量子力学的现实诠释：观察者角色的百年之争

在1925年，年仅23岁的德国物理学家维尔纳·海森堡踏上了北海的黑尔戈兰岛。

岛上弥漫着浓郁的海盐气息。

就在这座偏远岛屿上，他进行了一项当时被视为「离经叛道」的探索。

他摒弃了「电子如行星绕核旋转」的直观图像，转而采用一套抽象的数学「矩阵」来描述原子世界。这种无形无相的形式迅速成为量子力学的首块基石：矩阵力学。

为此，马克斯·普朗克研究所在岛上设立了一块纪念铭牌。

不久后，薛定谔提出了他的「波动方程」。他用波来描述电子，将「电子位置」转化为「电子在某处出现的概率」。

同一组实验，一边是矩阵，一边是波，它们仿佛从不同角度照亮了同一片迷雾。

很快，计算结果揭示出令人不安的景象：

在原子尺度上，某些物理量无法被同时精确测定；

另一些量的取值，竟取决于「测量方式」。

1932年获得诺贝尔物理学奖后，海森堡写下了一句被后世广泛引用的名言：

「我们所观察到的，并非自然本身，而是自然在我们提出问题方式下所呈现的样子。」

如今，我们似乎终于开始严肃追问：这句话，究竟有多少「字面意义」？

从黑尔戈兰岛再出发：真实为何物？

一百年后的2025年，300多位世界顶尖物理学家再次齐聚这座小岛。

他们为量子力学庆祝「百年诞辰」。

会场规模不大，两位人物格外引人注目：卡洛·罗韦利和克里斯·福克斯。

一位卷发、身着深色毛衣，讲话带着浓重意大利口音；另一位美式口音明显，语速快、手势丰富。

他们争论的，是量子力学百年来未彻底解决的难题：这些方程背后，究竟描绘了一个怎样的世界？

这便是所谓的「量子力学诠释问题」。

方程已获共识，并屡经实验验证。 真正分歧在于：

当我们提及「波函数」「叠加态」「坍缩」时，

我们是在描述「世界本身的样貌」，还是仅表达「我们对世界的认知限度」？

最常见的几种诠释，可粗略概括如下：

哥本哈根诠释：将「测量」视为理论的基本前提之一。  

不追问谁在测量，也不解释坍缩成因。 

其信条是：闭嘴，直接计算（shut up and calculate）。

多世界诠释：宣称没有坍缩。

每一种可能结果，都在不同的分支宇宙中实现。  你只是恰好位于某个分支。

隐变量理论（如玻姆力学）：试图坚守严格决定论，因而引入不可见的「隐藏变量」。 代价是必须接受某种「超距作用」——遥远物体能瞬间相互影响。

表面看，这是几派物理学家的「哲学偏好」之争。但它实则关涉一个非常实际的问题：

我们能否以及如何将量子力学应用于「宏观世界」，例如你、我、整个实验室这样的系统？

为将问题推向极致，美国物理学家尤金·维格纳于1961年设计了一个著名思想实验：「维格纳的朋友」。

维格纳的朋友：谁的现实有效？

设想一间完全隔音、隔光、与外界隔绝的实验室。

你的朋友吉梅娜在里面测量一个处于「既在此处又在彼处」叠加态的原子。

她按下按钮——瞬间，她「看到」原子在左侧。对她而言，世界已确定：原子在左。

而你——维格纳站在实验室外，一无所见。依据量子力学，你必须将整个实验室，包括仪器、原子，甚至吉梅娜本人，视为一个巨型量子系统来描述。

在你看来，吉梅娜尚未「真正」完成测量；她与原子仍处于「她看到左」与「她看到右」的叠加态中。

问题浮现：吉梅娜声称：「我亲眼所见！」

你却说：「不，你尚未‘坍缩’。」

谁的现实更「真实」？若两者皆对，则「事实」不再唯一。

RQM：世界由关系织就

对此，卡洛·罗韦利提出了「关系性量子力学」（Relational quantum mechanics，RQM）的解答。

在这一诠释中，吉梅娜与原子之间建立了关系事实，对她而言原子在左。维格纳与实验室系统之间建立了另一组关系事实，对他而言系统处于纠缠叠加。两种描述皆为真实。

关系量子力学指出，物理学不应追求「上帝视角」的宇宙波函数，而应描述 A 相对于 B 的可观测属性。世界由无数局部视角交织而成，缺乏统一叙事。

在关系量子力学中，现实不存在于孤立实体中，而诞生于事物间的相互作用。

一块石头，因其表面反射的阳光、内部封存的化石，已然「承载」了关于世界的海量信息。卡洛·罗韦利说，「我相对于一块石头是真实的」——你投下的影子，便是你与石头之间建立的「关系事实」。

