推翻偉大科學家艾薩克·牛頓對光的本質(zhì)的觀點只需要一個演示，而且這個演示還非常簡單。1803年11月，英國物理學家托馬斯·楊(Thomas Young)在倫敦對英國皇家學會(Royal Society)的成員們說，“無論在哪里，只要有陽光，這個演示都可以非常輕松地重現(xiàn)?！睏町敃r描述的是現(xiàn)在被稱為雙縫實驗的東西，他并沒有過分夸張。他提出了一個優(yōu)雅、明確且樸素的實驗來展示光的波狀性質(zhì)，并以此反駁了牛頓的光是由微?；蛄Ｗ訕嫵傻睦碚?。
但20世紀初量子物理學的誕生清楚地表明，光是由微小的、不可分割的單位，即能量量子構成的，我們稱之為光子。當用單個光子或甚至單個物質(zhì)粒子(如電子和中子)進行楊的實驗時，這都會是一個難以理解的難題，它引出了關于現(xiàn)實本質(zhì)的基本問題。有些人甚至用它來論證量子世界是受人類意識影響的，這在宇宙本體論中讓我們的大腦在其中有了一個中點站和位置。但這個簡單的實驗真的能證明這一點嗎?
在現(xiàn)代的量子形式中，楊的實驗涉及到將單個的光粒子或物質(zhì)通過光束的形式發(fā)射到有兩條裂縫或兩個切割開口的不透明屏障，在屏障的另一邊是一個記錄粒子到達的屏幕(比如，光子的感光板)。常識告訴我們光子應該穿過一個狹縫或者另一個狹縫，然后在每個狹縫后面堆積起來。但是它們沒有，相反，它們會進入屏幕的某些部分，而避開其他部分，形成光和暗交替的波段。這些所謂的干涉條紋，會在兩組波重疊時產(chǎn)生。當一個波的波峰與另一個波的波峰重合時，你會得到建設性的干涉(亮帶)，當波峰與波谷重合時，你會得到破壞性的干涉(暗帶)。
但是在任何時候都只有一個光子穿過儀器，就好像每個光子同時穿過了兩條狹縫并與自身干涉一樣，這是不合常理的。
然而，從數(shù)學上講，通過這兩個狹縫的不是物理粒子或物理波，而是一種稱為波函數(shù)的東西——一種抽象的數(shù)學函數(shù)，它代表光子的狀態(tài)(在現(xiàn)在這種情況則中是它的位置)。波函數(shù)就像波一樣。它撞擊兩個狹縫，新的波則從另一邊的兩條狹縫發(fā)出，擴散并最終相互干擾。組合波函數(shù)可以用來計算可能在哪里找到光子的概率。
光子很有可能在兩個波函數(shù)波峰干涉的地方被發(fā)現(xiàn)，而且不太可能在波谷干涉的區(qū)域被發(fā)現(xiàn)。而記錄粒子屏幕的測量——在這種情況下則是波函數(shù)與照相底板的相互作用——被認為會使波函數(shù)“坍縮”，它在測量前被傳播開來，在測量時會在光子出現(xiàn)的某個地方達到峰值。
波函數(shù)的這種明顯由測量引起的坍縮是量子力學許多概念難題的根源。在坍塌之前，沒有辦法確定光子會落在哪里;因為它可以出現(xiàn)在任何非零概率的地方。無法繪制光子從源頭到探測器的軌跡。光子并不是真實的，不像從舊金山飛往紐約的飛機那樣真實。Werner Heisenberg等人將數(shù)學解釋為：只有被人類觀察到，現(xiàn)實才存在。“客觀真實世界的最小部分就像石頭或樹一樣是客觀存在的，不管我們是否觀察到它們……這是不可能，”他寫道。約翰·惠勒(John Wheeler)也用了雙縫實驗的一個變體來論證：“沒有一個基本量子現(xiàn)象是一種現(xiàn)象，直到它成為一種被記錄下來(被觀察到、不可磨滅地記錄)的現(xiàn)象。”
