本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
為了推翻偉大的艾薩克·牛頓關於光本質的觀點的演示，它出奇地簡單。英國物理學家托馬斯·楊在 1803 年 11 月在倫敦皇家學會成員面前描述現在被稱為雙縫實驗時說，它“可以非常容易地重複進行，只要陽光照射的地方”。楊並沒有過分誇張。他提出了一個優雅且絕對樸素的實驗來展示光的波動性，並以此駁斥了牛頓關於光是由微粒或粒子組成的理論。
但 20 世紀初量子物理學的誕生清楚地表明，光是由微小的、不可分割的能量單元或量子組成的，我們稱之為光子。當用單個光子甚至單個物質粒子（如電子和中子）進行楊氏實驗時，這是一個令人困惑的難題，引發了關於現實本質的根本性問題。有些人甚至用它來論證量子世界受到人類意識的影響，賦予我們的思想在宇宙本體論中的能動性和地位。但是，這個簡單的實驗真的能證明這一點嗎？
在現代量子形式中，楊氏實驗涉及將單個光或物質粒子束射向切割在不透明屏障上的兩個狹縫或開口。屏障的另一側是一個螢幕，記錄粒子的到達（例如，光子情況下的照相底片）。常識告訴我們，光子應該穿過一個或另一個狹縫，並堆積在每個狹縫後面。
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但事實並非如此。相反，它們會到達螢幕的某些部分並避開其他部分，從而形成明暗交替的條紋。這些所謂的干涉條紋，是兩組波重疊時產生的那種。當一個波的波峰與另一個波的波峰對齊時，您會得到相長干涉（亮條紋），而當波峰與波谷對齊時，您會得到相消干涉（黑暗）。
但是，在任何時候，只有一個光子透過該裝置。就好像每個光子同時穿過兩個狹縫並與自身發生干涉一樣。這不符合經典意義。
然而，從數學上講，穿過兩個狹縫的不是物理粒子或物理波，而是稱為波函式的東西——一個抽象的數學函式，表示光子的狀態（在本例中是其位置）。波函式的行為類似於波。它撞擊兩個狹縫，新的波從另一側的每個狹縫發出，擴散並最終相互干涉。組合波函式可用於計算可能找到光子的機率。
光子很有可能在兩個波函式相長干涉的地方被發現，並且不太可能在相消干涉區域被發現。測量——在本例中是波函式與照相底片的相互作用——被稱為“坍縮”波函式。它從測量前分散開來，到在光子在測量時出現的那些位置之一達到峰值。
這種明顯的測量引起的波函式坍縮是量子力學中許多概念性困難的根源。在坍縮之前，無法確定光子將落在何處；它可以出現在任何一個非零機率的位置。無法繪製光子從光源到探測器的軌跡。光子不是真實的，就像從舊金山飛往紐約的飛機是真實的一樣。
維爾納·海森堡等人將數學解釋為現實在被觀察到之前並不存在。“客觀真實世界的概念，其最小部分客觀地存在，就像石頭或樹木存在一樣，獨立於我們是否觀察它們……是不可能的，”他寫道。約翰·惠勒也使用雙縫實驗的變體來論證“沒有基本量子現象在它成為一個被記錄（‘觀察到’、‘永久記錄’）的現象之前是一個現象。”
但是，量子理論完全不清楚什麼是“測量”。它只是假定測量裝置必須是經典的，但沒有定義經典與量子之間的邊界在哪裡，從而為那些認為需要呼叫人類意識才能發生坍縮的人敞開了大門。去年五月，亨利·斯塔普及其同事在本論壇中論證說，雙縫實驗及其現代變體提供了證據，表明“有意識的觀察者對於理解量子領域可能是不可或缺的”，並且存在一個超個人心智作為物質世界的根本。
但是，這些實驗並不構成對此類主張的經驗證據。在用單光子進行的雙縫實驗中，人們所能做的只是驗證數學的機率預測。如果機率在傳送數萬個相同的光子透過雙縫的過程中得到證實，則該理論聲稱每個光子的波函式都坍縮了——這要歸功於一個定義不清的過程，稱為測量。僅此而已。
此外，還有其他解釋雙縫實驗的方法。以德布羅意-玻姆理論為例，該理論認為現實既是波又是粒子。光子始終以確定的位置朝雙縫前進，並穿過一個或另一個狹縫；因此，每個光子都有一個軌跡。它騎著一個引導波，該引導波穿過兩個狹縫，發生干涉，然後將光子引導到相長干涉的位置。
1979 年，倫敦伯貝克學院的克里斯·杜德尼及其同事模擬了該理論對粒子穿過雙縫軌跡的預測。在過去的十年中，實驗學家們已經驗證了這些軌跡的存在，儘管使用了稱為弱測量的有爭議技術。儘管存在爭議，但實驗表明，德布羅意-玻姆理論仍然是量子世界行為解釋的有力競爭者。
至關重要的是，該理論不需要觀察者或測量或非物質意識。
所謂的坍縮理論也不需要，該理論認為波函式是隨機坍縮的：量子系統中粒子數量越多，坍縮的可能性就越大。觀察者只是發現結果。馬庫斯·阿恩特的研究小組在奧地利維也納大學一直在透過雙縫傳送越來越大的分子來測試這些理論。坍縮理論預測，當物質粒子的質量超過某個閾值時，它們無法保持同時穿過兩個狹縫的量子疊加態，這將破壞干涉圖案。阿恩特的研究小組已經將含有 800 多個原子的分子通過了雙縫，他們仍然看到了干涉。對閾值的搜尋仍在繼續。
羅傑·彭羅斯有他自己的坍縮理論版本，其中疊加態物體的質量越大，它坍縮到一種狀態或另一種狀態的速度就越快，這是因為引力不穩定性。同樣，這是一個與觀察者無關的理論。不需要意識。加州大學聖巴巴拉分校的德克·布梅斯特正在用雙縫實驗的一個版本測試彭羅斯的想法。
從概念上講，這個想法不僅是將光子置於同時穿過兩個狹縫的疊加態，而且還將其中一個狹縫置於同時位於兩個位置的疊加態。根據彭羅斯的說法，在光子飛行過程中，位移的狹縫將保持疊加態或坍縮，從而導致不同型別的干涉圖案。坍縮將取決於狹縫的質量。布梅斯特已經在這個實驗上工作了十年，可能很快就能驗證或駁斥彭羅斯的說法。
如果說這些實驗沒有別的意義，那就是它們表明我們還不能對現實的本質做出任何宣告，即使這些宣告在數學或哲學上都很有道理。鑑於神經科學家和心智哲學家對意識的本質沒有達成一致，關於意識會坍縮波函式的說法充其量是為時過早，最壞的情況是具有誤導性和錯誤的。