《異次元駭客》— 我們的宇宙是電腦程式嗎？
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2016-08-17 11:35:00
在一次考試之前我自言自語了一句「上帝保佑」被朋友聽到了，朋友笑著說，「你這麼喜歡科學的人還信上帝呢？」我也笑了笑：「不不不，我信的可不是基督教的上帝，而是創造我們這個宇宙的那個上帝。」
很多朋友看完《異次元駭客》或是《黑客帝國》的第一個反應肯定是「有沒有可能我們所生活的世界也是一個電腦程式呢？」在一次研討會上，美國著名天文物理學家 Neil deGrasse Tyson（任何喜歡物理學的朋友應該都知道他）曾說到：「人類基因和大猩猩有很大一部分是相同的，只有很小的差異，然而看看我們能做什麼？而猩猩能做什麼？人類最聰明的人，例如史蒂芬·霍金，也不過是懂微積分而已。他也很難想像的到更高級一點的物種所能夠掌握的科技。」牛津大學的哲學家 Nick Bostrom 也認為，在遙遠的未來，人類完全有能力用電腦去模擬一個和真實世界一模一樣的虛擬現實，就像現在我們模擬電腦遊戲一樣。如果是這樣的話，假設我們模擬了一個宇宙，那個宇宙中的人類發展到一定階段又會模擬一個新的宇宙中的宇宙，以此類推，那麼我們有什麼理由認為人類就是第一個這樣乾的呢？至少在機率上是說不通的。
當然，以上這些言論都是哲學家思考問題的方式。在我看來，用哲學的思維去思考科學問題是沒有任何意義的。我們真正關心的問題是，我們能否在科學上證明我們的宇宙是虛擬的呢？自從量子力學被發現之後，很多實驗結果似乎都在告訴我們，我們所生活的世界並不是真實的，而僅僅是運行在一台電腦上的程序而已。所有量子力學的現象，如果我們單獨的把它們一個一個拿出來看，都不能證明什麼，但如果我們把所有現象放到一起，那麼「虛擬世界論」可能就會成為更加合理的解釋。因此越來越多的物理學家開始相信這一推斷。在 youtube 上我們可以看到很多著名的物理學家坐在一起去認真的討論這一話題的視頻。
在這篇文章中，我會在給大家介紹量子力學的同時仔細去描述那些很難用「真實世界論」去解釋的實驗。也就是用科學的方法來研究科學問題。不過請記住，就像一名MIT的物理學家在節目中說的那樣：除非有一天天上的星星突然自發的組成了一行字 ——『世界是虛擬的』，否則我們很難去證明這樣一種結論。因此我寫這篇文的目的肯定不是想說服大家世界是虛擬的，也不是想讓大家跟我一起「信上帝」哈。在這裡我只是想跟大家分享一些量子力學的知識，要想搞懂它們是需要一些努力與思考的，不過就像量子力學的創始人之一尼爾斯·波爾說的那樣：「任何沒有被量子力學的結論所震撼 (shock) 到的人，根本就沒有理解它。」一旦我們開始理解量子力學，我們會發現一切的努力都是值得的，我可以保證它給我們帶來的衝擊力絕對超過任何我們所看過的電影或小說。因為電影或小說是人類創造的，而物理學是上帝創造的，你覺得呢？（還是一樣，這裡我所說的上帝可不是基督教的上帝）
公元前460年左右，古希臘數學家 Zeno（芝諾）提出了著名的芝諾悖論，也被稱為「阿基里斯追烏龜」。阿基里斯我們知道是電影《特洛伊》中皮特所飾演的那位戰神。芝諾認為，假設阿基里斯在一隻烏龜身後100米，然後兩者開始同時向前運動。當然，阿基里斯的速度是要比烏龜快的，然而為了超越烏龜，阿基里斯必須先走到（不管多快）比賽開始時烏龜的位置（100米外），對吧？假設阿基里斯的運動速度是100米/秒，那麼落後烏龜100米的阿基里斯必須用掉1秒的時間才可以運動到烏龜出發的位置。然而在這段時間內（1秒），烏龜必然又向前走了一段路。假設烏龜的運動速度是1米/秒，那麼在這1秒內，烏龜便又向前運動了1米，也就是說，此時的烏龜還是領先阿基里斯1米的距離。接下來，想要超越烏龜，阿基里斯必須再次運動到烏龜的位置（1米外），用時0.01秒，然而在這0.01秒的時間內，烏龜又會向前運動0.01米，此時烏龜依然在阿基里斯前方0.01米的位置，依然在阿基里斯前面。也就是說，每當阿基里斯追趕到烏龜出發時的位置時，烏龜便利用這段時間又向前走了一段路。如此反覆，因此阿基里斯是永遠也不可能追上烏龜的。
我們可以很容易發現，這條悖論有一個隱含的前提條件，便是無論時間還是空間，都是可以無限細分下去的。也就是說，從0米到1米之間，有無數種長度的可能性，我們可以有0.000000 …… 00001米，這中間可以有無數個零。我們之所以認為「阿基里斯追烏龜」這件事是一條悖論，就是因為在我們的潛意識裡，我們當然認為世界是真實的，既然是真實的，就應該是連續的，既然是連續的，那麼時間和空間就應該是可以無限細分下去的。然而事實是這樣嗎？
接下來我們就要進入量子力學的世界裡了。在美國的西海岸有一個人盡皆知的地方，Silicon Valley 矽谷。為什麼叫這個名字呢？因為所有的電子設備都是在 0和 1 的基礎上工作的，而單晶矽是一種半導體，導電的狀態為 1，不導電則為 0，我們平時所說的晶片，其實就是矽片。而半導體的理論基礎就是建立在量子力學的理論之上。也就是說，今天世界上的一切電子設備：電腦、手機、Mp3 等等，都是在量子力學的理論基礎上發明出來的。因此幾乎所有介紹量子力學的物理學家都會以這樣一句話來開場：「量子力學是物理學界最成功的理論，沒有之一，它所有的通過數學推導所做出的預測從未被實驗證明過是錯誤的。」
1900年12月14日，馬克思·普朗克在德國物理學會上發表了一份報告，報告中稱：宇宙中的能量是不連續的，是「量子化的（Quantized）」，它有一個最小的值，這個值就是下圖中的 h —— 普朗克常數。
什麼是「不連續的（量子化的）」呢？前面說到過，我們認為從0米到1米之間，應該存在著無數種長度的可能性，我們可以有0.000000…… 00001米，這中間可以有無數個零。然而馬克思·普朗克認為，假設從1米到10米之間，只可能是1米，2米，3米 …… ，而永遠不可能是1.5米。量子力學（quantum mechanics）也因此而得名。
在一次科學節目中，當幾位著名的科學家們坐在一起討論我們的宇宙到底是真實存在的還是虛擬時，他們提出的第一個問題就是「我們的世界是連續的（analog）還是數字的（digital）？」舉個例子，從你的電腦里隨便打開一張圖片。一眼看過去，似乎很真實。然而如果你把它放大，你就會發現其實它是由一個一個的 pixel（像素）所組成的。它並不是連續的，而是數字化的。
為什麼照片必須是數字化的呢？因為你的電腦沒有無限的運算能力與數據儲存能力。如果一張照片是連續的，那麼它就會需要無限大的硬碟空間來儲存它（就好像在數學上，我們認為數字0到數字1之間有無數個數字一樣）。量子力學誕生後，我們發現我們的宇宙就好像你電腦中的照片一樣，它有一個最小的不可再分的空間長度（就好像照片中的每一個像素），被稱為「普朗克長度」，約等於1.6乘10的負35次方米，有一個最小的不可再分的時間（就好像視頻中每一幀畫面所占用的時間），被稱為「普朗克時間」，約等於5.4乘10的負44次方秒（或者我們說，任何物質不可能在比這個時間更短的時間內發生變化，所以按照我們對時間的定義—— 因為物質發生變化才有了時間的概念，宇宙中便不可能有比普朗克時間更短的時間存在），以及上圖中的普朗克常數 —— 一個最小的不可再分的能量。換句話說，我們宇宙中的一切都是數字化的，也就意味著它是可以被計算的（computable），也便意味著它可以是程序。為什麼一個真實的世界會是不連續的呢？除非它不是真實的？
1873年，蘇格蘭物理學家麥克斯韋用四個美妙的公式統一了電磁學，證明了光就是電磁波，並且計算出了它的速度。然而僅僅在幾十年之後，愛因斯坦同樣用一篇美妙的論文在向人們解釋了困擾科學界多年的光電效應的同時，論證了光是一種粒子，也就是後來被我們稱為的「光子 photon」。這一發現也為愛因斯坦贏得了一生中的唯一一次諾貝爾獎。可是麥克斯韋的方程組也早已被證明是正確的，而且早在19世紀初年，英國物理學家 Thomas Young 就已經做過光的「雙縫干涉實驗」。這個實驗相信大家在中學時期都做過，把一根點燃的蠟燭放在一張紙的前面，然後在兩者之間再放一張上面有兩條縫（雙縫）的紙張，此時我們就會清晰的看到後面那張紙上會留下多道光的干涉條紋。
如圖：
原因在於光是以波的形式通過了雙縫（如果是以光子 —— 粒子的形式，就會只留下兩到條紋），就如圖水波一樣，通過雙縫後水波會分裂成兩道波，兩道波有的波峰和波谷相互抵消，有的波峰和波峰（或波谷與波谷）相互疊加，如下圖：
於是問題就來了，光到底是波還是粒子呢？這是一個非常有意思的話題，國內有一本叫做《量子力學史話》的書籍重點描述了這個問題，讀起來非常有趣，如果有興趣的話大家可以去讀一讀，這裡因為字數原因我們直接給出結論：光即可以是粒子也可以是波，它什麼時候表現為粒子形式什麼時候表現為波的形式完全取決於你如何去觀測它（注意，因為波和粒子的特點是完全不同的，因此光永遠只會表現出一種形式，而不可能即表現出波的特點也表現出粒子的特點），這一特點被稱為「波粒二象性」。
波粒二象性是量子力學讓物理學家們感到非常困惑的第一個事實。為什麼會有一種東西即可以是波也可以是粒子呢？如果你做光電效應的實驗，它就表現為粒子的形式給你看，如果你做雙縫干涉的實驗，它就表現為波的形式給你看。它表現為什麼形式完全取決於你用什麼手段去觀測它，這不是太奇怪了嗎？
不過站在今天的角度看來，光的波粒二象性已經可以算是量子力學中最容易讓人接受的結論了。因為在愛因斯坦發表他的論文19年後，1924年，法國的超級富二代，路易·德布羅意公爵（七世）發表了他革命性的博士論文《量子理論研究》，在論文中德布羅意提出了大膽的假設：如果光即可以是粒子也可以是波的話（即可以是電磁波也可以是光子），為什麼不是世界上所有的物質都具有波粒二象性呢？
1927年，兩位貝爾實驗室的物理學家發現了電子的雙縫干涉現象，從而證明了德布羅意的假設。1929年，德布羅意獲得諾貝爾物理學獎，成為迄今為止唯一一位依靠博士論文獲得諾貝爾獎的人。
如下圖，如果我們發射一束電子通過雙縫，它依然會在後面的平板上打出干涉條紋而不是兩道條紋，原因只可能有一個，便是電子也是以波的形式（而不是以粒子的形式）通過的雙縫。
為什麼我們說德布羅意的論文是革命性的呢？原因在於光並不是物質的組成部分，光只是物質之間電磁力的傳遞介質。但是電子可是原子中的一部分，而原子又組成了宇宙中的一切萬物，包括你和我。或者換句話說，光是沒有質量的，所以它以光速運動，電子可是有質量的。如果電子具有波粒二象性，那麼就說明宇宙中的萬物，包括你和我，都是具有波粒二象性的。時至今日，科學家們已經能夠用肉眼可見的分子結構的物質，或者碳-60分子（高中大家都學過的足球烯分子）這樣足夠大型的物質做過類似雙縫干涉的實驗，毫無疑問，宇宙中的萬物都即可以表現為波的形態，也可以表現為粒子的形態，同樣，它表現為什麼形態完全取決於你用什麼手段去觀測它。
那麼為什麼你和我從來沒有表現為波的形態呢？原因在德布羅意波的公式中，這裡我們可以簡單的這樣來解釋：根據愛因斯坦的質能方程E = MC²，也就是能量等於質量乘以光速的平方，質量越大的物質，能量越大，而能量越大的波，波長越短，當波長非常非常短的物質通過雙縫的時候，就不會產生干涉現象，如下圖（兩道波之間不會有交集，也就不會發生干涉）：
因此雖然我們都具有波粒二象性，但我們幾乎不可能在任何情況下表現為波的形態，而從來都是粒子的形態。這裡我要強調我們都具有波粒二象性是因為量子力學描述的是很小很小的物質，但我們不能因此就認為它和我們的日常生活沒有關係，因為我們就是由這些小物質組成的。換句話說，我們就是它們！它們的性質就是我們的性質，它們的性質就是這個宇宙中萬物的性質，我們必須認識到這一點，對後面我們理解「薛丁格的貓」這個史上最著名的思想實驗非常的重要。
接下來，就發生了第一件讓科學界真正感到震驚的事情。如果我們在做電子的雙縫干涉實驗時不是發射電子束，而是一個一個電子的發射，會發生什麼情況呢？
