作者：程明，物理学博士。曾在《自然》《物理评论通讯》PRL 等世界顶尖学术杂志上发表过 10 多篇论文，被多本教科书，如宾大著名教授 Lubensky所著《凝聚态物理原理》以及诺贝尔奖获得者Kosterlitz教授在总结拓扑相变30年的文章中引用，程明博士的论文被认为是开拓性的工作。 程明博士曾在美国硅谷多家高科技公司工作，著有《留美专家谈电子商务》（广东人民出版社）。2000年，和 《有机分子的电子晶体学》Springer， 2012 (章节作者)。曾海归在武汉大学，南京大学任教和担任研究生指导老师。十万个为什么 3.0 丛书
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量子力学中的观察者效应
在量子力学中，观察者效应（Observer Effect）[1] 指的是观察行为本身会影响被观察系统的状态。具体来说，当我们测量一个量子系统时，测量装置与量子系统发生相互作用，这种相互作用会导致量子系统的波函数塌缩，从而使系统从叠加态转变为一个确定的状态。从上述定义中可以看出，这个常见的定义有些地方可能不够清晰。一种常见的误解是认为观察者效应是实验操作员的意识影响了被观察系统的状态。因此，我们必须明确说明，在量子力学实验中，观察者（Observer）指的是与量子系统发生相互作用的物理系统，而不是实验操作员。例如，当一个电子通过双狭缝实验时，探测器的探测效应引起电子波函数的塌缩。虽然可以说是实验操作员间接影响了被观察系统的状态，但从物理学的角度来看，这种说法并没有任何实际意义。所以，一种常见的误解就是把观察者效应当成实验操作员的意识效应。这种误解不仅见于民间科普，甚至见于一些专业文章。一个原因是这样写更吸引注意力，也是主张意识在量子实验中起作用的人的一种一厢情愿的想法。实际上，量子力学中的观察者效应是一个纯粹的物理现象，与意识无关。△ 单电子双狭缝实验（来源： wiki）
为了进一步澄清这一点，我们可以从以下几个方面进行扩展：1、量子测量的本质：量子测量涉及到测量装置与量子系统之间的相互作用。这种相互作用是物理的，而不是心理的。测量装置可以是任何能够与量子系统发生相互作用的物理设备，如探测器、传感器等。2、波函数塌缩：波函数塌缩是量子力学中的一个关键概念。当一个量子系统被测量时，其波函数从一个叠加态（即多个可能状态的组合）塌缩为一个确定的状态。这一过程是由测量装置与量子系统的相互作用引起的，而不是由实验操作员的意识引起的。3、实验操作员的角色：实验操作员的主要角色是设置和操作测量装置，并记录测量结果。虽然实验操作员的行为间接影响了量子系统的状态（通过操作测量装置），但这种影响是通过物理过程实现的，而不是通过意识或心理过程实现的。4、误解的根源：将观察者效应误解为实验操作员效应的原因之一是量子力学的概念本身就很抽象和反直觉。量子力学中的许多现象（如叠加态、纠缠态等）都与我们日常经验中的现象大相径庭，因此容易引起误解和误读。而且，确实有一些物理学家认为，意识在量子力学实验中有一定作用。 (见下节）5、科学传播中的挑战：在科学传播中，量子力学的复杂性和抽象性使得一些概念容易被简化或误解。为了吸引注意力，一些科普文章可能会夸大或扭曲某些概念，这进一步加深了误解。总之，观察者效应是量子力学中的一个重要概念，但它并不涉及实验操作员的意识。理解这一点对于正确理解量子力学的基本原理至关重要。量子力学与意识
尽管主流物理学界普遍认为意识在量子力学实验中没有直接作用，但一些著名的物理学家提出了不同的观点，认为意识可能在量子现象中扮演某种角色。这些观点值得进一步探讨，尽管有时会引起混乱和误解，尤其是对非专业人士而言。“量子意识”理论
诺贝尔奖获得者罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）和斯图尔特·哈默罗夫（Stuart Hameroff）提出了“量子意识”理论。他们认为，大脑中的微管结构可能支持量子过程，从而解释意识的复杂性。具体来说，彭罗斯和哈默罗夫提出，大脑中的微管（微观管状结构）可能是量子计算的场所，这些量子过程可能解释意识的非经典特性。他们的理论被称为“有序客观还原”（Orchestrated Objective Reduction，简称Orch-OR）。虽然这一理论受到许多科学家的质疑，主要是因为量子效应在温暖、湿润的生物环境中是否能维持足够长的时间仍存在争议，但确实也有一些支持者认为这一理论可能为理解意识提供新的视角。[2]“隐含秩序”（Implicate Order）和“显含秩序”（Explicate Order）