现实，并非独立存在于某物内部，而是在相互作用中涌现。

QBism：波函数乃「个人用户指南」

而辩论另一方是克里斯·福克斯倡导的主观贝叶斯主义（QBism）。

QBism的立场更为激进：

它直接将波函数，从「世界的客观状态」，重塑为一份个人化的概率用户指南。

该诠释认为量子态并非世界的客观描述，而是一位行动主体内心信念的数学编码。量子力学为个体指示未来测量结果的预期。

对于维格纳的朋友，主观贝叶斯主义主张吉梅娜的波函数是她对原子未来行为的信念编码，随她获得结果而更新。屋外维格纳的波函数是他对整个实验室（含吉梅娜）未来行为的信念编码，尚未更新。二者描述的是不同主体的期望，而非同一客观实体的状态。

主观贝叶斯主义的本质，是赋予经验主体以超越任何物理系统的核心地位。波函数不再是世界的状态，而是观察者与世界互动的「用户指南」。

殊途同归：量子力学重拾观察者

有趣的是，这场辩论的双方并非为了压倒对方，而是共同寻求将观察者纳入量子现象的描述。

关系量子力学的倡导者卡洛·罗韦利表示：「QBism与关系量子力学极其、极其相似……对我而言，它们实质相同。」

而主观贝叶斯主义的支持者克里斯·福克斯认为，误解源于双方论证仍处「诗意阶段」，尚需精确化。

相比传统忽略观察者的哥本哈根诠释，无论是关系量子力学还是主观贝叶斯主义，都强调观察者的特殊地位。观察者的回归，正应和了量子力学创始人海森堡所言：「我们观察到的不是自然本身，而是自然对我们提问方式的回应。」

2025年《自然》杂志对1100多名科学家的调查显示，尽管「哥本哈根诠释」仍以47%的支持率领先，但关系性与信息性框架（RQM+QBism等）已赢得21%的支持，且在博士生与青年研究者中认同度显著更高。

2025年诺贝尔物理学奖得主、宏观量子效应发明者米歇尔·德沃雷，也公开承认福克斯基于QBism重构的量子方程式，直接启迪了他的量子实验设计。

此外，研究者利用三对纠缠光子模拟了「维格纳-朋友」系统，结果确实显示出观测者依赖性。

更深入的实证检验，将通过运行在大型量子计算机上的人工智能代理实现。它们将作为复杂度递增的「观察者」，在完全隔离与受控的环境中，探究现实是否真如主观贝叶斯主义所描述的那样，依赖于宏观观察者。

真实，关乎谁与谁之间？

维也纳量子光学与量子信息研究所的马库斯·穆勒对于量子力学为何重新引入人作为观察者，给出了精妙类比：

1. 相对论的时间膨胀（如GPS需校准）在日常中「无关紧要」，却是理解宇宙的基石。

同理，现实的「关系性」与「非绝对性」，或许正是未来物理学，尤其是其与意识、信息乃至AI融合的新领域，不可或缺的元规则。

会议尾声，罗韦利立于黑尔戈兰岛的海风中，半是感慨、半是释然地说：「关系性量子力学缓解了一种焦虑，因为我无法触及终极实在。对我而言，真实即是相对于我们的真实。」

福克斯笑着补充，带有一丝神秘色彩：「如果量子力学在告诉我们： 我在其中所做之事有意义……那，这便足以让生命值得度过。」

对量子力学而言，这或许是一个崭新起点：

真实，并非镌刻在宇宙说明书中的某一行，而是每一位观察者，与世界共同谱写的叙事。

本文三幅示意图由Z-image绘制。

参考资料： 

https://www.science.org/content/article/100-years-quantum-mechanics-redefining-reality-us-center  

https://www.campusfrance.org/en/actu/michel-devoret-prix-nobel-de-physique-2025