答案是我們依然會得到多道干涉條紋，而不是兩道條紋。也就是說，電子依然是以波的形式通過的雙縫。可是我每一次都只發射了一個電子啊！我們知道水波在水中傳播，聲波在空氣中傳播，波本身只是一種能量而已，它必須在某種物質中傳播才可以，它本身不是物質啊！我記得物理學家 Brian 在解釋量子力學時問了一句很到位的話：What exactly was waving?（到底是什麼東西在那裡波動）
電子的雙縫干涉實驗結果告訴我們，真實發生的情況似乎是：電子以粒子的形式離開電子槍，然後瞬間化身為一道波，以波的形式同時通過了雙縫，自己跟自己發生了干涉，然後打到後面平板上的一瞬間又變回了粒子。
當然，這樣的解釋還是沒能解決 Brian 的問題：到底是什麼東西在那裡波動？因為就像我們前面提到的，波本身不是物質，波只是能量的傳遞，它需要在某種東西（介質）中傳播才可以。
那麼物理學界的大神是如何解釋這個問題的呢？量子力學的領軍人物尼爾斯·玻爾這樣說：
在電子離開電子槍的一瞬間，它就從宇宙中消失了，並化身為一種被稱為「機率波（Probability Wave）」的東西。機率波本身不是物質，而是一種純粹的數學機率，描述的是如果你在後面放上平板的話，它最終會落在某個地方的機率，
如圖，落在左右兩邊最邊上條紋的機率約為7.9%，落在最中間最大的條紋上的機率約為33.1%。這個機率波在通過雙縫時自己和自己發生了干涉，注意，發生干涉的不是物質，而是數學機率！進而影響了它後來會落到平板上的位置。最後一瞬間，電子又從宇宙中重新出現，並按照（已經發生過干涉的）機率波的計算，以粒子的形式出現在後面平板上的某個位置上。也就是說，電子只有在出發時是存在的，在最後落在平板上時是存在的，在中間的過程中是不存在於這個宇宙中的。
嗯 …… 你覺得呢？
別著急，我們的故事才剛剛開始呢。這裡我們先多說兩句量子力學中著名的波動方程，也就是用來計算物體最終會以什麼樣的機率出現在什麼地方的方程。量子力學認為，由於一切物質的運動都具有波的性質，因此它最後出現在什麼地方是完全隨機的，就好像你不可能去確定一道水波的具體位置一樣。例如當我們只發射一個電子，我們是完全不可能知道它最終會落在後面平板上（它表現為粒子之前）的哪個位置上的。對於比較大的物體，薛丁格的波動方程就是牛頓的經典運動方程。或者換句話說，薛丁格的波動方程才是真正描述宇宙萬物運動的方程，牛頓的經典力學方程只不過是對於比較大的物體的一種比較好的近似而已。
對於「電子到底是如何通過雙縫」這樣的問題，最直接的解決辦法就是在雙縫旁邊安裝探測器，就好像超市的探測器一樣，如果有東西從這裡過去了，它就響一下。這樣子，當我們只發射一個電子，如果左邊的響了，我們就知道它是從左邊的縫過去的，如果右邊的響了，它就是從右邊過去的，如果都響了，我們就知道它真的是同時通過的雙縫，問題不就解決了嗎？
當然，最後的結果是問題不僅沒有得到解決，反而變得更複雜了。量子力學就是這樣，每當我們想要解決一個問題的時候，總會發現一個更難以理解的問題。就好像有的科學家說：五十年，或者一百年後，如果我們真的解決了量子力學的謎團，那麼答案一定會比量子力學本身更加讓我們震驚。這個答案會不會是虛擬宇宙論呢？
好了，探測器安裝好了，可以開始發射電子了。結果是當我們在雙縫附近安裝了探測器之後，電子就不再以波的形式通過雙縫了，而是以粒子的形式，後面平板上出現的便不再是多道的干涉條紋，而變成了兩道條紋。用物理學家的話說就是：好像電子知道自己正在被觀測似的！所以它改變了自己的運動模式。在當時，對這個問題的解答有兩種：第一，探測器干擾了電子的運動軌跡，所以它由波的狀態變成了粒子的狀態；第二，無論如何你都不可能知道電子在波的形態下是如何通過雙縫的，正是因為你想知道這個信息—— 我們把它稱為 path information（路徑信息，也就是電子是如何通過雙縫的這個信息），讓電子改變了自己的狀態。
第一種解釋很容易讓人理解，第二種則令人難以置信 …… 後來科學家們通過 quantum eraser（量子擦除實驗）證實了第二種解釋才是正確的。量子擦除實驗是一個非常聰明，設計的巧奪天工的實驗，不過由於其比較複雜，為了不影響行文的流暢度，我會把它寫在文章的最後。在這裡我只好請大家相信我，在上面這個實驗中，真的不是探測器干擾了電子的運動軌跡，而是因為路徑信息被暴露的原因。
接下來就讓我們來仔細的分析一下。根據量子力學的理論，當我們把一個電子發射出去之後，它會變成一個機率波。讓我們把雙縫干涉實驗中的兩道縫稱為A和B，此時對於這個電子來說，它既有可能通過A縫，也有可能通過B縫，對吧？在這種情況下，電子就會同時通過A和B，並且自己與自己發生干涉。這個自己與自己是什麼概念呢？其實就是可能性A和可能性B！問題的關鍵在於！當我們不清楚電子到底是從A縫通過還是從B縫通過時，電子就會同時從A和B中通過。我們將這種狀態 —— 可能性A和可能性B同時存在的狀態稱為 super-position（多重位置的疊加），注意！這種多重位置的疊加不是概念上的，而是一種真正的疊加！因為我們確實看到了干涉條紋不是嗎？也就是說，正是因為電子即可以從A過，也可以從B過，所以它就即從A過了也從B過了 —— 兩種可能性的疊加。這一點非常重要！
現在假設我們在A縫旁邊放上了探測器，如果電子通過了A，探測器就會響，我們就知道電子是從A縫通過的。那麼為什麼放了探測器電子就變回粒子了呢？原因很簡單！只有在電子既可以從A過也可以從B過的情況下，它才會處於多重位置的疊加中 —— 同時通過雙縫。現在你在A縫旁邊放上探測器的結果便是：電子只能要麼從A過，要麼從B過了 —— 探測器要麼響，要麼不響。因為一個電子它是不可能真正的同時通過雙縫的，能夠同時通過雙縫的只能是「機率波」。也就是說，你放探測器這個行為，「迫使」電子不得不在A和B之中做出選擇，它便不再處於多重位置的疊加中了，它的位置就確定了，因此它變成了粒子。
「放探測器」這個行為，就被我們稱為「觀測」，而正是觀測這個行為，collapse（坍縮）了電子的 super-position（多重位置的疊加），或者我們說，坍縮了電子的「波函數（wave function）」。
「觀測」的過程，本質上是一種必須從多個可能性中挑選一個的過程，或者我們說，是一種確定機率的過程（從幾種機率中確定一個出來）。一旦機率確定，非物質狀態的機率波馬上坍縮成物質狀態的電子。
這裡請大家停下來仔細的想一想。當我們不知道「路徑信息 path information」的時候，電子處在多種位置的疊加中，所以可以同時通過A和B；當我們知道了路徑信息時（用探測器），也就是我們知道了電子從A過還是從B過時，電子就變成了要麼從A過要麼從B過，機率確定了，所以電子從機率波又變回粒子了。這裡有一個致命的問題：「知道」這兩個字，到底是誰知道？
1932年，現代計算機之父，博弈論的創始人，20世紀最偉大的科學家之一馮·諾依曼在其名著《量子力學的數學基礎》中提出，如果我們要解決量子力學的問題，就不可避免的要涉及到人類的「意識」。例如上面這個問題，僅僅是「知道」了路徑信息這件事，就可以改變電子本身的狀態，那麼是誰「知道」呢？馮·諾依曼認為只有意識的人類才有可能去「知道」這種事情 —— 去確定機率。因為確定機率是需要知識的，而只有人才有可能有知識！
好了，如果馮·諾依曼是正確的，那麼不用說了，宇宙一定是一個矩陣（Matrix）了，我們毫無疑問肯定是遊戲中的人物了 ……
當然，即便他是馮·諾依曼，即便還有不少得過諾貝爾獎的物理學家也支持這一點：是人類的知識和意識坍縮了電子的波函數（多重位置的疊加）。科學界的主流並不贊同這一觀點，所以你可以長出一口氣了…… 至少我們的宇宙不太可能是 Matrix，宇宙並不僅僅為了人類而存在。為什麼幾乎不可能是「意識」坍縮了波函數呢？我們可以想像讓一個不懂這些知識的6歲的小孩子去操作這個實驗，這個小孩子不可能知道什麼是路徑信息，什麼是波函數，甚至不知道什麼是電子，在這種情況下，難道電子就又以波的形式通過雙縫了嗎？大概不會吧 ……
如果不是有意識的人「知道」，那還有誰「知道」？
嗯 ……
沒錯，宇宙本身也可以知道呀！如果我們認為宇宙本身是一個程序的話，那麼程序自己當然知道前面有探測器，它還知道探測器會暴露電子的路徑信息，一旦路徑信息暴露（從A過還是從B過），電子的波函數，或者我們說電子的機率波便坍縮成電子，以粒子的形式通過雙縫，並在後面打出兩道條紋了。
宇宙本身可以通過電子的路徑信息去確定機率。一旦機率確定，電子就變成粒子了。我們可以發現，機率波這種東西本身就是數學，而當我們編程的時候，無論做什麼，其內核其實都是數學模型。讓我想起了MIT的一位教授說過的話：our universe doesn't have some mathematical properties, it has only mathematical properties. （我們的宇宙不是有一些數學特徵，而是僅有數學特徵），也就是說，我們宇宙中的一切，都具有數學特徵，換句話說，都可以是程序。
Okay，這裡我必須再次提醒大家！我只是說虛擬世界論，也就是說如果我們的宇宙是一個程序的話，可以更容易解釋量子力學這些奇怪的現象，絕對沒有讓大家相信虛擬世界論的意思哈。在被實驗證明之前，我們不應該相信任何假說。目前在這個世界上，還沒有任何一個人可以解釋到底為什麼我們想知道電子是如何通過雙縫的這個行為，也就是路徑信息的獲得，可以坍縮電子的波函數，這個問題在物理學界被稱為「the measurement problem（觀測問題）」。我還記得在一次節目中，英國帝國理工學院的一位教授在給觀眾展示了加入探測器後電子又以粒子的形式留下兩道條紋的實驗之後，對大家說：「如果在座的各位誰可以用 common sense（常理）解釋剛才發生了什麼的話，請一定要通知我，因為有一個諾貝爾獎在等著你呢。」在我看來，這絕對不是一個諾貝爾獎這麼簡單，如果誰能夠解決這個問題，那麼他一定會像愛因斯坦一樣名滿天下。
如果你認為「路徑信息」這件事實在是太神奇了！不用著急，還有更神奇的呢 ……
時光荏苒，讓我們來到1979年，當時在普林斯頓大學舉行的一場紀念愛因斯坦誕辰一百周年的活動上，愛因斯坦曾經的同事 —— John Wheeler 提出了一個實驗，那就是著名的「Delayed Choice Experiment 延遲選擇實驗」。
實驗如圖所示，圖中的 5代表兩台探測器，前文中已經解釋過，如果在電子的雙縫干涉實驗中加入探測器，後面的平板上就會出現兩道條紋（電子以粒子的形式通過雙縫），如果不加入探測器，則會出現多道條紋（電子以波的形式通過雙縫），對吧？Wheeler 提出，如果我們在電子已經通過了雙縫但還未落到後面的平板上之前，迅速的在實驗中加入探測器，會出現什麼情況？
此話一出，天崩地裂。
無數的科學家馬上開始動手設計實驗，五年之後，馬里蘭大學的Carroll O Alley 和其同事宣布實驗已經成功，結果是當我們在電子已經通過雙縫之後，迅速的在後面放上探測器的結果是：出現了兩道條紋！反之亦然，如果迅速的拿掉探測器，又會出現多道干涉條紋，即使我們在決定拿掉探測器的時候，電子已經通過了雙縫！
什麼！？什麼意思！？
我現在的一個動作 ——是否加入探測器，可以決定電子過去的一個動作 —— 以什麼方式通過雙縫！？
對於這個實驗結果的第一個反應可能是這樣的：當電子「發現」有探測器之後，它回到了過去，改變了歷史 —— 從波變回粒子，又再一次以粒子的形式通過雙縫並且打到後面的板上。也就是說，電子不僅可以回到過去，改變歷史，又由於它改變了歷史，它還改變了現實！
當然了，回到過去改變歷史這件事是科學家們不能接受的，那麼量子力學對「延遲選擇實驗」的解釋又是什麼呢？
此時，我們就要進入量子力學理論的核心部分了。讓我們一點一點來。首先是玻爾對於電子的雙縫干涉實驗的解釋：當電子離開電子槍的一瞬間，它的物質性就從宇宙中消失了，化身為一個純數學性質的機率波在宇宙中通行，最終又以粒子的形式出現在平板上。為什麼它會最終以粒子的形式出現在平板上呢？因為平板本身是一個觀測器，當「我們」去觀測它的時候，它就會出現在那裡給我們看。
