进行观测时，其波函数会发生突变，从一个不确定的状态变为一个确定的“真实”状态。这种突变过程被称为波函数坍缩。

换句话说，当我们不注意时，这个世界是模糊的和不确定的。只有通过看着它们、观察它们、测量它们，我们才能使它们成为“真实的”。

既死又活的猫

然而，哥本哈根诠释与我们日常生活的体验大相径庭，甚至连薛定谔本人都接受不了。为了表明其荒谬性，薛定谔提出了一个著名的思想实验：想象一个密封的盒子，里面有着一个放射性物质和一只猫。这个放射性物质的波函数告诉我们，在一定时间内，它有一半的概率发生衰变。如果发生衰变，盒子内的机关会打破一个有毒的药罐，那只猫就会因此而死掉。

问题就来了：在你打开这个盒子之前，这只猫处于什么状态？哥本哈根诠释认为，在你打开这个盒子之前，放射性物质同时处在没有衰变和发生衰变的状态中，这意味着猫也同时处在既是活的又是死的状态中。薛定谔本人觉得，猫既活又死，是一件很荒谬的事情。

如果你把这个装着猫的盒子推广到整个宇宙，那麻烦就更大了。我们当前的宇宙，是因为我们观测了它，所以成了今天的恒星和星系。但是，如果没人观测的话，那么，现在宇宙粒子的波函数就不会发生坍缩，它们的位置也就是不确定的。位置不确定，也就无法确定地说哪里物质多，哪里的少，也就因此没有恒星和星系，宇宙会始终处于“混沌”状态。

这简直让人一头雾水！

多重世界理论

我们不观测，宇宙粒子的波函数就不会发生坍缩，也就是说，在我们观测之前，宇宙不是现在这个样子。这根本不可能！既然哥本哈根诠释有着这么多问题，那么如何解释现在的宇宙呢？

现在我们就来看看物理学家提出的其他种类的诠释。

一个较为著名的是多世界诠释。它的出发点就是波函数从来就不会发生坍缩，一个粒子从始至终都会分身术。对量子物体测量后，每一个可能的观测结果都会出现。那么，为何我们只会看到一种结果呢？多世界诠释认为，宇宙在观测后会“分裂”出多个平行世界，而每个观测结果都分别位于它自己的世界中。这意味着打开盒子后，薛定谔的猫仍是既活又死，只不过每个状态处在不同的世界中。（见图示“谁杀死了薛定谔的猫？”）。

多重世界理论虽然能解决问题，但与此同时，它却带来了“平行世界”这个很富有争议的概念。一些物理学家又提出了另一种诠释：客观坍缩理论。

自发地坍缩

客观坍缩理论第一次是在20世纪70年代提出来的，后来经过许多物理学家不断地完善。它认为，波函数的确会坍缩，但坍缩可以是自发地随机地发生。换句话说，波函数坍缩可以不需要观察者。

理论表明，客观坍缩是一件罕见的事情。一个粒子的波函数要发生客观坍缩，等待的时间可能会长过当前宇宙的年龄。然而，如果把许多粒子集中在一起，粒子间的相互作用，会使得等待的时间急速地缩短。如果有几十亿个粒子聚在一起，那么你可能只需要等待几秒钟，就会发现波函数坍缩了。

有了客观坍缩理论，就不存在既活又死的猫了，月亮也不会因没人看就不存在了，因为像猫或月亮等大的物体有太多的粒子，它们的波函数早就坍缩了，也就是说，它们都是确定的。而在早期的宇宙中，粒子的波函数发生坍缩只是一个时间问题。坍缩后，粒子就有了确定的位置，接下来，它们在引力的作用下，为恒星和星系的形成留下了种子（见图示“这一切如何开始的？”），然后形成我们今天的可观测宇宙。

但科学家们并不能解释为什么会发生坍缩。英国牛津大学的物理学家罗杰·彭罗斯给出了一个可能的解释，认为是引力驱使了波函数的坍缩，但目前物理学家们还没有达成共识。

解答其他宇宙之谜

不过，客观坍缩理论在基础物理学中正发挥不可思议的作用，它不仅可以解决许多量子理论中的问题，而且还可以解答众多其他的宇宙之谜。

黑洞就是一个例子。这个由爱因斯坦的广义相对论创造出来的怪物，可以吞噬周围的一切，就连宇宙中运动最快的光也无法从中逃离。近40年来，物理学家们一直被一个问题困扰着。如果哥本哈根诠释是正确的话，那么波函数坍缩得需要观察者，那么谁是那个黑洞内的观察者呢？对于客观坍缩理论，那么问题就很简单了——波函数坍缩不需要观察者。

客观坍缩理论还告诉我们，粒子的波函数自发地发生坍缩后，粒子还会释放出微小的能量。这种能量很小，我们很难在日常生活中察觉到。但这种能量遍布宇宙，如果把它们都统计起来，总能量可能会很大。一些物理学家相信，这种能量就是暗能量。

上个世纪90年代，科学家发现，有种未知的东西正使得宇宙加速膨胀。这种未知的东西被称为暗能量。不确定性原理告诉我们，即使什么都没有的真空，也包含着某些东西——真空里，会有一对对的虚粒子不断产生和湮灭。虚粒子也携带能量，意味着真空也具有能量。一些物理学家认为暗能量也许就是真空能，但问题是，根据理论得出的真空能量密度，比实际测得的暗能量密度大多了，前者大约是后者的10120倍。

2021年，墨西哥国立自治大学的物理学家丹尼尔·苏达尔斯基与他的同事经过计算后发现，客观坍缩创造的能量也许就是暗能量的来源。这个结果与天文学观测很吻合，这鼓舞了科学家们更加深入地研究客观坍缩理论。

客观坍缩理论是否正确？也许，我们还需要很多年的探索，才能真正解决我们最成功的科学理论中的最大难题。

本文源自大科技*科学之谜  2021年第12期杂志文章

量子理论主要是描述微观粒子之间的状态的，如果用在宏观上，很多量子效应就会看不到了，所以，你看月亮，看不与看，都不会影响月亮的存在。很多量子效应只在微观上存在，或者说微观上的概率较大。

伟大的物理学家爱因斯坦曾经就说过，如果我不去看月亮，那么月亮难道就真的不存在吗？实际上，这句话是爱因斯坦反驳哥本哈根学派的量子力学，爱因斯坦认为上帝不掷骰子，我们世间的一切都是安排好的。但是从量子力学来看的话，这个观点却发生了巨大的改变。首先通过单电子双缝干涉实验以及薛定谔的猫来看，我们都无法证实世界是真实存在的。

因为我们的观察会对世界发生变化。实际上，当下来看。量子力学已经被证实，在量子力学中的不确定性理论确实如此。如果你捕捉到一颗粒子，那么你会对这个例子进行测量或者定位。但是你会发现，当你对他定位的时候，他的速度开始变得不规律。当你测量它速度的时候，它的位置变得不规律。这就是量子的不确定性。只有当我们真正的捕捉到了这颗粒子，我们才知道这个粒子，它具有什么特性？假设这颗栗子没有被捕捉，那么它有可能会展示出宇宙中所有粒子的特性。

所以按照量子力学来看，如果你不去看月亮，那么你真的就不知道月亮是否存在，或者它是否跑到了宇宙溜达了一圈儿。量子力学最根本的表现形式，就是它的物理特性，微观物理和宏观物理存在着巨大的差异。

而且量子理论是基于量子尺度的理论。是描述微观世界中量子的特殊状态的一种理论。这种理论只在微观尺度有效。一旦到达了宏观尺度，量子理论就没有效果了。