作者： Rachel Thomas
翻譯：Nothing
審校: Nuor
一棵樹倒在樹林里，假如沒有人在那聽著，樹倒下時會有聲音嗎？事物只有在被感知時才存在嗎？物理學(xué)能告訴我們什么是現(xiàn)實嗎？這些都是物理學(xué)和哲學(xué)中最艱深的問題，人們爭論了幾十上百年，至今仍然沒有答案。有人甚至懷疑這些問題是否能得到解答，但有一位物理學(xué)家敢于嘗試：他就是約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler）。 存在從何而來？
約翰·阿奇博爾德·惠勒（右）與同事埃克哈德·米爾克
惠勒（1911-2008）是物理學(xué)界的傳奇人物。他與尼爾斯·玻爾合作解釋核裂變，在洛斯阿拉莫斯研究氫彈，并教過許多著名物理學(xué)家，包括理查德·費曼、基普·索恩和休·埃弗雷特。他是現(xiàn)代廣義相對論之父，是加深對黑洞理解的關(guān)鍵人物，事實上，他推廣了“黑洞”一詞，并創(chuàng)造了許多其他詞匯，包括“蟲洞”和“量子泡沫”。
惠勒把他漫長而成果豐碩的物理學(xué)生涯分為三個時期：“一切都是粒子”，“一切都是場”，“一切都是信息”。第三個時期的思想是由他對古老問題的思考所激發(fā)的：“存在從何而來？”他的答案是：存在來自于比特，1989年他將這一結(jié)果發(fā)表在一篇很好的論文中。
沒有問題？沒有答案！
惠勒的“存在來自于比特”的概念意味著物理學(xué)，特別是量子物理學(xué)，并不是為了解釋存在，而只是我們對所觀察到的東西的最佳描述。沒有“量子世界”，只有我們對事物如何呈現(xiàn)在我們面前的最好描述。正如量子理論的奠基人之一尼爾斯·玻爾所說：“如果你認為物理學(xué)的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)自然界的本質(zhì)，那你就錯了。物理學(xué)關(guān)心的是對于自然我們可以說什么。”
安東·齊林格是維也納大學(xué)的物理學(xué)教授。
量子光學(xué)與量子信息研究所所長安東·齊林格（Anton Zeilinger）解釋說：“我對‘存在來自于比特’的解釋是，為了定義現(xiàn)實，人們必須考慮到信息的作用：主要原因是我們在科學(xué)中所做的一切都是基于我們以任何方式接收來自于自然的信息?！?/span>
但我們能更深入么？我們能說現(xiàn)實就是信息嗎？它們是同一種事物嗎？齊林格并不這么認為：“不，我們【需要】現(xiàn)實和信息這兩個概念。但在基礎(chǔ)上嚴格區(qū)分這兩個概念是非常困難的，也許這告訴了我們更多的東西，相反，我們需要同時考慮現(xiàn)實和信息，兩者之間會相互影響。”
也許答案將類似于愛因斯坦一個世紀前提出的偉大的觀點，當時他表明你不能區(qū)分空間和時間，相反，它們是一個更寬泛的概念的一部分：時空。類似的，也許我們需要一個既包含現(xiàn)實又包含信息的新概念，而不是一定要將他們區(qū)分開。
觀察宇宙的行為創(chuàng)造了它嗎？
“存在于比特”的一個明顯結(jié)果是要考慮觀察者的重要性：現(xiàn)實需要一個觀察者?！拔艺J為惠勒非常激進，”齊林格說，“他談到了參與者的宇宙，在那里，觀察者不僅進行觀察，而且在某些情況下，觀察者使現(xiàn)實發(fā)生。”
