我们的物理现实是否客观存在？

科学长期以来假定物理现实是客观存在的，独立于任何观察者。然而，20世纪的两大科学革命——相对论和量子力学，从根本上挑战了这一观念。相对论揭示了时间和空间并非绝对，而是与观察者的运动状态和引力场相关。量子力学则更进一步，表明测量行为本身会影响被测系统，导致现实无法与观察行为完全分离。因此，是否存在一个完全独立于我们观察的“客观”宇宙，至今仍是一个悬而未决的物理学和哲学问题。

客观实在的传统观念

这个核心思想很简单：现实是独立存在的，无论是否有人或事物在观察它。在传统科学观念中，一个粒子的固有属性，比如质量和电荷，是不会改变的，无论：

• 谁在测量它
• 测量者身在何处
• 测量者运动多快
• 测量哪个属性
• 用什么方法测量

从伽利略、牛顿到法拉第和麦克斯韦，物理学的发展似乎都印证了这一点。万有引力定律在地球和遥远的星系看起来完全一样。两个不同的人测量同一个物体的运动，总能得到相同的答案。这是一个基础性的科学假设：事物的“真实性”与其是否被观察或如何被观察完全无关。

相对论的挑战

然而，随着长度收缩和时间膨胀等现象的发现，情况开始变得复杂，并最终催生了爱因斯坦的相对论。

经典物理学认为，不同观察者可以通过简单的速度换算来统一彼此的测量结果。但当涉及光速时，这个方法失效了。一个颠覆性的事实是：任何观察者测量到的光速都是完全相同的，即 c (约每秒30万公里)。

突然之间，像空间和时间这样的概念不再是现实的客观组成部分，而仅仅是相对于观察者而存在的。

一个著名的思想实验是“光子钟”。对于静止的观察者来说，运动中的光子钟会走得更慢。反之，对于运动中的人来说，他们自己的钟是正常的，而静止世界的钟则显得更慢。这表明，时间流逝的速度取决于你的运动状态。

同样，引力也会影响时空。物质和能量的存在会扭曲时空，这就是为什么光线经过大质量天体时会弯曲，为什么靠近黑洞时时间会变慢。空间和时间可能是真实的，但它们并非客观统一，而是相对于每个独立的观察者而言。

量子物理学的颠覆

在量子领域，情况变得更加违反直觉。实验的结果不仅取决于你是否测量，还取决于你如何测量。

以著名的双缝实验为例：

• 当你将大量电子射向一块有两条缝隙的挡板时，它们并不会在后面的墙上形成两个堆积，而是形成一个类似波的干涉图样。
• 即使你一次只发射一个电子，这个干涉图样最终还是会形成。
• 但最奇怪的是，一旦你试图测量每个电子究竟穿过了哪条缝隙，干涉图样就消失了，只剩下两个简单的堆积。

观察行为本身，即让一个量子粒子与另一个量子发生相互作用，改变了量子系统的行为。

另一个例子是测量粒子的自旋。如果你用一个垂直方向的磁铁去测量粒子，它会向上或向下偏转。但如果你在这之后增加一个水平方向的磁铁，再接着一个垂直方向的磁铁，结果会怎样？

• 水平磁铁会把粒子束分成向左和向右两部分。
• 当这些粒子再通过最后的垂直磁铁时，它们又会重新分裂成向上和向下的两束。

这说明，进行“水平”方向的测量摧毁了之前获得的“垂直”方向的信息。宇宙中发生的真实结果，似乎无法与谁在测量以及如何测量分离开来。

科学的目标是准确地描述我们所居住的宇宙，而非解释它。我们目前可以用同样有效的方式来描述物理现象，无论我们是否假设存在一个独立于观察者的客观现实。最终，是否愿意相信“客观实在”这个在物理上非必需、但在哲学上令人满意的概念，取决于我们每个人的选择。