John Wheeler說：「如果你想知道量子理論有什麼含義的話，你必須首先知道量子理論在說些什麼東西。」所以請大家務必注意我接下來要說的話。首先，波粒二象性已經告訴我們，一個物質的性質取決於你選擇以什麼方式去「觀測」它（the physical reality of an object depends on how you choose to look at it）。還記得吧？做光電效應的實驗它就表現為粒子形態，做雙縫干涉的實驗它就表現為波的形態。接下來，我再引用一段 Bruce Rosenblum 在其名著《量子謎團》（quantum enigma）中寫的一段話：
物質的機率波（薛丁格的波動方程）所計算出的機率是你在某個特定的位置能夠「觀測到它」的機率。這裡我們必須注意，這個機率不是這個物質此時正在那個位置的機率，而是你能夠在那個位置「觀測到它」的機率。在被你「觀測到」之前，這個物質本身是不存在的（而是處於多重位置的疊加中）。
這也就是波動方程所描述的，當電子離開電子槍的一瞬間，它就從宇宙中消失了，然後又突然出現在平板上，因為你在用平板「觀測」它。正是你「觀測」的這個行為，導致了電子在宇宙中的重新出現。
這樣，我們再來解釋一下延遲選擇實驗。根據量子力學的解釋，我們並不認為電子可以回到過去並且改變過去，因為我們認為在電子被觀測到之前，它根本是不存在的，也就是說，在被你觀測到之前，這個宇宙中並不存在一個有關「這個電子」的過去，因此也就沒什麼好去改變的。真正發生的情況是，在被你觀測到的一瞬間，電子才出現在宇宙中，並且「創造」了一個「符合邏輯」的有關它自己的歷史。
（如果大家覺得這個解釋並不比電子可以回到過去的解釋更容易讓人接受的話，哈哈，我也這麼覺得。）
正是你「觀測」的這個行為，collapse（坍縮）了電子的 super-position，讓電子又以物質的形式出現在了平板上。也就是說，對於世間萬物來說，如果你看（觀測），它就展示出來給你看，如果你不看，它就處於「多重位置的疊加」中，也就是它根本就不以物質的形式存在於宇宙中。換句話說，「observation creates reality，觀測的行為創造現實（以及與之相對應的符合邏輯的歷史）」。
講到這裡我不知道大家是否已經發現，當你「看」的時候，它就出現在那裡給你看，當你「不看」的時候，它就不在那裡。並且當你看的時候，它還會創造出與之相關的歷史給你。這不是完美符合了「虛擬世界論」嗎？
（注意在這篇文章中，我所說的「看」並不是指用眼睛看，而是指「觀測」。一個平板也可以完成觀測的任務，如果必須要人用眼睛看才能坍縮物質的波函數的話，那麼我們的宇宙就毫無疑問是電腦遊戲了。前面我們已經否定了這一假設。）
在電腦程式中，或者說虛擬世界中，如《巫師3》，其中有一個設置叫做「樹葉可見距離」，你可以根據你顯卡的能力來對它進行設置，如果你的顯卡不夠 powerful 的話，你可以把它設置成「低」，這樣你就會發現在遊戲里，你的視角之內就只能看到距離你非常近的地方的樹木和花草，更遠一點的地方（雖然在你視野之內）就沒有樹木和花草了，而當你前進的時候，樹木和花草就會一點一點突然出現在你的視野里。我們很清楚的知道，在電腦遊戲中，所有的物質都是用來給你看的，當你看它的時候，它就出現了（並且會創造與之相關的歷史），當你不看它的時候，或者說當它影響不到你的時候，當你與它之間沒有發生任何相互作用的時候，它根本就是不存在的。如果我們用真實世界論來解釋量子力學的這一結論，我們會發現真的非常困難，但如果我們認為宇宙是一個電腦程式的話，我們會突然發現：它當然應該是這個樣子的！因為所有的電腦程式都是這樣子的呀！
接下來，就讓我們通過一個著名的思想實驗，來更加形象化的理解一下量子力學到底在說些什麼。這個實驗當然就是「薛丁格的貓」。
1935年，薛丁格提出了一個思想實驗，旨在幫助人們意識到量子力學理論的荒謬之處。首先，我們知道任何原子都有一個「半衰期」，假如某原子的半衰期是一小時，那麼就意味著如果我只有一個這種原子的話，那麼在一小時後，它會有 50%的機率發生衰變。並且根據量子力學的理論，這 50%的機率是完全隨機的，即使宇宙本身也不可能提前知道它到底會不會發生衰變。那麼我們又怎麼知道呢？觀測！只有當我們去觀測的時候，我們才會有 50%的機率發現一個衰變了的原子，以及 50%的機率發現一個沒有衰變的原子。在我們觀測之前，這個原子處於既衰變又沒有衰變的「多重狀態的疊加之中。」注意喔！這種多重狀態的疊加是一種真正意義上的疊加，而不僅僅是概念上的疊加 —— 電子可是會同時通過雙縫的！
好了，如果我把這樣一個原子、一個蓋格計數器、一瓶揮發性毒藥以及一隻貓放在一個封閉的盒子裡。當我們觀測的時候！這個原子有50%的機率發生衰變，如果發生了衰變，蓋格計數器就會知道，知道後蓋格計數器會釋放揮發性的毒藥，並且毒死這隻貓。如果沒有發生衰變，那麼蓋格計數器就不會釋放毒藥，貓就不會死。
按照量子力學的理論，在我們「觀測」之前，原子是處於衰變與未衰變的疊加狀態之中，那麼貓也就處於活著和死掉的疊加狀態之中。
好了，那麼薛丁格說，如果我不是立刻打開箱子，而是過了八個小時之後，再打開箱子去看，會發生什麼情況？如果我發現了一隻死貓，那麼我「觀測」的這個行為不僅殺掉了這隻貓，還創造了過去八個小時的歷史 —— 一切關於這隻死貓的歷史；如果我發現的是一隻活著的貓，那麼我「觀測」的這個行為不僅沒有殺掉這隻貓，還創造了過去八個小時，一切關於這隻活著的貓的歷史。薛丁格由此認為，量子力學的理論是不可理喻的！
我們該如何解釋這個問題呢？我在《星際穿越》的影評中寫到愛因斯坦一生都在致力於否定量子力學。量子力學不是說任何東西在被觀測之前都是不存在的嗎？愛因斯坦的回應是：I'd like to think the moon is there, even without looking at it.（我認為月亮應該還在那兒，即便在我沒有盯著它看的時候）。
讓我們就從這個月亮說起。我相信應該沒有人認為當我們不看月亮的時候，月亮就不在那兒了吧？前面我們分析過，觀測並不是指人用肉眼去看，而是一種確定機率的過程。即便我們沒有盯著月亮看，我們也可以感受到月亮的引力，我們還可以接觸到月亮反射過來的太陽光，這一切的一切，都足夠確定月亮的位置了，因此月亮是不可能處於多重位置的疊加中的。也就是說，為什麼你和我，為什麼桌上的電腦與樹上的鳥兒從未處於多重位置的疊加中呢？因為我們無時無刻不在同大量的物質產生著相互作用，我們的位置不斷的在被確定，或者說，不斷的在被「鎖死」，因此我們不可能處於多重位置的疊加中。
這樣我們就可以很輕鬆的解釋薛丁格的貓了。當原子衰變，或者沒有衰變的一瞬間，宇宙就已經確定了貓的死活，並不需要等待八個小時之後才能被確定。因為不管是一隻活貓還是一隻死貓都會不斷與外界進行交互，它是不可能處於生與死的疊加之中的，它的狀態會不斷的被確定。說的更加學術一點，就是我們無法將貓這麼大的宏觀物體與它所處的環境分割開來。換句話說，只要你身處於一個你必須不斷與其發生相互作用的環境中，你的機率就不斷的處於被確定的狀態，你也就不會存在於多重位置的疊加中了。
然而這樣一種理論卻並不一定能夠完整的解釋我們所處的這個世界。前面我們說到，馮·諾依曼認為坍縮電子波函數的只能是「意識」，現在就讓我們本著這種水平的人不會在沒有任何證據的情況下異想天開的心態，來看看他的邏輯到底是什麼樣兒的。
還是以薛丁格的貓為例。我們已經知道了，在被觀測之前，原子本身是處於衰變與未衰變的疊加中。馮·諾依曼通過數學計算得出，在這種情況下，蓋格計數器也會處於釋放毒藥和未釋放毒藥的疊加中，進而貓也會處於死與活的疊加中。馮·諾依曼認為，任何 physical（具有物理性質）的東西，一旦與那個本身處於衰變與未衰變狀態疊加中的原子發生接觸，它也會處於兩種狀態的疊加中。讓我們舉個經典世界中的例子，假設你買了一張彩票，中獎的機率為 50%，那麼在開獎之前，彩票就處於中和沒中的疊加中（只不過這裡是經典世界，所以它只是概念上的疊加，不是真正的疊加，這裡要非常注意，我們舉這個例子只是為了方便大家理解馮·諾依曼的觀點），那麼持有彩票的你呢？便處於了百萬富翁和一貧如洗的疊加中，你心儀的那輛布加迪也處於屬於你和不屬於你的疊加中。也就是說，任何跟這張彩票有關係的東西，都會跟著原子一起，處於兩種狀態的疊加中。那麼什麼東西不具有物理性質呢？馮·諾依曼認為，只有人類的意識是不具有物理性質的，所以只能是人類的意識坍縮了原子的波函數。
好了，我覺得我們已經走的太遠了 …… 我們可以說，在之前對薛丁格的貓的解釋中，其實是有一個前提條件的，就是這個宇宙中確實已經存在了很多宏觀物體，或者很多不處於多重位置疊加中的物體，我們把它們稱為環境。任何處於多重位置疊加的物體只要一碰到它們，就在被觀測了，也就坍縮成實體了。可是它沒有解釋為什麼在一開始，宇宙中會有這些不處於多重位置疊加的物體呀！畢竟我們需要有第一個去「觀測」的東西呀！？
對於這個問題，科學家經常會這樣來形容：如果是蓋格計數器的「觀測」坍縮了原子的多重位置的疊加，又是誰的觀測坍縮了蓋格計數器多重位置的疊加呢？我嗎？那麼又是誰的觀測坍縮了我的狀態呢？因為不管是原子，還是蓋格計數器，還是貓，還是我，都是原子構成的呀！我們並沒有本質的區別。你會發現最後的結論只能是有一個上帝在「觀測」著世間萬物了，才坍縮了我們的波函數。
好了，這個問題我們就討論到這裡吧 …… 因為實在不可能得出任何可以讓人滿意的結論。就連薛丁格自己在提出貓論之後都對物理學喪失了信心，於晚年轉行去研究生物了。順便補充一下，薛丁格晚年對於生物學的研究對於後來人類發現DNA這一里程碑式的事件起到了很大的作用。可見大神就是大神呀！
接下來，我們必須從哲學回到科學中來了，前面我們說到愛因斯坦終其一生都在試圖證明量子力學是錯誤的或者是不完備的。終於在1935年，愛因斯坦認為自己已經找到了量子力學的「阿基里斯之踵」—— 「量子糾纏（quantum entanglement）」。
1935年，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森提出了「EPR悖論」（Einstein-Podolsky-Rosen paradox），在論文中三人論述了如果量子力學是正確的，那麼就會出現這樣一種情況：將任何兩個粒子，例如兩個電子放在一起一段時間，它們就會發生「糾纏 entangled」。然後，如果我們再將這兩個電子分隔開，即便是分別放在宇宙的兩端，那麼如果此時你再去觀測它們的性質 —— 例如自旋方向，如果電子A表現為上旋，那麼電子B必然表現為下旋；如果電子B表現為上旋，那麼電子A必然表現為下旋，即便它們已經被分割在了宇宙的兩端。也就是說，電子A與電子B之間產生了「超距作用」，導致我們對電子A的觀測可以「瞬間」影響到電子B的性質！
由於「超距作用」這種東西在真實世界中是無法想像的，因此愛因斯坦將其稱為「悖論」，愛因斯坦想說的是，要麼量子力學是錯的，要麼宇宙中存在「超距作用」。
這裡我們先簡單的解釋一下什麼是超距作用。我們知道宇宙萬物之間如果想要相互對對方施加影響，那麼必然要對其施加一個力，也就是雙方必須得「接觸到對方」才可以，這一點被科學家稱為「locality」。例如磁鐵，看似是沒有挨著卻產生了作用力，其實是因為磁鐵之間不斷的在交換光子（雙方通過不斷交換光子來接觸對方）。就像我在《星際穿越》的影評中寫的你不能穿牆的原因，是因為組成你手的原子中的電子和組成牆的原子中的電子在交換光子，從而產生了電磁斥力。在這個過程中，雖然你的手和牆並沒有真正接觸到，但是你手上的電子接觸到了牆的電子所發出的光子，牆的電子也接觸到了你手上的電子所發出的光子。也就是說，你和牆之間的相互作用是通過交換光子，也就是電磁力完成的。萬有引力也是一樣，看上去地球和太陽並沒有挨著，但背後的原因是太陽的質量壓彎了其周圍的空間，因此才導致地球由於是在彎曲的空間中運動，因此才繞著太陽轉，才顯得似乎雙方在相互吸引似的，其實太陽本身並沒有對地球施加任何有關引力的影響。（對《相對論》更多的描述在我《星際穿越》的影評中，大家應該都已經看過了，這裡就不贅述了）
