“在开始我们的研究之前，还是先来看一看颗粒和波动这两种粒子形态的矛盾关键所在，并了解一下那个世界的个别科学家为解决这个矛盾所做的进一步努力。”米西雅一边说一边启动第三只眼睛的三维投影。

投影中显示出一个个从空中飞过的小球，然后又显示出水面扩散的波纹和空气中振动的声波。

“看完这两种物理形态的运动方式，你觉得它们各自有什么特点？它们之间有什么区别？”

“我觉得……觉得……颗粒……它们只能……占据空间中的一个位置，而波动……可以占据一片空间区域，或者……占据整个空间也有可能吧？”我努力地一边观察一边总结颗粒和波动的特点。

“你确实找到了颗粒和波动的一个重要特点和区别，那就是颗粒在某一时刻一定只能位于空间中的某一个确定的位置处，称为局域性；而波动在某一时刻则可以占据空间中的一个区域，称为广延性。不过，颗粒和波动之间还有一个更加关键的区别你可能没有注意到。”米西雅又替我完美地总结了一遍，却提示我的回答并不完整。

“那……是什么区别呢？”我已经实在想不出来了。

“你看，小颗粒自己本身就是物质，所以周围就算全是真空，它也依旧存在着。而水波也好，声波也好，如果没有水和空气这些波动的介质，它们还能存在吗？”

“呃，我明白了，波是物质的波，没有物质就没有波，而颗粒本身就是物质。”

“所以，颗粒和波动的一个更重要的区别就是，颗粒本身就是由物质组成的体积质量很小的物体，因此颗粒能够在真空中穿梭；而波动只是物质的一种运动形式，没有物质的存在，波动就什么也不是，因此波动不能在真空中传播。”米西雅把颗粒和波动的另一个区别也总结了一遍，接着又说：“不过这些颗粒和波都是我们日常生活中可以看见的，它们的特点和区别都是我们从宏观世界的观察经验中总结出来的——那个世界的科学家喜欢把建立在宏观世界的直观经验上的概念都叫做‘经典的’。而‘既是颗粒又是波动’的微观粒子就完全不是这样了！”

“那会是怎样的呢？”

“以光子为例，你知道光的波动性是很明显的。只要在看远处的时候把你的手指放到眼前，你就能在手指的轮廓周围看见光线的衍射现象；另外，单色的光穿过两道狭缝也很容易在成像底片上得到干涉条纹。但你也知道光是可以穿过真空的，而且光的能量是离散的，这些特征却是经典意义上的波动无论如何都不可能满足的，只有认为光是由小颗粒组成的才能解释。于是那个世界的爱因斯坦只好说光既是颗粒又是波动，但既不是经典的颗粒又不是经典的波动，他把这称为‘波粒二象性’。后来别的科学家受到他的启发，发现了所有的微观粒子都是如此：既是颗粒又是波动，但既不是经典的颗粒又不是经典的波动。”

“看来，作为物理大神，爱因斯坦的思维果然不是我这种智商的人可以理解的。”仔细了解了什么是波粒二象性，我唯一的感觉就是抓狂。

“不用被物理大神吓坏了。你有没有发现，爱因斯坦的这个说法对于认识微观粒子的本质，其实并没有解决什么问题？”米西雅微笑着问我。

“是呀，我实在想不出既是颗粒又是波动，但既不是经典的颗粒又不是经典的波动的微观粒子到底是什么样子。”

“不仅你想不出，别的人也一样想不出，包括爱因斯坦自己。”米西雅又开始安慰我，“不然他也就不会和玻尔争论半辈子了。不过，说到这里，我就顺便讲讲玻尔他们的观点。除了海森堡这个很厉害的小弟，玻尔在丹麦哥本哈根的团队里还有一位名叫波恩的高手。他注意到微观粒子穿过两道狭缝后在成像底片上得到的干涉条纹是由无数个粒子的落点拼成的，而单个的粒子落在底片上留下的只是一个点，于是提出，粒子的波动并不是以连续分布在整个空间中的物质为介质的经典波动，而是点状的粒子位于空间中不同位置的概率——这种概率的高低随着空间位置的不同按照波动的规律变化。即使是单独的一个粒子也会倾向于跑到概率高的地方去，这样当粒子的数量足够大时，所有粒子的空间分布就表现出波动的规律性来了。这就是许多粒子的落点可以拼出干涉条纹来的原因。玻尔他们把描述粒子在空间中的分布概率高低按波状变化的这种规律叫做‘波函数’。它是由一个粒子当前的运动状态和这个粒子与其他粒子或宏观物体的相互作用所决定的，并且还是一个偏微分方程的解。这也正是我前面说的描述微观粒子形态的两种数学模型中描述微观粒子的波动形态的那一种。”

