本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
为了推翻伟大的艾萨克·牛顿关于光本质的观点的演示，它出奇地简单。英国物理学家托马斯·杨在 1803 年 11 月在伦敦皇家学会成员面前描述现在被称为双缝实验时说，它“可以非常容易地重复进行，只要阳光照射的地方”。杨并没有过分夸张。他提出了一个优雅且绝对朴素的实验来展示光的波动性，并以此驳斥了牛顿关于光是由微粒或粒子组成的理论。
但 20 世纪初量子物理学的诞生清楚地表明，光是由微小的、不可分割的能量单元或量子组成的，我们称之为光子。当用单个光子甚至单个物质粒子（如电子和中子）进行杨氏实验时，这是一个令人困惑的难题，引发了关于现实本质的根本性问题。有些人甚至用它来论证量子世界受到人类意识的影响，赋予我们的思想在宇宙本体论中的能动性和地位。但是，这个简单的实验真的能证明这一点吗？
在现代量子形式中，杨氏实验涉及将单个光或物质粒子束射向切割在不透明屏障上的两个狭缝或开口。屏障的另一侧是一个屏幕，记录粒子的到达（例如，光子情况下的照相底片）。常识告诉我们，光子应该穿过一个或另一个狭缝，并堆积在每个狭缝后面。
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但事实并非如此。相反，它们会到达屏幕的某些部分并避开其他部分，从而形成明暗交替的条纹。这些所谓的干涉条纹，是两组波重叠时产生的那种。当一个波的波峰与另一个波的波峰对齐时，您会得到相长干涉（亮条纹），而当波峰与波谷对齐时，您会得到相消干涉（黑暗）。
但是，在任何时候，只有一个光子通过该装置。就好像每个光子同时穿过两个狭缝并与自身发生干涉一样。这不符合经典意义。
然而，从数学上讲，穿过两个狭缝的不是物理粒子或物理波，而是称为波函数的东西——一个抽象的数学函数，表示光子的状态（在本例中是其位置）。波函数的行为类似于波。它撞击两个狭缝，新的波从另一侧的每个狭缝发出，扩散并最终相互干涉。组合波函数可用于计算可能找到光子的概率。
光子很有可能在两个波函数相长干涉的地方被发现，并且不太可能在相消干涉区域被发现。测量——在本例中是波函数与照相底片的相互作用——被称为“坍缩”波函数。它从测量前分散开来，到在光子在测量时出现的那些位置之一达到峰值。
这种明显的测量引起的波函数坍缩是量子力学中许多概念性困难的根源。在坍缩之前，无法确定光子将落在何处；它可以出现在任何一个非零概率的位置。无法绘制光子从光源到探测器的轨迹。光子不是真实的，就像从旧金山飞往纽约的飞机是真实的一样。
维尔纳·海森堡等人将数学解释为现实在被观察到之前并不存在。“客观真实世界的概念，其最小部分客观地存在，就像石头或树木存在一样，独立于我们是否观察它们……是不可能的，”他写道。约翰·惠勒也使用双缝实验的变体来论证“没有基本量子现象在它成为一个被记录（‘观察到’、‘永久记录’）的现象之前是一个现象。”
但是，量子理论完全不清楚什么是“测量”。它只是假定测量设备必须是经典的，但没有定义经典与量子之间的边界在哪里，从而为那些认为需要调用人类意识才能发生坍缩的人敞开了大门。去年五月，亨利·斯塔普及其同事在本论坛中论证说，双缝实验及其现代变体提供了证据，表明“有意识的观察者对于理解量子领域可能是不可或缺的”，并且存在一个超个人心智作为物质世界的根本。
但是，这些实验并不构成对此类主张的经验证据。在用单光子进行的双缝实验中，人们所能做的只是验证数学的概率预测。如果概率在发送数万个相同的光子通过双缝的过程中得到证实，则该理论声称每个光子的波函数都坍缩了——这要归功于一个定义不清的过程，称为测量。仅此而已。
此外，还有其他解释双缝实验的方法。以德布罗意-玻姆理论为例，该理论认为现实既是波又是粒子。光子始终以确定的位置朝双缝前进，并穿过一个或另一个狭缝；因此，每个光子都有一个轨迹。它骑着一个引导波，该引导波穿过两个狭缝，发生干涉，然后将光子引导到相长干涉的位置。
1979 年，伦敦伯贝克学院的克里斯·杜德尼及其同事模拟了该理论对粒子穿过双缝轨迹的预测。在过去的十年中，实验学家们已经验证了这些轨迹的存在，尽管使用了称为弱测量的有争议技术。尽管存在争议，但实验表明，德布罗意-玻姆理论仍然是量子世界行为解释的有力竞争者。
至关重要的是，该理论不需要观察者或测量或非物质意识。
所谓的坍缩理论也不需要，该理论认为波函数是随机坍缩的：量子系统中粒子数量越多，坍缩的可能性就越大。观察者只是发现结果。马库斯·阿恩特的研究小组在奥地利维也纳大学一直在通过双缝发送越来越大的分子来测试这些理论。坍缩理论预测，当物质粒子的质量超过某个阈值时，它们无法保持同时穿过两个狭缝的量子叠加态，这将破坏干涉图案。阿恩特的研究小组已经将含有 800 多个原子的分子通过了双缝，他们仍然看到了干涉。对阈值的搜索仍在继续。
罗杰·彭罗斯有他自己的坍缩理论版本，其中叠加态物体的质量越大，它坍缩到一种状态或另一种状态的速度就越快，这是因为引力不稳定性。同样，这是一个与观察者无关的理论。不需要意识。加州大学圣巴巴拉分校的德克·布梅斯特正在用双缝实验的一个版本测试彭罗斯的想法。
从概念上讲，这个想法不仅是将光子置于同时穿过两个狭缝的叠加态，而且还将其中一个狭缝置于同时位于两个位置的叠加态。根据彭罗斯的说法，在光子飞行过程中，位移的狭缝将保持叠加态或坍缩，从而导致不同类型的干涉图案。坍缩将取决于狭缝的质量。布梅斯特已经在这个实验上工作了十年，可能很快就能验证或驳斥彭罗斯的说法。
如果说这些实验没有别的意义，那就是它们表明我们还不能对现实的本质做出任何声明，即使这些声明在数学或哲学上都很有道理。鉴于神经科学家和心智哲学家对意识的本质没有达成一致，关于意识会坍缩波函数的说法充其量是为时过早，最坏的情况是具有误导性和错误的。