但是「量子糾纏」的現象是一種真正的超距作用！即便我們把兩個電子分開在宇宙的兩端，兩個電子之間不會有，也不可能有任何交集，然而我們對電子A的觀測依然會瞬間影響到電子B的性質。在為朋友介紹量子糾纏現象的時候，我總要引用我很喜歡的一位MIT的物理學家在節目中說到量子糾纏現象時的用詞：
「the most mysteries！the most bizarre！」
「它是最神奇的！最匪夷所思的現象！」
有些朋友可能會想，既然兩個發生了糾纏的電子在被觀測的時候一個是上旋，另一個就一定是下旋，那麼會不會兩個電子在發生糾纏之後它們的狀態就已經確定了呢？如果你這樣想了，說明你很聰明！因為愛因斯坦也是這樣想的。愛因斯坦認為，發生糾纏的兩個電子可能就像一雙手套一樣，必定一隻是左手，一隻是右手。因此只要我觀測A時發現它是左手 —— 上旋，那麼我不用看都知道B肯定是右手 —— 下旋，而並不是當我發現A是左手的瞬間，B才（受到我發現A是左手這個信息的影響）變成了右手。如果是這樣的話，那麼也就不存在什麼超距作用了。
在愛因斯坦的年代，科學界並沒有能力通過做實驗的方法搞清楚到底是怎麼回事。然而時至今日，科學界已經做過無數有關「量子糾纏」的實驗（第一個實驗是1982年由法國物理學家 Alain Aspect 所做），證明了愛因斯坦有關手套的比喻是錯誤的，並反覆確認了這種超距作用確實是存在於我們的宇宙中的。
還是一樣，用真實世界論去解釋「量子糾纏」現象 —— 超距作用，是極為困難的。但如果我們用虛擬世界論去解釋，答案就很簡單了。雖然在這個世界中兩個電子可能相隔甚遠，但是在電腦程式中，它們和CPU的距離是一樣的呀！
文章的最後，再讓我們從量子力學之外的角度看一看虛擬世界論。
本來這篇文是以「宇宙大爆炸」理論開篇的，不過由於字數原因，我只能把對於宇宙大爆炸理論的描述放在一篇附文里，它會出現在我的主頁中。這裡我們只能直接給出結論：我們認為宇宙開啟於137億年前的一次大爆炸，在宇宙開啟之前，所有的物質都聚集在一個體積無限小，質量無限大的點裡，這個點被我們稱為 singularity，奇點。隨後 bang 的一聲，宇宙開始不斷膨脹，變成了我們今天看到的這個樣子。不過我們對於奇點是否存在是非常不確定的，但是我們可以確定的是，在宇宙大爆炸之後10的負32次方秒時，當時的宇宙大概只有一粒沙子那麼大。也就是說，我們可以確定的是，整個宇宙至少是從一粒沙子那麼大變成今天這個樣子的。
我希望大家明白，我們的宇宙並不是一直在那裡的，而確實是有一個起點的。這不是很奇怪嗎？現在宇宙中的一切都來自於137年前的一次大爆炸，在那之前，即沒有空間，也沒有時間。那麼是誰開啟了我們的宇宙呢？如果我們秉承「真實世界論」的話，這是一個非常難以理解的問題。用一句科學家們常說的話就是「為什麼宇宙中的一切可以憑空出現？」但如果我們用「虛擬世界論」來解釋的話就很容易理解了，任何電腦程式都需要一個開始？對吧？就像一位MIT的教授在一次節目中說的那樣：如果我們的宇宙是一個程序的話，那麼設計我們這個程序的「它們」所存在的宇宙很可能並不需要一個起點，很可能是一直就在那裡的，這樣的宇宙就合理多了。
除了宇宙大爆炸之外，另一個角度便是我們宇宙中各種參數的數值實在是「被調整的」太過完美。舉個例子，霍金在其名著《時間簡史》中寫到，宇宙大爆炸之後的宇宙膨脹速度如果再稍微大一點點，大多少呢？只需要大上10的18次方分之一，星系便會在成型之前就被撕裂；如果再小一點點 —— 10的18次方分之一，宇宙在星系成型前又已經坍縮。10的18次方分之一這樣的機率是多小呢？就是從地球上所有的沙子中選擇一粒那麼小。在紀錄片中，科學家說了一句非常精彩的話：
10的18次方分之一，宇宙參數就是必須被調整到如此精準的程度，生命才得以存在！（that is how precise that things have to be, for us to be here）。
在物理學界，這樣的例子被統稱為「fine-tuning of the universe宇宙參數的精準調整」。這樣的例子還有很多，如果我們把所有的「精準調整」全部放在一起，那麼物理學家彭羅斯（我在《星際穿越》的影評中寫到過「彭羅斯過程」）曾做過計算，如果我們宇宙中的所有參數都是被隨機挑選的話，那麼生命可以出現在宇宙中的機率將只有10的123次方分之一！這個數字有多大呢？如果我們將宇宙中所有的原子加在一起，也不過是10的80次方那麼多。
這裡我們必須要認識到，雖然小機率的事情也是會發生的，例如中彩票，但是這些東西和我們現在所說的10的123次方分之一根本不在一個數量級上。對於10的123次方分之一這樣的機率，我們絕對不應該將它歸因於純機率因素。那麼我們要如何理解我們的宇宙呢？目前科學界主要有兩種觀點：①多重宇宙論，即除了我們所生活的宇宙之外，還存在著無數的宇宙，每一個宇宙在大爆炸發生後其內部的各種參數都是隨機的，而我們的宇宙剛好隨機到了一套比較合適的參數，所以才有了我們；②虛擬宇宙論，當然就是我們宇宙的參數都是被設計好的，因為它是電腦程式嘛！
講到這裡，我們有關量子力學的旅程就要走到終點了。我們必須清楚，量子力學理論本身是沒有任何問題的，今天我們所用到的一切電子產品的原理都離不開它。量子的謎團來源於對它的解釋。也就是說，我們知道我們做A，B就會發生，但我們無法搞清楚為什麼。目前還沒有任何人可以給量子力學的種種現象一個合理的解釋，因為任何一種解釋都缺乏實驗室證據。這就好像牛頓在發現了萬有引力定律之後並不清楚其背後的原理一樣（直到愛因斯坦廣義相對論的出現）。就讓我們以牛頓的一句名言來結尾吧：
The great ocean of truth lay before me, all undiscovered.
浩瀚的真理之海，等待著我們去發現。
最後給大家推薦一個有關量子力學的視頻，我真的非常喜歡。
P.S.
為什麼我們確信不是探測器干擾了電子的運動軌跡，而是「路徑信息」的獲得坍縮了電子的波函數呢？這一點非常重要，因為如果是後者的話，路徑信息是一種知識，而知識需要有人來「知道」，前文中我們已經排除了我們需要有意識的人來「知道」這一假設，那麼剩下的只能是宇宙本身「知道」。不過即便是這樣，也是非常令人震驚的！
接下來讓我們來看看除了雙縫干涉實驗外，量子力學最大名鼎鼎的實驗 ——「delayed choice quantum eraser」，直譯應該是「延遲選擇量子擦除實驗（出現於1999年）」。如下圖：
可以看出，實驗比較複雜。但是請大家相信我，如果我們願意花些時間認真的搞清楚這個實驗到底說明了什麼問題的話，最後我們一定會覺得這一切都是值得的！
我們的實驗從圖的左上角開始，讓他們看一張放大了的圖：
左邊藍色的部分可以發射一個光子，圖中的A和B就是雙縫干涉實驗中的兩道縫。後面的BBO則可以將這一個光子分割成兩個「已經糾纏了的」光子（也就是光子①的狀態可以瞬間影響光子②的狀態，反之亦然）。
如圖，紅色的細線代表光子通過A縫後的路徑，我們可以看到被BBO分開來的光子①一定會往上面去，光子②則一定會往下面走；同理，淺藍色的線是光子通過B縫後的路徑，同樣是一個往上走，一個往下走。我們會發現，不管是A縫出來的光子還是B縫出來的光子，往上走的那一個都一定會打到平板D0上，對於打到D0上的光子，我們不可能知道它到底是從A過來的還是從B過來的，換句話說，我們無法得知「路徑信息」，也就是說，根據我們前面了解到的雙縫干涉實驗的結果，光子一定是以波的形式通過雙縫，也就是同時通過了A和B，最後打在D0平板上的一定是干涉條紋！
這就是我們這個實驗的精髓部分：如果我們「知道」光子是從A過來的還是從B過來的，那麼它就會表現為粒子形態，最後在平板上打出兩道條紋，如果我們「不知道」光子到底是從A過來的還是從B過來的，那麼它就會表現為波的形態，最後在平板上打出多道干涉條紋！
我們把往上走的，打在D0上的光子叫做光子①，現在讓我們來看看下面這個光子的去向，我們把它稱為光子②。光子②的路徑是下面這條紅色的細線和藍色的細線。我們會發現它要麼打在BSa上，要麼打在BSb上，這兩個BS是一種特殊的裝置，可以使打在BS上的光子有50%的可能性通過它，另外50%的可能性被反彈（也是基於量子力學的理論）。如下圖：
我們發現，如果光子被反彈了，那麼它一定會打到D3或D4上。然而由於裝置擺放的位置，我們可以清晰的通過圖中紅色和藍色的路徑（記住！紅色線是通過A縫光子的路徑；藍色線是通過B縫光子的路徑）發現，如果是打在D3上了，那麼這個光子一定是從B縫通過的，因為只有藍色的路徑可以連通到這裡；同理，如果是打在D4上的光子，一定是從A縫過來的，因為只有紅色的路徑可以連通到這裡。因此，對於打在D3和D4上的光子，我們是「知道」路徑信息的，因為我們知道路徑信息，所以光子必然是以粒子的形式通過的雙縫，因為它只可能從一條縫中過來，因此最後留下的是一道條紋。
這是光子被BSa和BSb反彈的情況，那麼如果通過了BS呢？如上圖，我們發現如果光子通過了BS，就會打到Ma和Mb上，M就是一面鏡子，100%會反彈，反彈之後不管是紅色的，還是藍色的，都會打到BSc上。此時我們注意，如果是紅色的線，也就是從A縫過來的，經過BSc後，要麼（50%機率）被BSc反彈打到D2上，要麼穿過BSc打到D1上；如果是藍色的線，也一樣，經過BSc後，要麼被反彈打到D1上，要麼穿過BSc打到D2上。因此我們可以看到紅色和藍色的線都有可能打到D1和D2上（如圖，和D0的情況一樣，紅色和藍色都可以達到它們）。講到這裡大家應該已經很熟練了：沒錯，既然紅色和藍色的路徑都可以達到D1和D2，也就是對於打到D1和D2上的光子來說，我們「不知道」它到底是從A過來的還是從B過來的，此時它就會以波的形式同時通過雙縫，並在D1和D2上打出多道干涉條紋。
再看一下這張圖：
前面解釋實驗的時候，我說D0由於我不知道光子是從A還是從B過來的，因此它會打出干涉條紋，我這麼說只是為了更方便大家理解實驗，因為D0這裡沒有D1 ~ D4那邊看上去那麼複雜。事實上科學家把D0放在這裡是另有所圖的。之前我們說過，這一次相當於同時發射了兩個「已經發生了糾纏」的光子，一個往上走打到D0，另一個往下走打到D1 ~ D4；我們也知道「量子糾纏效應」意味著光子①的狀態是可以瞬間影響到光子②的狀態的。好了，我們得到的實驗結果是：如果光子②後來是打到了D3和D4上，如圖，D3和D4都是只有一個路徑可以過去的，所以一定是一道條紋，沒有干涉條紋（也就是D3和D4我們是知道「路徑信息」的 —— D3一定來自是B，D4一定來自是A），那麼光子①也一定會在D0上打出一道條紋（以粒子的形式通過雙縫）！沒有干涉條紋！如果光子②是打到了D2或D1上，由於我們不知道路徑信息，所以光子①一定是在D0 上打出干涉條紋。也就是說，不管怎麼樣，光子①永遠和光子②打出一樣的條紋。然而我們發現光子①的路程要比光子②短的多！也就是說，光子①打到D0上的時間是要短於光子②打到D1~D4上的時間的。然而光子①卻永遠打出和光子②一樣的條紋。問題在於，當光子①打到D0上時，光子②還不知道自己是會打到D1、D2上 —— 以波的形式通過雙縫，留下干涉條紋，還是D3、D4上 —— 以粒子的形式通過雙縫，留下一道條紋。在這裡我們很容易會去想：難道光子①可以預知未來？
事實上，這個過程我們可以將它看成是另一種「延遲選擇實驗」。也就是說，當光子②被某種方式「觀測到」的時候，它不僅創造了自己的歷史，也創造了其「同伴」的歷史。雖然在它被觀測之前，它的同伴已經打到了平板上。它再次印證了「觀測的行為創造現實，以及與之相對應的歷史」這一結論。
前面說到過，既然紅色和藍色的路徑都可以達到D1和D2，也就是對於打到D1和D2上的光子來說，我們「不知道」它到底是從A過來的還是從B過來的，此時它就會以波的形式同時通過雙縫，並在D1和D2上打出多道干涉條紋。對於打到D3和D4上的光子，由於我們「知道」它到底是從A過來的還是從B過來的，所以它永遠不會打出干涉條紋。這其中唯一的區別，就在於我們「知道」這個系統是如何工作的！在於我們對於這個系統的「知識」，而知識，是需要有人（宇宙本身）來「知道」的。
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Cos i love Mtime .