“嗯，波恩的这种解释看起来还挺合理的。”听了波恩的说法，我觉得总算可以理解微观粒子的波动了。

“但不要忘了如果我们观测了粒子在哪里，粒子的波动性就会消失这个事实。波恩的解释在这时就很勉强了：他说，当一个粒子没有被观测时，粒子位于各个空间位置的概率高低就按一道均匀地扩散到整个空间的波的规律分布，粒子不仅在整个空间的任何地方都有可能存在，而且根本就没有位置这一概念可言；如果我们在某个空间位置处发现了这个粒子，这个粒子位于其它位置的概率就全都变成了0，只有这里的概率是100%，相当于这里出现了一个高度趋于无穷大，宽度趋于无穷小的孤立波峰，而其它位置的所有波峰和波谷全都变成了一马平川。玻尔他们把这种情况叫做‘波函数坍缩’。为什么微观粒子一旦被发现，决定它位置分布的概率就立刻发生这么大的变化？观测过程中到底发生了什么？按照波恩的理论，在被发现之前，一个粒子在整个宇宙中任何地方出现的概率都可以不为零，一旦我们在某处发现了它，那么它位于全宇宙其它地方的概率就瞬间成了零，这个概率变化的传播速度毫无疑问突破了光速，究竟可以有多快？是不是无穷大？粒子在被发现之前真的在整个空间中无处不在吗？还是可能就呆在某个位置，只是我们不知道而已？还有粒子的位置分布概率究竟是由什么决定的？这种概率的本质是什么？……这样的细节问题还可以提出许多来，可惜波恩不知道答案，玻尔和海森堡也不知道，爱因斯坦一想到粒子在被观测瞬间的空间分布概率变化的传播速度可以突破光速就寝食难安，于是从此开始和他们死磕。”

米西雅在讲解波恩怎样解释微观粒子被观测的这个过程的同时，也说出了爱因斯坦和玻尔之间争吵的源头，我觉得很有趣，但那无数的细节问题也让我明白，接下来会有大量让自己头疼的东西在等着自己去理解。

“玻尔和他的兄弟们对自己的理论非常自信，因此他们坚持沿着自己的思路继续往下走——坚信粒子在被发现之前不存在位置的概念，可以遍布整个宇宙；坚信粒子一旦被观测到，它的波函数就瞬间坍缩成一个点，让粒子获得一个确定的位置；坚信粒子的空间分布概率发生变化的传播速度可以远超光速甚至是无穷大……在这个过程中，还有一位叫冯·诺依曼的数学大神加入了他们，用严密的数学推导和分析证明他们的理论是无懈可击的。但是他们始终说不清的问题就是，对微观粒子的观测过程究竟是怎样一种物理变化过程？为什么观测会让微观粒子的波函数坍缩？究竟是观测中的什么因素在使波函数坍缩？最后，在其他学者们的一步步追问下，他们终于得出了一个吓坏无数人的结论：决定微观粒子状态的因素不是别的，正是观测者的意识！粒子的波函数坍缩是由观测者的意识造成的！由于这个结论的推导过程太过曲折，逻辑关系错综复杂，今天我暂时不作详细讲解，以后有空一定会给你讲明白。这下不单是爱因斯坦要跟他们过不去，所有的科学家都对玻尔这伙被称为哥本哈根学派的人看不下去了。”

“玻尔那么牛，竟然会说出这么不科学的话来……”这个惊人的论断同时也极大地震撼了我。

“所以许多人开始吐槽玻尔和他的哥本哈根学派兄弟们。其中有一位瘦瘦的眼镜男提出了一个让全世界的猫都非常愤怒的思想实验：把一只猫关在一间密室里，室内有一个不透光的密封大箱子，里面装着一台微功率超短脉冲激光器，可以一次只发射一个光子。正对它放着一个45度半反射镜，这种镜子可以让一部分光穿透它，一部分光被反射，从而把一束光线分成两束。但单个的光子是不可分割的，遇到半反射镜只能要么穿透它直行，要么被反射到旁边。其中光线直行方向放置了一个可以探测单个光子的高灵敏光电探测器探头，探测器的输出端通过电缆接到密封箱子的外面，连接着一个毒气瓶上的电磁阀。一旦激光器发射的光子穿透了半反射镜，就会到达光电探测器的探头而被检测到，探测器测到一个光子便会输出一个电脉冲，驱动电磁阀开启，放出毒气，然后可怜的猫就完蛋了。问题是单个光子是微观粒子，在被观测之前可以同时处于穿透半反射镜和未穿透半反射镜两种不同的状态，只有受到观测后才会随机变为其中的一种情况。按照玻尔他们的理论，光电探测器没有意识，不能让微观粒子的波函数坍缩，所以光电探测器的探测结果还是同时既有光子到达又没有光子到达这两种状态的叠加，探测器的输出也就同时处于既有脉冲又没有脉冲的两种状态，使得毒气瓶的电磁阀同时处于既开启又关闭的状态。这种叠加的状态一直传递到猫这里，猫是有意识的，可以感觉到自己有没有中毒，然后就可以确定毒气瓶有没有打开，于是沿着这条物理作用的传递链回溯下去，就可以确定光子到底有没有穿透半反射镜了。也就是说，到了猫这里，微观粒子的波函数才算坍缩了，只能处于一种确定的状态，不再同时处于两种不同的状态。但是眼镜男偏要认为猫没有意识，连自己中没中毒都不知道，那么，光子同时叠加在一起的两种不同状态通过物理作用传递到猫这里之后还是会叠加在一起，使得猫在被人看见之前同时处于既死了又活着的两种不同状态，直到有人打开密室看看猫是否安好——猫活着，表示光子没有穿透半反射镜；猫挂了，表示光子穿透了半反射镜。这时微观粒子才算受到了真正的观测，波函数坍缩了，由两种叠加在一起的不同状态随机地变成其中一种确定的状态。”