在觀察量子粒子（如盒子中的單個粒子）之前，它處于疊加狀態(tài)，同時處于盒子中的多個不同位置。我們所知道的（根據(jù)薛定諤方程的解）就是我們在這些位置中找到粒子的概率。但是當我們進行測量時，我們只會在一個位置找到粒子。量子物理學(xué)并沒有如實地描述現(xiàn)實，現(xiàn)實是被觀察者所感知的。它根本無法回答諸如“粒子在沒有被觀測時處于什么狀態(tài)？”這類問題。
但惠勒更進一步地說，我們只能通過觀察來描述現(xiàn)實?！安恢谷绱耍饼R林格說?！八赡軙f，除了可以觀察到的，不存在任何現(xiàn)實。我不知道這是不是真的，但我喜歡這種方法的極端性。”
這個想法可能是激進的，但在哲學(xué)上并不新鮮。早在1710年，哲學(xué)家喬治·伯克利就曾寫道：“現(xiàn)實意味著被感知?！薄拔也恢阑堇帐欠駮吣敲催h?！饼R林格說。相反，他認為惠勒相信，仔細分析什么是信息，信息意味著什么，可以教會我們關(guān)于現(xiàn)實的知識。
無知的海岸
“我們住在一個被無知之海包圍的島上。隨著我們知識之島的增長，我們無知的海岸也在增長。”—約翰·惠勒，摘自《科學(xué)美國人》（1992），第267卷
惠勒關(guān)于“一切源于比特”的猜想對于研究現(xiàn)代量子力學(xué)中信息的作用起到很大幫助。它給了理論家、哲學(xué)家和實驗家新的途徑去探索幾十年來挑戰(zhàn)量子物理學(xué)家的問題。
觀察者在量子力學(xué)中的角色眾說紛紜。而且一個參與者的世界會帶來更多的問題，例如：什么是觀察者？大多數(shù)物理學(xué)家都同意，觀察者不必是人，甚至不必是有意識的。測量和觀測可以發(fā)生在無生命的儀器中：例如，照相膠片記錄光子的存在。但是，如果是觀察使現(xiàn)實發(fā)生，為什么那么多觀察者都看到相同的宇宙?
如果惠勒是正確的，而現(xiàn)實是基于對是或否這樣的問題的回答，那么理解測量是如何產(chǎn)生的非常重要。但什么是衡量標準？這在經(jīng)典物理學(xué)中是一個直截了當?shù)膯栴}：它是用某種設(shè)備記錄物理空間中發(fā)生的事情。問題“物體是否位于x點，是或否？”不管觀察結(jié)果如何都有答案。但是在量子物理學(xué)中，正如我們在上面看到的盒子里的量子粒子的例子，測量帶來了很多困難。當我們進行一個測量時會發(fā)生什么，什么構(gòu)成了一個測量，這個問題仍然有存在爭論。
但惠勒認為，在測量之前談?wù)摤F(xiàn)實是沒有意義的：“你無法感知過去，只有現(xiàn)在有記錄。”例如，在雙縫實驗中，無論是標準版還是惠勒的延遲選擇實驗，光子都將扮演波或粒子的角色，這取決于你如何決定去測量它。在你測量之前問它處于什么狀態(tài)是沒有意義的。
雙狹縫實驗：上圖顯示了波通過狹縫時產(chǎn)生的干涉圖樣，中間的圖片顯示了粒子通過狹縫發(fā)射時的預(yù)期效果，下圖顯示了粒子（如電子）通過狹縫發(fā)射時的實際情況。
惠勒的想法不僅使量子物理學(xué)的理論方面受益。齊林格是實驗物理學(xué)家，他說惠勒的“存在來自于比特”的觀點對他和他的同事設(shè)計實驗的想法產(chǎn)生了影響。
“他對量子力學(xué)的發(fā)展提出了巨大的挑戰(zhàn)，這一挑戰(zhàn)非常重要，”齊林格說?！霸谀承┓矫?，他的想法可能會被證明過于激進—現(xiàn)在下結(jié)論還為時過早。但這是科學(xué)進步的過程！在科學(xué)上，有時需要采取激進的立場。當這些立場受到挑戰(zhàn)，我們就能發(fā)現(xiàn)一個人能走多遠，這就是進步。這就是科學(xué)的運作方式。”