物理学家大卫·玻姆（David Bohm）也是一位提出意识在量子力学中可能有作用的著名学者。玻姆提出了“隐含秩序”（Implicate Order）和“显含秩序”（Explicate Order）的理论，试图解释物质和意识之间的关系。玻姆认为，量子物理学表明传统的笛卡尔二元论（即精神和物质是两种独立的实体）过于局限。他提出，量子物理中的基本粒子不仅仅是被经典力学的力量推动，还能够响应信息。这种信息被认为是一种独立于人类意识存在的客观实体，能够主动指导或指示物理过程。玻姆的理论强调，宇宙的基本结构是一个整体的、不可分割的隐含秩序，这种秩序包含了所有可能的物理状态和信息。显含秩序则是我们在日常生活中观察到的物理现象，是隐含秩序的展开和表现。尽管玻姆的理论提供了一种确定性的解释，但它并没有得到实验的广泛支持。大多数实验结果更符合哥本哈根解释。[3]冯·诺伊曼-维格纳解释”（von Neumann–Wigner interpretation）
约翰·冯·诺伊曼（John von Neumann）也是提出意识在量子力学中可能有作用的著名物理学家之一。冯·诺伊曼在他的著作《量子力学的数学基础》中提出了一个观点，即量子测量过程中的波函数塌缩可以发生在测量链的任何位置，从测量装置到人类观察者的“主观感知”。这一观点后来被称为“冯·诺伊曼-维格纳解释”（von Neumann–Wigner interpretation），也被描述为“意识导致塌缩”（consciousness causes collapse）。
根据这一解释，意识被认为是完成量子测量过程所必需的因素。冯·诺伊曼认为，量子力学的数学允许波函数的塌缩发生在从测量装置到人类观察者的任何位置，而维格纳进一步提出，意识是引发波函数塌缩的关键因素1。
这种观点虽然引发了广泛的讨论，但并没有被主流物理学界广泛接受。大多数物理学家认为，量子测量过程中的波函数塌缩是由物理相互作用引起的，而不是由意识引起的。最主要的是，这些观点并没有得到物理实验的支持。 [4]
抽象量子信息理论
由托马斯·戈尔尼茨提出，其核心概念是“Protyposis”，即抽象的量子信息（AQI bits）。这一理论认为，AQI bits 提供了一个前结构，解释了意识和物质的形成。Protyposis 概念的关键在于它将量子信息视为一种基础结构，这种结构在最初阶段是无意义的，但具有发展潜力。具体来说，AQI bits 是一种最简单的量子结构，能够在进化过程中逐渐形成具有能量和质量的粒子。戈尔尼茨的理论试图解决量子力学与意识研究之间的鸿沟。他认为，传统的物理学模型无法充分解释意识的本质，而量子信息理论提供了一种新的视角。通过将量子信息视为一种前结构，Protyposis 解释了从宇宙初期到人类反思性意识的整个发展过程。此外，Protyposis 还强调了量子信息的抽象性和普遍性。AQI bits 不仅仅是物质和能量的基础，它们还可以解释更复杂的现象，如有意义的信息和意识的形成。这种观点挑战了传统的物理学观念，提出了一个更为广泛的框架来理解现实的基本结构。总的来说，抽象量子信息理论为理解意识与物质的关系提供了一个创新的视角，尽管它仍然需要更多的实验证据和理论支持。[5]
讨 论
尽管以上理论尚未被主流物理学界广泛接受，但它们确实引发了关于意识与量子力学关系的深入讨论。这些讨论非常有价值，往往能够推动物理学的突破。意识研究最终可能会涉及量子层面，然而，当这些观点被误解或简化时，也可能导致公众对量子力学和意识关系的混淆。因此，在学习过程中，全面了解物理学界的主流观点及其各种理论是十分必要的。参考资料：
[1] ScienceDaily – Quantum Theory Demonstrated: Observation Affects Reality
[2] Stuart R. Hameroff & Roger Penrose, Conscious events as orchestrated space-time selections – PhilPapers
[3] Wholeness and the Implicate Order wiki
[4] Is There a Place for Consciousness in Quantum Mechanics? | SpringerLink
[5] Quantum Theory and the Nature of Consciousness | Foundations of Science (springer.com)
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