“好残忍的实验！真该把那个眼镜男自己关进去试试！”听了米西雅讲的这个故事，我觉得想出这种点子的家伙是对猫有多大的仇恨啊！

“不但残忍，而且还有种族歧视！”米西雅显然也对眼镜男很反感，“这个思想实验中之所以会出现猫同时又死了又活着的结果，就在于认为猫没有意识，所以没有资格做观测者，只有人才有资格做观测者，猫自己观察自己不算数，只有旁人看了才算数——这不是种族歧视是什么？不过，这个思想实验确实很好地证明了玻尔他们的理论有多荒谬。因为它完全从哥本哈根学派的理论出发，推导过程也没有任何问题，却得到了一个不符合客观事实或早已得到充分验证的公理的结果，那就只能认为这个理论本身有问题了。”

“是啊，按照玻尔他们的理论推下来却得到了这么荒谬的结果，那我们是不是应该考虑建立别的理论？”听到米西雅这么说，我已经想放弃哥本哈根学派的理论了。

“是的，后来许多科学家对玻尔团队的观点感到很失望，于是提出了多种解释微观粒子行为以及被观测过程中状态变化的理论。不过有的还是和哥本哈根学派的理论一样荒谬，比如多世界理论，认为微观粒子的波函数从来就没有坍缩过，只是在被宏观世界的观测者观测之前，属于多个不同宇宙的多种不同状态叠加在一起。而只要观测一次，叠加在一起的多个宇宙就会被分开一次——在一个宇宙中波函数只有其中一种唯一的状态；在另一个宇宙中波函数只有其中另一种唯一的状态。以眼镜男的思想实验为例，当密室被打开时，就有两个宇宙分道扬镳了：一个宇宙中的光子穿透了半反射镜，猫挂了；一个宇宙中的光子没有穿透半反射镜，猫活着。在此之前，这两个宇宙是一直叠加在一起的。对于猫自己来说，牠一直在感受着自己是否中毒，因此一直时刻不停地使宇宙分裂。如果猫到某一时刻还自我感觉良好，说明牠到这个时刻为止都处在光子没有穿透半反射镜的这一个宇宙中，与此同时，在猫自己的感受过程中分裂出来的其他宇宙里，这只猫很可能早已嗝屁。”

“只要观测一次就能让宇宙分裂一次，持续不断的观测就能让宇宙持续不断地分裂出无数个来，那得有多少啊！会不会太多了点？”

“这并不是主要的问题。”米西雅敲了敲桌子，“一个理论的正确与否，必须要由实践来检验，一个科学的理论，必须要能够通过实验直接或间接地证明它的对错，才能称得上是科学的。而多世界理论，却不满足这个要求，不仅现在没有任何办法用任何实验来验证它，在将来的任何时候都不可能用实验来验证！因为我们永远无法看到因我们的观测而分裂出来的其它宇宙的情况。”

“那还有没有别的理论呢？”对于多世界理论，我还是感到很失望。

“当然还有。一位叫波姆的物理学家把哥本哈根学派的理论放在一边，以粒子穿过两道狭缝的实验中出现的各种情况作为唯一的依据，建立起了自己的一套理论，对所有实验现象和我们提出的各种细节问题解释得几乎堪称完美，但他把这个理论发表出来后，立刻就被哥本哈根学派喷得体无完肤。”

“既然波姆的理论这么不错，为什么哥本哈根学派还要喷他呢？难道是因为他的理论比哥本哈根学派的更好，所以他们嫉妒了？”听米西雅这么一讲，我突然对波姆的理论产生了莫大的兴趣。