很多朋友看完《異次元駭客》或是《黑客帝國》的第一個反應肯定是「有沒有可能我們所生活的世界也是一個電腦程式呢？」在一次研討會上，美國著名天文物理學家 Neil deGrasse Tyson（任何喜歡物理學的朋友應該都知道他）曾說到：「人類基因和大猩猩有很大一部分是相同的，只有很小的差異，然而看看我們能做什麼？而猩猩能做什麼？人類最聰明的人，例如史蒂芬·霍金，也不過是懂微積分而已。他也很難想像的到更高級一點的物種所能夠掌握的科技。」牛津大學的哲學家 Nick Bostrom 也認為，在遙遠的未來，人類完全有能力用電腦去模擬一個和真實世界一模一樣的虛擬現實，就像現在我們模擬電腦遊戲一樣。如果是這樣的話，假設我們模擬了一個宇宙，那個宇宙中的人類發展到一定階段又會模擬一個新的宇宙中的宇宙，以此類推，那麼我們有什麼理由認為人類就是第一個這樣乾的呢？至少在機率上是說不通的。
當然，以上這些言論都是哲學家思考問題的方式。在我看來，用哲學的思維去思考科學問題是沒有任何意義的。我們真正關心的問題是，我們能否在科學上證明我們的宇宙是虛擬的呢？自從量子力學被發現之後，很多實驗結果似乎都在告訴我們，我們所生活的世界並不是真實的，而僅僅是運行在一台電腦上的程序而已。所有量子力學的現象，如果我們單獨的把它們一個一個拿出來看，都不能證明什麼，但如果我們把所有現象放到一起，那麼「虛擬世界論」可能就會成為更加合理的解釋。因此越來越多的物理學家開始相信這一推斷。在 youtube 上我們可以看到很多著名的物理學家坐在一起去認真的討論這一話題的視頻。
在這篇文章中，我會在給大家介紹量子力學的同時仔細去描述那些很難用「真實世界論」去解釋的實驗。也就是用科學的方法來研究科學問題。不過請記住，就像一名MIT的物理學家在節目中說的那樣：除非有一天天上的星星突然自發的組成了一行字 ——『世界是虛擬的』，否則我們很難去證明這樣一種結論。因此我寫這篇文的目的肯定不是想說服大家世界是虛擬的，也不是想讓大家跟我一起「信上帝」哈。在這裡我只是想跟大家分享一些量子力學的知識，要想搞懂它們是需要一些努力與思考的，不過就像量子力學的創始人之一尼爾斯·波爾說的那樣：「任何沒有被量子力學的結論所震撼 (shock) 到的人，根本就沒有理解它。」一旦我們開始理解量子力學，我們會發現一切的努力都是值得的，我可以保證它給我們帶來的衝擊力絕對超過任何我們所看過的電影或小說。因為電影或小說是人類創造的，而物理學是上帝創造的，你覺得呢？（還是一樣，這裡我所說的上帝可不是基督教的上帝）
公元前460年左右，古希臘數學家 Zeno（芝諾）提出了著名的芝諾悖論，也被稱為「阿基里斯追烏龜」。阿基里斯我們知道是電影《特洛伊》中皮特所飾演的那位戰神。芝諾認為，假設阿基里斯在一隻烏龜身後100米，然後兩者開始同時向前運動。當然，阿基里斯的速度是要比烏龜快的，然而為了超越烏龜，阿基里斯必須先走到（不管多快）比賽開始時烏龜的位置（100米外），對吧？假設阿基里斯的運動速度是100米/秒，那麼落後烏龜100米的阿基里斯必須用掉1秒的時間才可以運動到烏龜出發的位置。然而在這段時間內（1秒），烏龜必然又向前走了一段路。假設烏龜的運動速度是1米/秒，那麼在這1秒內，烏龜便又向前運動了1米，也就是說，此時的烏龜還是領先阿基里斯1米的距離。接下來，想要超越烏龜，阿基里斯必須再次運動到烏龜的位置（1米外），用時0.01秒，然而在這0.01秒的時間內，烏龜又會向前運動0.01米，此時烏龜依然在阿基里斯前方0.01米的位置，依然在阿基里斯前面。也就是說，每當阿基里斯追趕到烏龜出發時的位置時，烏龜便利用這段時間又向前走了一段路。如此反覆，因此阿基里斯是永遠也不可能追上烏龜的。
我們可以很容易發現，這條悖論有一個隱含的前提條件，便是無論時間還是空間，都是可以無限細分下去的。也就是說，從0米到1米之間，有無數種長度的可能性，我們可以有0.000000 …… 00001米，這中間可以有無數個零。我們之所以認為「阿基里斯追烏龜」這件事是一條悖論，就是因為在我們的潛意識裡，我們當然認為世界是真實的，既然是真實的，就應該是連續的，既然是連續的，那麼時間和空間就應該是可以無限細分下去的。然而事實是這樣嗎？
接下來我們就要進入量子力學的世界裡了。在美國的西海岸有一個人盡皆知的地方，Silicon Valley 矽谷。為什麼叫這個名字呢？因為所有的電子設備都是在 0和 1 的基礎上工作的，而單晶矽是一種半導體，導電的狀態為 1，不導電則為 0，我們平時所說的晶片，其實就是矽片。而半導體的理論基礎就是建立在量子力學的理論之上。也就是說，今天世界上的一切電子設備：電腦、手機、Mp3 等等，都是在量子力學的理論基礎上發明出來的。因此幾乎所有介紹量子力學的物理學家都會以這樣一句話來開場：「量子力學是物理學界最成功的理論，沒有之一，它所有的通過數學推導所做出的預測從未被實驗證明過是錯誤的。」
1900年12月14日，馬克思·普朗克在德國物理學會上發表了一份報告，報告中稱：宇宙中的能量是不連續的，是「量子化的（Quantized）」，它有一個最小的值，這個值就是下圖中的 h —— 普朗克常數。
什麼是「不連續的（量子化的）」呢？前面說到過，我們認為從0米到1米之間，應該存在著無數種長度的可能性，我們可以有0.000000…… 00001米，這中間可以有無數個零。然而馬克思·普朗克認為，假設從1米到10米之間，只可能是1米，2米，3米 …… ，而永遠不可能是1.5米。量子力學（quantum mechanics）也因此而得名。
在一次科學節目中，當幾位著名的科學家們坐在一起討論我們的宇宙到底是真實存在的還是虛擬時，他們提出的第一個問題就是「我們的世界是連續的（analog）還是數字的（digital）？」舉個例子，從你的電腦里隨便打開一張圖片。一眼看過去，似乎很真實。然而如果你把它放大，你就會發現其實它是由一個一個的 pixel（像素）所組成的。它並不是連續的，而是數字化的。
為什麼照片必須是數字化的呢？因為你的電腦沒有無限的運算能力與數據儲存能力。如果一張照片是連續的，那麼它就會需要無限大的硬碟空間來儲存它（就好像在數學上，我們認為數字0到數字1之間有無數個數字一樣）。量子力學誕生後，我們發現我們的宇宙就好像你電腦中的照片一樣，它有一個最小的不可再分的空間長度（就好像照片中的每一個像素），被稱為「普朗克長度」，約等於1.6乘10的負35次方米，有一個最小的不可再分的時間（就好像視頻中每一幀畫面所占用的時間），被稱為「普朗克時間」，約等於5.4乘10的負44次方秒（或者我們說，任何物質不可能在比這個時間更短的時間內發生變化，所以按照我們對時間的定義—— 因為物質發生變化才有了時間的概念，宇宙中便不可能有比普朗克時間更短的時間存在），以及上圖中的普朗克常數 —— 一個最小的不可再分的能量。換句話說，我們宇宙中的一切都是數字化的，也就意味著它是可以被計算的（computable），也便意味著它可以是程序。為什麼一個真實的世界會是不連續的呢？除非它不是真實的？
1873年，蘇格蘭物理學家麥克斯韋用四個美妙的公式統一了電磁學，證明了光就是電磁波，並且計算出了它的速度。然而僅僅在幾十年之後，愛因斯坦同樣用一篇美妙的論文在向人們解釋了困擾科學界多年的光電效應的同時，論證了光是一種粒子，也就是後來被我們稱為的「光子 photon」。這一發現也為愛因斯坦贏得了一生中的唯一一次諾貝爾獎。可是麥克斯韋的方程組也早已被證明是正確的，而且早在19世紀初年，英國物理學家 Thomas Young 就已經做過光的「雙縫干涉實驗」。這個實驗相信大家在中學時期都做過，把一根點燃的蠟燭放在一張紙的前面，然後在兩者之間再放一張上面有兩條縫（雙縫）的紙張，此時我們就會清晰的看到後面那張紙上會留下多道光的干涉條紋。
如圖：
原因在於光是以波的形式通過了雙縫（如果是以光子 —— 粒子的形式，就會只留下兩到條紋），就如圖水波一樣，通過雙縫後水波會分裂成兩道波，兩道波有的波峰和波谷相互抵消，有的波峰和波峰（或波谷與波谷）相互疊加，如下圖：
於是問題就來了，光到底是波還是粒子呢？這是一個非常有意思的話題，國內有一本叫做《量子力學史話》的書籍重點描述了這個問題，讀起來非常有趣，如果有興趣的話大家可以去讀一讀，這裡因為字數原因我們直接給出結論：光即可以是粒子也可以是波，它什麼時候表現為粒子形式什麼時候表現為波的形式完全取決於你如何去觀測它（注意，因為波和粒子的特點是完全不同的，因此光永遠只會表現出一種形式，而不可能即表現出波的特點也表現出粒子的特點），這一特點被稱為「波粒二象性」。
波粒二象性是量子力學讓物理學家們感到非常困惑的第一個事實。為什麼會有一種東西即可以是波也可以是粒子呢？如果你做光電效應的實驗，它就表現為粒子的形式給你看，如果你做雙縫干涉的實驗，它就表現為波的形式給你看。它表現為什麼形式完全取決於你用什麼手段去觀測它，這不是太奇怪了嗎？
不過站在今天的角度看來，光的波粒二象性已經可以算是量子力學中最容易讓人接受的結論了。因為在愛因斯坦發表他的論文19年後，1924年，法國的超級富二代，路易·德布羅意公爵（七世）發表了他革命性的博士論文《量子理論研究》，在論文中德布羅意提出了大膽的假設：如果光即可以是粒子也可以是波的話（即可以是電磁波也可以是光子），為什麼不是世界上所有的物質都具有波粒二象性呢？
1927年，兩位貝爾實驗室的物理學家發現了電子的雙縫干涉現象，從而證明了德布羅意的假設。1929年，德布羅意獲得諾貝爾物理學獎，成為迄今為止唯一一位依靠博士論文獲得諾貝爾獎的人。
如下圖，如果我們發射一束電子通過雙縫，它依然會在後面的平板上打出干涉條紋而不是兩道條紋，原因只可能有一個，便是電子也是以波的形式（而不是以粒子的形式）通過的雙縫。
為什麼我們說德布羅意的論文是革命性的呢？原因在於光並不是物質的組成部分，光只是物質之間電磁力的傳遞介質。但是電子可是原子中的一部分，而原子又組成了宇宙中的一切萬物，包括你和我。或者換句話說，光是沒有質量的，所以它以光速運動，電子可是有質量的。如果電子具有波粒二象性，那麼就說明宇宙中的萬物，包括你和我，都是具有波粒二象性的。時至今日，科學家們已經能夠用肉眼可見的分子結構的物質，或者碳-60分子（高中大家都學過的足球烯分子）這樣足夠大型的物質做過類似雙縫干涉的實驗，毫無疑問，宇宙中的萬物都即可以表現為波的形態，也可以表現為粒子的形態，同樣，它表現為什麼形態完全取決於你用什麼手段去觀測它。
那麼為什麼你和我從來沒有表現為波的形態呢？原因在德布羅意波的公式中，這裡我們可以簡單的這樣來解釋：根據愛因斯坦的質能方程E = MC²，也就是能量等於質量乘以光速的平方，質量越大的物質，能量越大，而能量越大的波，波長越短，當波長非常非常短的物質通過雙縫的時候，就不會產生干涉現象，如下圖（兩道波之間不會有交集，也就不會發生干涉）：
因此雖然我們都具有波粒二象性，但我們幾乎不可能在任何情況下表現為波的形態，而從來都是粒子的形態。這裡我要強調我們都具有波粒二象性是因為量子力學描述的是很小很小的物質，但我們不能因此就認為它和我們的日常生活沒有關係，因為我們就是由這些小物質組成的。換句話說，我們就是它們！它們的性質就是我們的性質，它們的性質就是這個宇宙中萬物的性質，我們必須認識到這一點，對後面我們理解「薛丁格的貓」這個史上最著名的思想實驗非常的重要。
接下來，就發生了第一件讓科學界真正感到震驚的事情。如果我們在做電子的雙縫干涉實驗時不是發射電子束，而是一個一個電子的發射，會發生什麼情況呢？
答案是我們依然會得到多道干涉條紋，而不是兩道條紋。也就是說，電子依然是以波的形式通過的雙縫。可是我每一次都只發射了一個電子啊！我們知道水波在水中傳播，聲波在空氣中傳播，波本身只是一種能量而已，它必須在某種物質中傳播才可以，它本身不是物質啊！我記得物理學家 Brian 在解釋量子力學時問了一句很到位的話：What exactly was waving?（到底是什麼東西在那裡波動）
