图片来源：Alexandre Gondran 维基百科（CC BY-SA 4.0）
这个实验太过于简单，很难相信它竟然推翻了牛顿的光学理论。“只要是在太阳能照到的地方，这个实验都很容易重复，”1803年十一月，英国物理学家托马斯杨曾这么告诉伦敦英国皇家学会（Royal Society）的成员，他描述了被后世称为双缝干涉的实验，而托马斯杨丝毫没有夸张。他想出了一个优雅又十分朴素的实验来演示光的波动性，驳斥了牛顿认为光是由微粒或者粒子组成的理论。
但在二十世纪早期，量子物理的诞生证明了光是由微小不可见的能量单位构成的，我们称之为光子。当用单个光子，甚至单个物质粒子，比如说电子和中子来做杨氏双缝实验时，实验结果又引出了新的难题，让人们提出了关于现实本质的基本问题。有的人甚至把此作为支持量子世界受意识影响的依据，让我们的思想在宇宙的构成中占据一席之地。但这简单的实验真的说明了这点吗？
杨氏双缝实验在现代实验的版本中把独立的光子或物质粒子射过两条缝，也就是不透明屏障上的两条开口。屏障的另一边是记录粒子位置的屏幕（对于光子来说就是相机底片）。常识告诉我们光子应该只通过其中一条缝，然后在相应的缝后堆积起来。
但事实并不是这样。相反的，它们只打到屏幕上的某些地方，避开另一些地方，显出明暗相间的条纹。这叫做干涉条纹，跟两组波重叠产生的条纹一样。当两个波峰重叠时，就形成了相长干涉（亮条纹），当波峰与波谷重叠时，就形成了相消干涉（暗条纹）。但一次只有一个光子经过整个设备。就好像每个光子都同时经过两个缝，再和自己发生干涉一样。这根本无法用常理解释。
但是从数学的角度来说，通过两条缝的并不是物理粒子，也不是物理波，而是一种叫做波函数的东西——一种代表了光子状态（在这里指位置）的抽象数学方程。波函数表现得像波一样。它遇到双缝，然后新的波从每条缝散发到另一边，扩散并最终相互干涉。合并的波函数能够用于计算出在某处找到光子的可能性。
光子出现在波函数发生相长干涉处的可能性较高，出现在波函数发生相消干涉处的可能性较低。人们认为在相机底片处的测量会使波函数“坍缩”。这个过程使波函数从测量前的弥散状态变为测量时光子在一个确定的位置出现的状态。
这种表面上由测量导致的波函数坍缩是许多量子力学中理论困难的来源。在坍缩前，没有办法能够确定光子的位置；它可能出现在任何出现可能性不为零的地方。根本没有办法绘制出光子从射出点到探测器的轨迹。光子的真实性与一架从旧金山飞到纽约的飞机的真实性不同。
沃那·海森堡是众人中唯一从数学中领悟到现实的存在依赖于观察的人。“有人认为现实世界中最小的部分也能够不依赖于人的观测而存在，就像石头和树那样，但这种想法是错的，”他这样写道。John Wheeler也一样，用各种双缝实验来证明“没被注册（‘观察’‘不可磨灭地记录下来’）过的基本量子现象不能被称为现象。”
但是量子理论对“测量”的概念并不十分明晰。它仅仅假设了测量设备是经典的，但并没有定义经典与量子之间的界限，因而为那些认为必须有人类意识才能坍缩的人留了一扇门。去年五月，Henry Stapp和同事提出，双缝实验以及它在现代的实验变体都证明，要理解量子领域，“有意识的观察者是不可或缺的”，以及一种超越个人的思想构成了物质世界的基础。
但是这些实验都不能为这些声明提供经验证据。在单个光子的双缝实验中，我们所能做的仅是用数学做出概率预测。如果这些可能性在当上万个相同光子发射过双缝时得到证实，理论告诉我们这些光子的波函数坍缩了——多亏了并没有良好定义的测量。然后就没有了。
另外，还有其他解释双缝实验的方法。比如说德布罗意-玻姆理论就认为现实既是波又是粒子。一个光子以始终确定的位置射向双缝，通过其中一个缝隙；所以每一个光子都有轨迹。它随着导航波前进，导航波会通过两条缝，相互干涉，然后把光子导向一个发生相长干涉的位置。
在1979年，Chris Dewdney和同事在伦敦伯克贝克大学模拟了该理论下粒子穿过双缝的轨迹。在过去十年里，实验者已经核实这样的轨迹是存在的，虽然他们所用的弱测量方法饱受争议。即便如此，这项实验还是使德布罗意-玻姆理论留在了解释量子世界众多理论的行列中。
最重要的是，这个理论不包含任何观察者或者测量，又或是一个非物质的意识。
坍缩理论也不需要这些，它认为波函数随机坍缩：量子系统中的粒子越多，坍缩就越可能发生。观察者仅仅是发现了结果。奥地利维也纳大学的Markus Arndt团队把分子射向双缝来验证这些理论，并不断增大这些分子的质量。坍缩理论预测当物质粒子的质量超过阈值时，它们就不能停留在量子叠加态，无法同时穿过两条缝，而这将破坏干涉条纹的形成。Arndt的团队把一个由800多个原子构成的分子射过双缝，却仍得到了干涉条纹。这意味着对阈值的探索仍在进行着。
Roger Penrose有他自己的坍缩理论，他认为由于引力不稳定性，叠加态的物体质量越大，就越快坍缩。这个理论也不需要观察者或者意识的存在。加州大学圣塔芭芭拉分校的Dirk Bouwmeester正用一种双缝实验验证Penrose的理论。
从理论上来讲，我们不仅仅希望一个光子可以进入叠加态，同时通过两条缝，还希望能够使一条缝进入叠加态，同时处于两个位置。Penrose认为替换后的单缝要么停留在叠加态，要么当光子还在飞行时坍缩，形成不同的干涉条纹。缝的质量将决定它们的坍缩情况。Bouwmeester已经在这项实验上工作十年了，相信在不久的将来，他将能够验证Penrose理论的真伪。
这些实验无非表明我们还不能确定现实的本质，即使这些理论在的数学或哲学上看起来都很好。考虑到神经学家和思想哲学家在意识的本质上无法达成一致，关于波函数坍缩的理论即使没有到误导视听乃至错误的地步，也还只处于不成熟的阶段。
作者：Anil Ananthaswamy
翻译：费哲妮
审校：刘博尧
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