但是量子理論完全不清楚什么是構成了這種“測量”。它只是簡單地假設測量設備必須是經(jīng)典的，而沒有定義經(jīng)典與量子之間的界限在哪里，因此為那些認為導致坍縮需要人類意識參與的人敞開了大門。去年5月，亨利·斯塔普(Henry Stapp)和他的同事在論壇上提出，雙縫實驗及其現(xiàn)代變體提供了證據(jù)，證明想要理解量子領域，那么“有意識的觀察者可能是不可或缺的”，超個人意識是物質(zhì)世界的基礎。
但這些實驗并不能作為這種說法的經(jīng)驗證據(jù)。在單光子的雙縫實驗中，我們所能做的就是驗證數(shù)學的概率預測。如果這些預測在通過雙縫發(fā)送數(shù)萬個相同光子的過程中得到證實，該理論宣稱，由于一種被稱為測量的不明確過程，每個光子的波函數(shù)都會崩潰。
此外，還有其他解釋雙縫實驗的方法。以德布羅格利-玻姆理論為例，該理論認為現(xiàn)實既是波也是粒子。光子始終以確切的位置朝向雙縫，并穿過一條縫或另一條縫;所以每個光子都有一個軌道，光子利用導波，導波穿過兩個狹縫，干涉然后引導光子到一個有建設性干涉位置。
1979年，倫敦伯克貝克學院的Chris Dewdney和他的同事模擬了該理論對粒子通過雙縫軌跡的預測。在過去的十年里，實驗者們已經(jīng)證實了這種軌跡的存在，盡管他們使用了一種有爭議的技術——弱測量。盡管存在爭議，但實驗表明德布羅格里玻姆理論仍然是量子世界行為的一種解釋。最重要的是，這個理論不需要觀察者、測量或者非物質(zhì)意識。
所謂的坍縮理論也一樣，這種理論認為波函數(shù)是隨機坍縮的：量子系統(tǒng)中粒子的數(shù)量越多，坍塌的可能性就越大。觀察者僅僅發(fā)現(xiàn)了結果。馬庫斯·阿恩特(Markus Arndt)在奧地利維也納大學(University of Vienna)的團隊一直在往雙縫發(fā)送越來越大的分子來測試這些理論。坍縮理論預測，當物質(zhì)的粒子變得比某個閾值更大時，它們就不能保持可以在時穿過兩條縫的量子疊加狀態(tài)，這將破壞干涉圖樣。Arndt的團隊已經(jīng)通過雙縫發(fā)送了超過800個原子的分子，他們?nèi)匀豢吹搅烁缮娴默F(xiàn)象，對這個閾值的搜索仍在繼續(xù)。
羅杰·彭羅斯(Roger Penrose)有他自己的坍縮理論，在這種理論中，由于引力不穩(wěn)定，疊加狀態(tài)中的物體的質(zhì)量越重，就會越快坍縮到一種狀態(tài)或另一種狀態(tài)。再次說明，這是一個獨立于觀察者的理論，并沒有意識的參與。加州大學圣巴巴拉分校的Dirk Bouwmeester正在用雙縫實驗的一個版本來測試彭羅斯的想法。
從概念上講，這個想法不僅僅是把一個光子置于可以同時穿過雙縫的疊加狀態(tài)中，而且還把一個狹縫置于兩個同時存在的位置的疊加狀態(tài)中。據(jù)彭羅斯說，在光子飛行時，移位的狹縫要么保持疊加狀態(tài)，要么坍塌，兩種結果都會導致不同類型的干涉模式。坍塌將取決于裂縫的質(zhì)量。Bouwmeester從事這項實驗已有十年之久，也許很快就能證實或駁斥彭羅斯的說法。
如果沒有別的情況發(fā)生的話，這些實驗將表明，我們還不能對現(xiàn)實的本質(zhì)提出任何主張，即使這些主張在數(shù)學或哲學上具有充分動機?？紤]到神經(jīng)科學家和精神哲學家不同意意識的本質(zhì)，在最好的情況下，主張認為意識的本質(zhì)破壞了波的功能是不成熟的，在最壞的情況下，則可以是誤導的和錯誤的。