電子的雙縫干涉實驗結果告訴我們，真實發生的情況似乎是：電子以粒子的形式離開電子槍，然後瞬間化身為一道波，以波的形式同時通過了雙縫，自己跟自己發生了干涉，然後打到後面平板上的一瞬間又變回了粒子。
當然，這樣的解釋還是沒能解決 Brian 的問題：到底是什麼東西在那裡波動？因為就像我們前面提到的，波本身不是物質，波只是能量的傳遞，它需要在某種東西（介質）中傳播才可以。
那麼物理學界的大神是如何解釋這個問題的呢？量子力學的領軍人物尼爾斯·玻爾這樣說：
在電子離開電子槍的一瞬間，它就從宇宙中消失了，並化身為一種被稱為「機率波（Probability Wave）」的東西。機率波本身不是物質，而是一種純粹的數學機率，描述的是如果你在後面放上平板的話，它最終會落在某個地方的機率，
如圖，落在左右兩邊最邊上條紋的機率約為7.9%，落在最中間最大的條紋上的機率約為33.1%。這個機率波在通過雙縫時自己和自己發生了干涉，注意，發生干涉的不是物質，而是數學機率！進而影響了它後來會落到平板上的位置。最後一瞬間，電子又從宇宙中重新出現，並按照（已經發生過干涉的）機率波的計算，以粒子的形式出現在後面平板上的某個位置上。也就是說，電子只有在出發時是存在的，在最後落在平板上時是存在的，在中間的過程中是不存在於這個宇宙中的。
嗯 …… 你覺得呢？
別著急，我們的故事才剛剛開始呢。這裡我們先多說兩句量子力學中著名的波動方程，也就是用來計算物體最終會以什麼樣的機率出現在什麼地方的方程。量子力學認為，由於一切物質的運動都具有波的性質，因此它最後出現在什麼地方是完全隨機的，就好像你不可能去確定一道水波的具體位置一樣。例如當我們只發射一個電子，我們是完全不可能知道它最終會落在後面平板上（它表現為粒子之前）的哪個位置上的。對於比較大的物體，薛丁格的波動方程就是牛頓的經典運動方程。或者換句話說，薛丁格的波動方程才是真正描述宇宙萬物運動的方程，牛頓的經典力學方程只不過是對於比較大的物體的一種比較好的近似而已。
對於「電子到底是如何通過雙縫」這樣的問題，最直接的解決辦法就是在雙縫旁邊安裝探測器，就好像超市的探測器一樣，如果有東西從這裡過去了，它就響一下。這樣子，當我們只發射一個電子，如果左邊的響了，我們就知道它是從左邊的縫過去的，如果右邊的響了，它就是從右邊過去的，如果都響了，我們就知道它真的是同時通過的雙縫，問題不就解決了嗎？
當然，最後的結果是問題不僅沒有得到解決，反而變得更複雜了。量子力學就是這樣，每當我們想要解決一個問題的時候，總會發現一個更難以理解的問題。就好像有的科學家說：五十年，或者一百年後，如果我們真的解決了量子力學的謎團，那麼答案一定會比量子力學本身更加讓我們震驚。這個答案會不會是虛擬宇宙論呢？
好了，探測器安裝好了，可以開始發射電子了。結果是當我們在雙縫附近安裝了探測器之後，電子就不再以波的形式通過雙縫了，而是以粒子的形式，後面平板上出現的便不再是多道的干涉條紋，而變成了兩道條紋。用物理學家的話說就是：好像電子知道自己正在被觀測似的！所以它改變了自己的運動模式。在當時，對這個問題的解答有兩種：第一，探測器干擾了電子的運動軌跡，所以它由波的狀態變成了粒子的狀態；第二，無論如何你都不可能知道電子在波的形態下是如何通過雙縫的，正是因為你想知道這個信息—— 我們把它稱為 path information（路徑信息，也就是電子是如何通過雙縫的這個信息），讓電子改變了自己的狀態。
第一種解釋很容易讓人理解，第二種則令人難以置信 …… 後來科學家們通過 quantum eraser（量子擦除實驗）證實了第二種解釋才是正確的。量子擦除實驗是一個非常聰明，設計的巧奪天工的實驗，不過由於其比較複雜，為了不影響行文的流暢度，我會把它寫在文章的最後。在這裡我只好請大家相信我，在上面這個實驗中，真的不是探測器干擾了電子的運動軌跡，而是因為路徑信息被暴露的原因。
接下來就讓我們來仔細的分析一下。根據量子力學的理論，當我們把一個電子發射出去之後，它會變成一個機率波。讓我們把雙縫干涉實驗中的兩道縫稱為A和B，此時對於這個電子來說，它既有可能通過A縫，也有可能通過B縫，對吧？在這種情況下，電子就會同時通過A和B，並且自己與自己發生干涉。這個自己與自己是什麼概念呢？其實就是可能性A和可能性B！問題的關鍵在於！當我們不清楚電子到底是從A縫通過還是從B縫通過時，電子就會同時從A和B中通過。我們將這種狀態 —— 可能性A和可能性B同時存在的狀態稱為 super-position（多重位置的疊加），注意！這種多重位置的疊加不是概念上的，而是一種真正的疊加！因為我們確實看到了干涉條紋不是嗎？也就是說，正是因為電子即可以從A過，也可以從B過，所以它就即從A過了也從B過了 —— 兩種可能性的疊加。這一點非常重要！
現在假設我們在A縫旁邊放上了探測器，如果電子通過了A，探測器就會響，我們就知道電子是從A縫通過的。那麼為什麼放了探測器電子就變回粒子了呢？原因很簡單！只有在電子既可以從A過也可以從B過的情況下，它才會處於多重位置的疊加中 —— 同時通過雙縫。現在你在A縫旁邊放上探測器的結果便是：電子只能要麼從A過，要麼從B過了 —— 探測器要麼響，要麼不響。因為一個電子它是不可能真正的同時通過雙縫的，能夠同時通過雙縫的只能是「機率波」。也就是說，你放探測器這個行為，「迫使」電子不得不在A和B之中做出選擇，它便不再處於多重位置的疊加中了，它的位置就確定了，因此它變成了粒子。
「放探測器」這個行為，就被我們稱為「觀測」，而正是觀測這個行為，collapse（坍縮）了電子的 super-position（多重位置的疊加），或者我們說，坍縮了電子的「波函數（wave function）」。
「觀測」的過程，本質上是一種必須從多個可能性中挑選一個的過程，或者我們說，是一種確定機率的過程（從幾種機率中確定一個出來）。一旦機率確定，非物質狀態的機率波馬上坍縮成物質狀態的電子。
這裡請大家停下來仔細的想一想。當我們不知道「路徑信息 path information」的時候，電子處在多種位置的疊加中，所以可以同時通過A和B；當我們知道了路徑信息時（用探測器），也就是我們知道了電子從A過還是從B過時，電子就變成了要麼從A過要麼從B過，機率確定了，所以電子從機率波又變回粒子了。這裡有一個致命的問題：「知道」這兩個字，到底是誰知道？
1932年，現代計算機之父，博弈論的創始人，20世紀最偉大的科學家之一馮·諾依曼在其名著《量子力學的數學基礎》中提出，如果我們要解決量子力學的問題，就不可避免的要涉及到人類的「意識」。例如上面這個問題，僅僅是「知道」了路徑信息這件事，就可以改變電子本身的狀態，那麼是誰「知道」呢？馮·諾依曼認為只有意識的人類才有可能去「知道」這種事情 —— 去確定機率。因為確定機率是需要知識的，而只有人才有可能有知識！
好了，如果馮·諾依曼是正確的，那麼不用說了，宇宙一定是一個矩陣（Matrix）了，我們毫無疑問肯定是遊戲中的人物了 ……
當然，即便他是馮·諾依曼，即便還有不少得過諾貝爾獎的物理學家也支持這一點：是人類的知識和意識坍縮了電子的波函數（多重位置的疊加）。科學界的主流並不贊同這一觀點，所以你可以長出一口氣了…… 至少我們的宇宙不太可能是 Matrix，宇宙並不僅僅為了人類而存在。為什麼幾乎不可能是「意識」坍縮了波函數呢？我們可以想像讓一個不懂這些知識的6歲的小孩子去操作這個實驗，這個小孩子不可能知道什麼是路徑信息，什麼是波函數，甚至不知道什麼是電子，在這種情況下，難道電子就又以波的形式通過雙縫了嗎？大概不會吧 ……
如果不是有意識的人「知道」，那還有誰「知道」？
嗯 ……
沒錯，宇宙本身也可以知道呀！如果我們認為宇宙本身是一個程序的話，那麼程序自己當然知道前面有探測器，它還知道探測器會暴露電子的路徑信息，一旦路徑信息暴露（從A過還是從B過），電子的波函數，或者我們說電子的機率波便坍縮成電子，以粒子的形式通過雙縫，並在後面打出兩道條紋了。
宇宙本身可以通過電子的路徑信息去確定機率。一旦機率確定，電子就變成粒子了。我們可以發現，機率波這種東西本身就是數學，而當我們編程的時候，無論做什麼，其內核其實都是數學模型。讓我想起了MIT的一位教授說過的話：our universe doesn't have some mathematical properties, it has only mathematical properties. （我們的宇宙不是有一些數學特徵，而是僅有數學特徵），也就是說，我們宇宙中的一切，都具有數學特徵，換句話說，都可以是程序。
Okay，這裡我必須再次提醒大家！我只是說虛擬世界論，也就是說如果我們的宇宙是一個程序的話，可以更容易解釋量子力學這些奇怪的現象，絕對沒有讓大家相信虛擬世界論的意思哈。在被實驗證明之前，我們不應該相信任何假說。目前在這個世界上，還沒有任何一個人可以解釋到底為什麼我們想知道電子是如何通過雙縫的這個行為，也就是路徑信息的獲得，可以坍縮電子的波函數，這個問題在物理學界被稱為「the measurement problem（觀測問題）」。我還記得在一次節目中，英國帝國理工學院的一位教授在給觀眾展示了加入探測器後電子又以粒子的形式留下兩道條紋的實驗之後，對大家說：「如果在座的各位誰可以用 common sense（常理）解釋剛才發生了什麼的話，請一定要通知我，因為有一個諾貝爾獎在等著你呢。」在我看來，這絕對不是一個諾貝爾獎這麼簡單，如果誰能夠解決這個問題，那麼他一定會像愛因斯坦一樣名滿天下。
如果你認為「路徑信息」這件事實在是太神奇了！不用著急，還有更神奇的呢 ……
時光荏苒，讓我們來到1979年，當時在普林斯頓大學舉行的一場紀念愛因斯坦誕辰一百周年的活動上，愛因斯坦曾經的同事 —— John Wheeler 提出了一個實驗，那就是著名的「Delayed Choice Experiment 延遲選擇實驗」。
實驗如圖所示，圖中的 5代表兩台探測器，前文中已經解釋過，如果在電子的雙縫干涉實驗中加入探測器，後面的平板上就會出現兩道條紋（電子以粒子的形式通過雙縫），如果不加入探測器，則會出現多道條紋（電子以波的形式通過雙縫），對吧？Wheeler 提出，如果我們在電子已經通過了雙縫但還未落到後面的平板上之前，迅速的在實驗中加入探測器，會出現什麼情況？
此話一出，天崩地裂。
無數的科學家馬上開始動手設計實驗，五年之後，馬里蘭大學的Carroll O Alley 和其同事宣布實驗已經成功，結果是當我們在電子已經通過雙縫之後，迅速的在後面放上探測器的結果是：出現了兩道條紋！反之亦然，如果迅速的拿掉探測器，又會出現多道干涉條紋，即使我們在決定拿掉探測器的時候，電子已經通過了雙縫！
什麼！？什麼意思！？
我現在的一個動作 ——是否加入探測器，可以決定電子過去的一個動作 —— 以什麼方式通過雙縫！？
對於這個實驗結果的第一個反應可能是這樣的：當電子「發現」有探測器之後，它回到了過去，改變了歷史 —— 從波變回粒子，又再一次以粒子的形式通過雙縫並且打到後面的板上。也就是說，電子不僅可以回到過去，改變歷史，又由於它改變了歷史，它還改變了現實！
當然了，回到過去改變歷史這件事是科學家們不能接受的，那麼量子力學對「延遲選擇實驗」的解釋又是什麼呢？
此時，我們就要進入量子力學理論的核心部分了。讓我們一點一點來。首先是玻爾對於電子的雙縫干涉實驗的解釋：當電子離開電子槍的一瞬間，它的物質性就從宇宙中消失了，化身為一個純數學性質的機率波在宇宙中通行，最終又以粒子的形式出現在平板上。為什麼它會最終以粒子的形式出現在平板上呢？因為平板本身是一個觀測器，當「我們」去觀測它的時候，它就會出現在那裡給我們看。
John Wheeler說：「如果你想知道量子理論有什麼含義的話，你必須首先知道量子理論在說些什麼東西。」所以請大家務必注意我接下來要說的話。首先，波粒二象性已經告訴我們，一個物質的性質取決於你選擇以什麼方式去「觀測」它（the physical reality of an object depends on how you choose to look at it）。還記得吧？做光電效應的實驗它就表現為粒子形態，做雙縫干涉的實驗它就表現為波的形態。接下來，我再引用一段 Bruce Rosenblum 在其名著《量子謎團》（quantum enigma）中寫的一段話：
物質的機率波（薛丁格的波動方程）所計算出的機率是你在某個特定的位置能夠「觀測到它」的機率。這裡我們必須注意，這個機率不是這個物質此時正在那個位置的機率，而是你能夠在那個位置「觀測到它」的機率。在被你「觀測到」之前，這個物質本身是不存在的（而是處於多重位置的疊加中）。
這也就是波動方程所描述的，當電子離開電子槍的一瞬間，它就從宇宙中消失了，然後又突然出現在平板上，因為你在用平板「觀測」它。正是你「觀測」的這個行為，導致了電子在宇宙中的重新出現。
這樣，我們再來解釋一下延遲選擇實驗。根據量子力學的解釋，我們並不認為電子可以回到過去並且改變過去，因為我們認為在電子被觀測到之前，它根本是不存在的，也就是說，在被你觀測到之前，這個宇宙中並不存在一個有關「這個電子」的過去，因此也就沒什麼好去改變的。真正發生的情況是，在被你觀測到的一瞬間，電子才出現在宇宙中，並且「創造」了一個「符合邏輯」的有關它自己的歷史。
（如果大家覺得這個解釋並不比電子可以回到過去的解釋更容易讓人接受的話，哈哈，我也這麼覺得。）
正是你「觀測」的這個行為，collapse（坍縮）了電子的 super-position，讓電子又以物質的形式出現在了平板上。也就是說，對於世間萬物來說，如果你看（觀測），它就展示出來給你看，如果你不看，它就處於「多重位置的疊加」中，也就是它根本就不以物質的形式存在於宇宙中。換句話說，「observation creates reality，觀測的行為創造現實（以及與之相對應的符合邏輯的歷史）」。
講到這裡我不知道大家是否已經發現，當你「看」的時候，它就出現在那裡給你看，當你「不看」的時候，它就不在那裡。並且當你看的時候，它還會創造出與之相關的歷史給你。這不是完美符合了「虛擬世界論」嗎？
（注意在這篇文章中，我所說的「看」並不是指用眼睛看，而是指「觀測」。一個平板也可以完成觀測的任務，如果必須要人用眼睛看才能坍縮物質的波函數的話，那麼我們的宇宙就毫無疑問是電腦遊戲了。前面我們已經否定了這一假設。）
在電腦程式中，或者說虛擬世界中，如《巫師3》，其中有一個設置叫做「樹葉可見距離」，你可以根據你顯卡的能力來對它進行設置，如果你的顯卡不夠 powerful 的話，你可以把它設置成「低」，這樣你就會發現在遊戲里，你的視角之內就只能看到距離你非常近的地方的樹木和花草，更遠一點的地方（雖然在你視野之內）就沒有樹木和花草了，而當你前進的時候，樹木和花草就會一點一點突然出現在你的視野里。我們很清楚的知道，在電腦遊戲中，所有的物質都是用來給你看的，當你看它的時候，它就出現了（並且會創造與之相關的歷史），當你不看它的時候，或者說當它影響不到你的時候，當你與它之間沒有發生任何相互作用的時候，它根本就是不存在的。如果我們用真實世界論來解釋量子力學的這一結論，我們會發現真的非常困難，但如果我們認為宇宙是一個電腦程式的話，我們會突然發現：它當然應該是這個樣子的！因為所有的電腦程式都是這樣子的呀！
接下來，就讓我們通過一個著名的思想實驗，來更加形象化的理解一下量子力學到底在說些什麼。這個實驗當然就是「薛丁格的貓」。
1935年，薛丁格提出了一個思想實驗，旨在幫助人們意識到量子力學理論的荒謬之處。首先，我們知道任何原子都有一個「半衰期」，假如某原子的半衰期是一小時，那麼就意味著如果我只有一個這種原子的話，那麼在一小時後，它會有 50%的機率發生衰變。並且根據量子力學的理論，這 50%的機率是完全隨機的，即使宇宙本身也不可能提前知道它到底會不會發生衰變。那麼我們又怎麼知道呢？觀測！只有當我們去觀測的時候，我們才會有 50%的機率發現一個衰變了的原子，以及 50%的機率發現一個沒有衰變的原子。在我們觀測之前，這個原子處於既衰變又沒有衰變的「多重狀態的疊加之中。」注意喔！這種多重狀態的疊加是一種真正意義上的疊加，而不僅僅是概念上的疊加 —— 電子可是會同時通過雙縫的！
好了，如果我把這樣一個原子、一個蓋格計數器、一瓶揮發性毒藥以及一隻貓放在一個封閉的盒子裡。當我們觀測的時候！這個原子有50%的機率發生衰變，如果發生了衰變，蓋格計數器就會知道，知道後蓋格計數器會釋放揮發性的毒藥，並且毒死這隻貓。如果沒有發生衰變，那麼蓋格計數器就不會釋放毒藥，貓就不會死。
按照量子力學的理論，在我們「觀測」之前，原子是處於衰變與未衰變的疊加狀態之中，那麼貓也就處於活著和死掉的疊加狀態之中。
好了，那麼薛丁格說，如果我不是立刻打開箱子，而是過了八個小時之後，再打開箱子去看，會發生什麼情況？如果我發現了一隻死貓，那麼我「觀測」的這個行為不僅殺掉了這隻貓，還創造了過去八個小時的歷史 —— 一切關於這隻死貓的歷史；如果我發現的是一隻活著的貓，那麼我「觀測」的這個行為不僅沒有殺掉這隻貓，還創造了過去八個小時，一切關於這隻活著的貓的歷史。薛丁格由此認為，量子力學的理論是不可理喻的！
我們該如何解釋這個問題呢？我在《星際穿越》的影評中寫到愛因斯坦一生都在致力於否定量子力學。量子力學不是說任何東西在被觀測之前都是不存在的嗎？愛因斯坦的回應是：I'd like to think the moon is there, even without looking at it.（我認為月亮應該還在那兒，即便在我沒有盯著它看的時候）。
讓我們就從這個月亮說起。我相信應該沒有人認為當我們不看月亮的時候，月亮就不在那兒了吧？前面我們分析過，觀測並不是指人用肉眼去看，而是一種確定機率的過程。即便我們沒有盯著月亮看，我們也可以感受到月亮的引力，我們還可以接觸到月亮反射過來的太陽光，這一切的一切，都足夠確定月亮的位置了，因此月亮是不可能處於多重位置的疊加中的。也就是說，為什麼你和我，為什麼桌上的電腦與樹上的鳥兒從未處於多重位置的疊加中呢？因為我們無時無刻不在同大量的物質產生著相互作用，我們的位置不斷的在被確定，或者說，不斷的在被「鎖死」，因此我們不可能處於多重位置的疊加中。
這樣我們就可以很輕鬆的解釋薛丁格的貓了。當原子衰變，或者沒有衰變的一瞬間，宇宙就已經確定了貓的死活，並不需要等待八個小時之後才能被確定。因為不管是一隻活貓還是一隻死貓都會不斷與外界進行交互，它是不可能處於生與死的疊加之中的，它的狀態會不斷的被確定。說的更加學術一點，就是我們無法將貓這麼大的宏觀物體與它所處的環境分割開來。換句話說，只要你身處於一個你必須不斷與其發生相互作用的環境中，你的機率就不斷的處於被確定的狀態，你也就不會存在於多重位置的疊加中了。
然而這樣一種理論卻並不一定能夠完整的解釋我們所處的這個世界。前面我們說到，馮·諾依曼認為坍縮電子波函數的只能是「意識」，現在就讓我們本著這種水平的人不會在沒有任何證據的情況下異想天開的心態，來看看他的邏輯到底是什麼樣兒的。
還是以薛丁格的貓為例。我們已經知道了，在被觀測之前，原子本身是處於衰變與未衰變的疊加中。馮·諾依曼通過數學計算得出，在這種情況下，蓋格計數器也會處於釋放毒藥和未釋放毒藥的疊加中，進而貓也會處於死與活的疊加中。馮·諾依曼認為，任何 physical（具有物理性質）的東西，一旦與那個本身處於衰變與未衰變狀態疊加中的原子發生接觸，它也會處於兩種狀態的疊加中。讓我們舉個經典世界中的例子，假設你買了一張彩票，中獎的機率為 50%，那麼在開獎之前，彩票就處於中和沒中的疊加中（只不過這裡是經典世界，所以它只是概念上的疊加，不是真正的疊加，這裡要非常注意，我們舉這個例子只是為了方便大家理解馮·諾依曼的觀點），那麼持有彩票的你呢？便處於了百萬富翁和一貧如洗的疊加中，你心儀的那輛布加迪也處於屬於你和不屬於你的疊加中。也就是說，任何跟這張彩票有關係的東西，都會跟著原子一起，處於兩種狀態的疊加中。那麼什麼東西不具有物理性質呢？馮·諾依曼認為，只有人類的意識是不具有物理性質的，所以只能是人類的意識坍縮了原子的波函數。
好了，我覺得我們已經走的太遠了 …… 我們可以說，在之前對薛丁格的貓的解釋中，其實是有一個前提條件的，就是這個宇宙中確實已經存在了很多宏觀物體，或者很多不處於多重位置疊加中的物體，我們把它們稱為環境。任何處於多重位置疊加的物體只要一碰到它們，就在被觀測了，也就坍縮成實體了。可是它沒有解釋為什麼在一開始，宇宙中會有這些不處於多重位置疊加的物體呀！畢竟我們需要有第一個去「觀測」的東西呀！？
對於這個問題，科學家經常會這樣來形容：如果是蓋格計數器的「觀測」坍縮了原子的多重位置的疊加，又是誰的觀測坍縮了蓋格計數器多重位置的疊加呢？我嗎？那麼又是誰的觀測坍縮了我的狀態呢？因為不管是原子，還是蓋格計數器，還是貓，還是我，都是原子構成的呀！我們並沒有本質的區別。你會發現最後的結論只能是有一個上帝在「觀測」著世間萬物了，才坍縮了我們的波函數。
好了，這個問題我們就討論到這裡吧 …… 因為實在不可能得出任何可以讓人滿意的結論。就連薛丁格自己在提出貓論之後都對物理學喪失了信心，於晚年轉行去研究生物了。順便補充一下，薛丁格晚年對於生物學的研究對於後來人類發現DNA這一里程碑式的事件起到了很大的作用。可見大神就是大神呀！
接下來，我們必須從哲學回到科學中來了，前面我們說到愛因斯坦終其一生都在試圖證明量子力學是錯誤的或者是不完備的。終於在1935年，愛因斯坦認為自己已經找到了量子力學的「阿基里斯之踵」—— 「量子糾纏（quantum entanglement）」。
1935年，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森提出了「EPR悖論」（Einstein-Podolsky-Rosen paradox），在論文中三人論述了如果量子力學是正確的，那麼就會出現這樣一種情況：將任何兩個粒子，例如兩個電子放在一起一段時間，它們就會發生「糾纏 entangled」。然後，如果我們再將這兩個電子分隔開，即便是分別放在宇宙的兩端，那麼如果此時你再去觀測它們的性質 —— 例如自旋方向，如果電子A表現為上旋，那麼電子B必然表現為下旋；如果電子B表現為上旋，那麼電子A必然表現為下旋，即便它們已經被分割在了宇宙的兩端。也就是說，電子A與電子B之間產生了「超距作用」，導致我們對電子A的觀測可以「瞬間」影響到電子B的性質！
由於「超距作用」這種東西在真實世界中是無法想像的，因此愛因斯坦將其稱為「悖論」，愛因斯坦想說的是，要麼量子力學是錯的，要麼宇宙中存在「超距作用」。
這裡我們先簡單的解釋一下什麼是超距作用。我們知道宇宙萬物之間如果想要相互對對方施加影響，那麼必然要對其施加一個力，也就是雙方必須得「接觸到對方」才可以，這一點被科學家稱為「locality」。例如磁鐵，看似是沒有挨著卻產生了作用力，其實是因為磁鐵之間不斷的在交換光子（雙方通過不斷交換光子來接觸對方）。就像我在《星際穿越》的影評中寫的你不能穿牆的原因，是因為組成你手的原子中的電子和組成牆的原子中的電子在交換光子，從而產生了電磁斥力。在這個過程中，雖然你的手和牆並沒有真正接觸到，但是你手上的電子接觸到了牆的電子所發出的光子，牆的電子也接觸到了你手上的電子所發出的光子。也就是說，你和牆之間的相互作用是通過交換光子，也就是電磁力完成的。萬有引力也是一樣，看上去地球和太陽並沒有挨著，但背後的原因是太陽的質量壓彎了其周圍的空間，因此才導致地球由於是在彎曲的空間中運動，因此才繞著太陽轉，才顯得似乎雙方在相互吸引似的，其實太陽本身並沒有對地球施加任何有關引力的影響。（對《相對論》更多的描述在我《星際穿越》的影評中，大家應該都已經看過了，這裡就不贅述了）
但是「量子糾纏」的現象是一種真正的超距作用！即便我們把兩個電子分開在宇宙的兩端，兩個電子之間不會有，也不可能有任何交集，然而我們對電子A的觀測依然會瞬間影響到電子B的性質。在為朋友介紹量子糾纏現象的時候，我總要引用我很喜歡的一位MIT的物理學家在節目中說到量子糾纏現象時的用詞：
「the most mysteries！the most bizarre！」
「它是最神奇的！最匪夷所思的現象！」
有些朋友可能會想，既然兩個發生了糾纏的電子在被觀測的時候一個是上旋，另一個就一定是下旋，那麼會不會兩個電子在發生糾纏之後它們的狀態就已經確定了呢？如果你這樣想了，說明你很聰明！因為愛因斯坦也是這樣想的。愛因斯坦認為，發生糾纏的兩個電子可能就像一雙手套一樣，必定一隻是左手，一隻是右手。因此只要我觀測A時發現它是左手 —— 上旋，那麼我不用看都知道B肯定是右手 —— 下旋，而並不是當我發現A是左手的瞬間，B才（受到我發現A是左手這個信息的影響）變成了右手。如果是這樣的話，那麼也就不存在什麼超距作用了。
在愛因斯坦的年代，科學界並沒有能力通過做實驗的方法搞清楚到底是怎麼回事。然而時至今日，科學界已經做過無數有關「量子糾纏」的實驗（第一個實驗是1982年由法國物理學家 Alain Aspect 所做），證明了愛因斯坦有關手套的比喻是錯誤的，並反覆確認了這種超距作用確實是存在於我們的宇宙中的。
還是一樣，用真實世界論去解釋「量子糾纏」現象 —— 超距作用，是極為困難的。但如果我們用虛擬世界論去解釋，答案就很簡單了。雖然在這個世界中兩個電子可能相隔甚遠，但是在電腦程式中，它們和CPU的距離是一樣的呀！
文章的最後，再讓我們從量子力學之外的角度看一看虛擬世界論。
本來這篇文是以「宇宙大爆炸」理論開篇的，不過由於字數原因，我只能把對於宇宙大爆炸理論的描述放在一篇附文里，它會出現在我的主頁中。這裡我們只能直接給出結論：我們認為宇宙開啟於137億年前的一次大爆炸，在宇宙開啟之前，所有的物質都聚集在一個體積無限小，質量無限大的點裡，這個點被我們稱為 singularity，奇點。隨後 bang 的一聲，宇宙開始不斷膨脹，變成了我們今天看到的這個樣子。不過我們對於奇點是否存在是非常不確定的，但是我們可以確定的是，在宇宙大爆炸之後10的負32次方秒時，當時的宇宙大概只有一粒沙子那麼大。也就是說，我們可以確定的是，整個宇宙至少是從一粒沙子那麼大變成今天這個樣子的。
我希望大家明白，我們的宇宙並不是一直在那裡的，而確實是有一個起點的。這不是很奇怪嗎？現在宇宙中的一切都來自於137年前的一次大爆炸，在那之前，即沒有空間，也沒有時間。那麼是誰開啟了我們的宇宙呢？如果我們秉承「真實世界論」的話，這是一個非常難以理解的問題。用一句科學家們常說的話就是「為什麼宇宙中的一切可以憑空出現？」但如果我們用「虛擬世界論」來解釋的話就很容易理解了，任何電腦程式都需要一個開始？對吧？就像一位MIT的教授在一次節目中說的那樣：如果我們的宇宙是一個程序的話，那麼設計我們這個程序的「它們」所存在的宇宙很可能並不需要一個起點，很可能是一直就在那裡的，這樣的宇宙就合理多了。
除了宇宙大爆炸之外，另一個角度便是我們宇宙中各種參數的數值實在是「被調整的」太過完美。舉個例子，霍金在其名著《時間簡史》中寫到，宇宙大爆炸之後的宇宙膨脹速度如果再稍微大一點點，大多少呢？只需要大上10的18次方分之一，星系便會在成型之前就被撕裂；如果再小一點點 —— 10的18次方分之一，宇宙在星系成型前又已經坍縮。10的18次方分之一這樣的機率是多小呢？就是從地球上所有的沙子中選擇一粒那麼小。在紀錄片中，科學家說了一句非常精彩的話：
10的18次方分之一，宇宙參數就是必須被調整到如此精準的程度，生命才得以存在！（that is how precise that things have to be, for us to be here）。
在物理學界，這樣的例子被統稱為「fine-tuning of the universe宇宙參數的精準調整」。這樣的例子還有很多，如果我們把所有的「精準調整」全部放在一起，那麼物理學家彭羅斯（我在《星際穿越》的影評中寫到過「彭羅斯過程」）曾做過計算，如果我們宇宙中的所有參數都是被隨機挑選的話，那麼生命可以出現在宇宙中的機率將只有10的123次方分之一！這個數字有多大呢？如果我們將宇宙中所有的原子加在一起，也不過是10的80次方那麼多。
這裡我們必須要認識到，雖然小機率的事情也是會發生的，例如中彩票，但是這些東西和我們現在所說的10的123次方分之一根本不在一個數量級上。對於10的123次方分之一這樣的機率，我們絕對不應該將它歸因於純機率因素。那麼我們要如何理解我們的宇宙呢？目前科學界主要有兩種觀點：①多重宇宙論，即除了我們所生活的宇宙之外，還存在著無數的宇宙，每一個宇宙在大爆炸發生後其內部的各種參數都是隨機的，而我們的宇宙剛好隨機到了一套比較合適的參數，所以才有了我們；②虛擬宇宙論，當然就是我們宇宙的參數都是被設計好的，因為它是電腦程式嘛！
講到這裡，我們有關量子力學的旅程就要走到終點了。我們必須清楚，量子力學理論本身是沒有任何問題的，今天我們所用到的一切電子產品的原理都離不開它。量子的謎團來源於對它的解釋。也就是說，我們知道我們做A，B就會發生，但我們無法搞清楚為什麼。目前還沒有任何人可以給量子力學的種種現象一個合理的解釋，因為任何一種解釋都缺乏實驗室證據。這就好像牛頓在發現了萬有引力定律之後並不清楚其背後的原理一樣（直到愛因斯坦廣義相對論的出現）。就讓我們以牛頓的一句名言來結尾吧：
The great ocean of truth lay before me, all undiscovered.
浩瀚的真理之海，等待著我們去發現。
最後給大家推薦一個有關量子力學的視頻，我真的非常喜歡。
P.S.
為什麼我們確信不是探測器干擾了電子的運動軌跡，而是「路徑信息」的獲得坍縮了電子的波函數呢？這一點非常重要，因為如果是後者的話，路徑信息是一種知識，而知識需要有人來「知道」，前文中我們已經排除了我們需要有意識的人來「知道」這一假設，那麼剩下的只能是宇宙本身「知道」。不過即便是這樣，也是非常令人震驚的！
接下來讓我們來看看除了雙縫干涉實驗外，量子力學最大名鼎鼎的實驗 ——「delayed choice quantum eraser」，直譯應該是「延遲選擇量子擦除實驗（出現於1999年）」。如下圖：
可以看出，實驗比較複雜。但是請大家相信我，如果我們願意花些時間認真的搞清楚這個實驗到底說明了什麼問題的話，最後我們一定會覺得這一切都是值得的！
我們的實驗從圖的左上角開始，讓他們看一張放大了的圖：
左邊藍色的部分可以發射一個光子，圖中的A和B就是雙縫干涉實驗中的兩道縫。後面的BBO則可以將這一個光子分割成兩個「已經糾纏了的」光子（也就是光子①的狀態可以瞬間影響光子②的狀態，反之亦然）。
如圖，紅色的細線代表光子通過A縫後的路徑，我們可以看到被BBO分開來的光子①一定會往上面去，光子②則一定會往下面走；同理，淺藍色的線是光子通過B縫後的路徑，同樣是一個往上走，一個往下走。我們會發現，不管是A縫出來的光子還是B縫出來的光子，往上走的那一個都一定會打到平板D0上，對於打到D0上的光子，我們不可能知道它到底是從A過來的還是從B過來的，換句話說，我們無法得知「路徑信息」，也就是說，根據我們前面了解到的雙縫干涉實驗的結果，光子一定是以波的形式通過雙縫，也就是同時通過了A和B，最後打在D0平板上的一定是干涉條紋！
這就是我們這個實驗的精髓部分：如果我們「知道」光子是從A過來的還是從B過來的，那麼它就會表現為粒子形態，最後在平板上打出兩道條紋，如果我們「不知道」光子到底是從A過來的還是從B過來的，那麼它就會表現為波的形態，最後在平板上打出多道干涉條紋！
我們把往上走的，打在D0上的光子叫做光子①，現在讓我們來看看下面這個光子的去向，我們把它稱為光子②。光子②的路徑是下面這條紅色的細線和藍色的細線。我們會發現它要麼打在BSa上，要麼打在BSb上，這兩個BS是一種特殊的裝置，可以使打在BS上的光子有50%的可能性通過它，另外50%的可能性被反彈（也是基於量子力學的理論）。如下圖：
我們發現，如果光子被反彈了，那麼它一定會打到D3或D4上。然而由於裝置擺放的位置，我們可以清晰的通過圖中紅色和藍色的路徑（記住！紅色線是通過A縫光子的路徑；藍色線是通過B縫光子的路徑）發現，如果是打在D3上了，那麼這個光子一定是從B縫通過的，因為只有藍色的路徑可以連通到這裡；同理，如果是打在D4上的光子，一定是從A縫過來的，因為只有紅色的路徑可以連通到這裡。因此，對於打在D3和D4上的光子，我們是「知道」路徑信息的，因為我們知道路徑信息，所以光子必然是以粒子的形式通過的雙縫，因為它只可能從一條縫中過來，因此最後留下的是一道條紋。
這是光子被BSa和BSb反彈的情況，那麼如果通過了BS呢？如上圖，我們發現如果光子通過了BS，就會打到Ma和Mb上，M就是一面鏡子，100%會反彈，反彈之後不管是紅色的，還是藍色的，都會打到BSc上。此時我們注意，如果是紅色的線，也就是從A縫過來的，經過BSc後，要麼（50%機率）被BSc反彈打到D2上，要麼穿過BSc打到D1上；如果是藍色的線，也一樣，經過BSc後，要麼被反彈打到D1上，要麼穿過BSc打到D2上。因此我們可以看到紅色和藍色的線都有可能打到D1和D2上（如圖，和D0的情況一樣，紅色和藍色都可以達到它們）。講到這裡大家應該已經很熟練了：沒錯，既然紅色和藍色的路徑都可以達到D1和D2，也就是對於打到D1和D2上的光子來說，我們「不知道」它到底是從A過來的還是從B過來的，此時它就會以波的形式同時通過雙縫，並在D1和D2上打出多道干涉條紋。
再看一下這張圖：
前面解釋實驗的時候，我說D0由於我不知道光子是從A還是從B過來的，因此它會打出干涉條紋，我這麼說只是為了更方便大家理解實驗，因為D0這裡沒有D1 ~ D4那邊看上去那麼複雜。事實上科學家把D0放在這裡是另有所圖的。之前我們說過，這一次相當於同時發射了兩個「已經發生了糾纏」的光子，一個往上走打到D0，另一個往下走打到D1 ~ D4；我們也知道「量子糾纏效應」意味著光子①的狀態是可以瞬間影響到光子②的狀態的。好了，我們得到的實驗結果是：如果光子②後來是打到了D3和D4上，如圖，D3和D4都是只有一個路徑可以過去的，所以一定是一道條紋，沒有干涉條紋（也就是D3和D4我們是知道「路徑信息」的 —— D3一定來自是B，D4一定來自是A），那麼光子①也一定會在D0上打出一道條紋（以粒子的形式通過雙縫）！沒有干涉條紋！如果光子②是打到了D2或D1上，由於我們不知道路徑信息，所以光子①一定是在D0 上打出干涉條紋。也就是說，不管怎麼樣，光子①永遠和光子②打出一樣的條紋。然而我們發現光子①的路程要比光子②短的多！也就是說，光子①打到D0上的時間是要短於光子②打到D1~D4上的時間的。然而光子①卻永遠打出和光子②一樣的條紋。問題在於，當光子①打到D0上時，光子②還不知道自己是會打到D1、D2上 —— 以波的形式通過雙縫，留下干涉條紋，還是D3、D4上 —— 以粒子的形式通過雙縫，留下一道條紋。在這裡我們很容易會去想：難道光子①可以預知未來？
事實上，這個過程我們可以將它看成是另一種「延遲選擇實驗」。也就是說，當光子②被某種方式「觀測到」的時候，它不僅創造了自己的歷史，也創造了其「同伴」的歷史。雖然在它被觀測之前，它的同伴已經打到了平板上。它再次印證了「觀測的行為創造現實，以及與之相對應的歷史」這一結論。
前面說到過，既然紅色和藍色的路徑都可以達到D1和D2，也就是對於打到D1和D2上的光子來說，我們「不知道」它到底是從A過來的還是從B過來的，此時它就會以波的形式同時通過雙縫，並在D1和D2上打出多道干涉條紋。對於打到D3和D4上的光子，由於我們「知道」它到底是從A過來的還是從B過來的，所以它永遠不會打出干涉條紋。這其中唯一的區別，就在於我們「知道」這個系統是如何工作的！在於我們對於這個系統的「知識」，而知識，是需要有人（宇宙本身）來「知道」的。
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文章來源：時光網
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