科技 | 再谈量子力学的哲学诠释

 文 | HW君 


0. 正本清源说量子

我之前在《科技 | 量子力学的简要阐述》一文中有梳理过「量子力学」的一些常见知识点,但那篇文章其实仅是我的一篇笔记,稍显凌乱,不够通俗易懂。

此篇则再尝试通俗易懂地谈谈有关「量子力学」的一些关键点。

我本人并非物理学专家,对于「量子力学」的主要了解来源于哈佛大学物理学博士王孟源的个人博客(外网)

王孟源的部落格

http://blog.udn.com/MengyuanWang/article

迄今为止我读过多篇关于「量子力学」的文章,其中不乏充斥着胡说八道的内容,而目前王孟源先生的观点最令我信服。

但这也不意味着我可以保证他的观点百分百没有错,只是在有新的更具说服力的观点出现之前,我选择相信王孟源先生。

本篇侧重于重新梳理几个常见的发生误解的点,让各位对于「量子力学」有个直观的概念,或在阅读其他文章时可以避免踩坑。

 

1. 事实、数学与诠释

我们需要清楚地分辨出三种不同的概念,「事实」「数学」与「诠释」。

量子力学的「事实」是指涉及量子实体的经验事实,也就是在这个世界上发生着的事实,包括一系列有关电子、中子、质子、光子等的实验结果,也包括著名的双缝干涉之类的实验。

在这些实验中,量子实体在被探测的时候表现出粒子的特点,在没有被探测的时候,表现为波的特点。

对于这部分关于量子力学的事实,是不存在争议的。

量子力学的「数学」是一个波动方程式,它是一个常见的微分方程,唯一特别的是它给出的预言是概率性的。

如果我们预言一个从桌面上掉落下来的杯子,普通数学计算可以给我们一个确定的预言,但相比之下用量子力学的数学来预言一个电子的位置,数学计算的结果会告诉我们不同位置探测到电子的概率是多少。

对于量子力学的数学运用上,同样是不存在争议的,无数实验都验证了量子力学的波动方程式的准确性。

真正产生分歧的,是对量子力学数学做出的「诠释」,所谓的诠释就是如何将数学方程式与这个世界联系起来。

这里就引出了今天要讲的第一个混淆。

一个物理学家,他可以在完全不懂量子力学的「诠释」的情况,而能够精通量子力学的「数学」,并复现出量子力学的实验「事实」。

我们可以做一个比喻,就像牛顿精通「牛顿力学」的「数学」,很好地预言了「牛顿力学」里天体运动的「事实」。

但牛顿自己对于「牛顿力学」的「诠释」是错误的,他认为是「牛顿力学」的背后是上帝的意志在指引。

 

2. 哥本哈根诠释

这里我们引出第二个经常产生误解的概念。

「哥本哈根学派」与「哥本哈根诠释」是完全不同的概念。

「哥本哈根学派」是一个产生了许多物理学大师的学派,其在量子力学的「事实」和「数学」上的研究卓有成就。

而「哥本哈根诠释」是一种错误的量子力学的「诠释」,早已过时。

哥本哈根诠释」也被称为「标准诠释」,这一名称的误用简直误导了无数人。

其主要观点便是「现实依赖于测量」以及「量子具有随机性」。

「现实依赖于测量」是导致了一系列错误「唯心」思想的根源。

「量子具有随机性」则是一些著名的争论的起源。

 

3. 薛定谔的猫

薛定谔的猫」是一个想象中的思想实验,在这个世界里从来就不存在的。

其背景就是,「哥本哈根诠释」提出了「现实依赖于测量」和「量子具有随机性」后,薛定谔为了反驳这一诠释,才提出了「薛定谔的猫」这一离奇古怪的思想实验。

薛定谔的意思是,如果「哥本哈根诠释」成立,那么这个世界上就会出现「薛定谔的猫」这样离奇古怪的情况,所以薛定谔反驳了「哥本哈根诠释」,认为其是错误的。

但后来很多人却以为「薛定谔的猫」是存在的。

 

4. 上帝不掷骰子

因为「哥本哈根诠释」提出了「量子具有随机性」,爱因斯坦不承认这一说法,所以才说了「上帝不掷骰子」这句经典的话。

爱因斯坦认为量子力学的数学不完整,还缺乏一个隐藏的变量,只要找到这一隐变量,那么量子力学就没有随机性了。

爱因斯坦因此提出了「爱因斯坦实在论」,而这一理论后来已经不能适应新的量子力学实验事实,而被否定掉。

而大卫·玻姆提出的「玻姆实在论」也是一种有隐藏的变量的诠释,其理论符合实验事实,但其需要接受「超光速作用」,与爱因斯坦的相对论有了矛盾。

 

5. 上帝不使用心灵感应

爱因斯坦除了说过「上帝不掷骰子」之外,还有另外一句名言「上帝不使用心理感应」。

前者即是量子力学表现出来的「随机性」特点,后者是量子力学表现出来的「域性」特点。

注意这是两个不同的特点,许多人将它们混为一谈,也就造成了另外的一些误解。

EPR实验、贝尔不等式、阿斯派特克实验都是关于「非定域性」的实验,而非「随机性」的实验。

所谓的「定域性」有两种,一种是「爱因斯坦定域性」,另一种是「信息定域性」。

量子纠缠违反了前一种定域性,但没有违反后一种定域性。

也就是说量子纠缠的确存在超光速作用,但这种作用不能用来传输信息,也就是「不能使用心灵感应」。

因此目前市面上的所有「量子通信」都不是用到量子纠缠,而只是用量子力学「看起来」的「随机性」作为加密的密钥。

 

6. 贝尔不等式

贝尔不等式」也是一大混乱误解的重灾区。

贝尔不等式」是与量子力学「非定域性」有关的实验,而不是跟「随机性」有关的实验。

贝尔不等式」被违反了,只能证明了超光速作用的存在,也就是量子力学的「非定域性」。

而证明了超光速作用的存在,则证明了爱因斯坦的相对论存在缺陷。

关键的还有,「贝尔不等式」和「哥本哈根诠释」没有任何关系。

贝尔不等式」的争论点在「非定域性」,而「哥本哈根诠释」的争论点在「随机性」。

许多人说「贝尔不等式」被违反了,所以论证得出「哥本哈根诠释」是正确的,这简直是一派胡言。

 

7. 非随机性与非定域性

总结一下,量子力学是「非随机性」和「非定域性」的。

其中前者「非随机性」是因为量子力学存在一个隐藏的变量,所以表现出「随机性」。

错误的「哥本哈根诠释」因为忽视了这个隐变量,所以变得「唯心」起来。

目前市面上我们认为最优的诠释是「玻姆诠释」,可以叫「玻姆实在论」或「德布罗意-玻姆理论」。

而量子力学的「非定域性」已经被证实了,具有超光速作用。

其违背了「爱因斯坦定域性」,但没有违背「信息定域性」。

所以量子力学虽然有「非定域性」,但你无法用它来通信,也就是没有办法实现「心灵感应」。

顺便再次强调,「贝尔不等式」跟「非定域性」有关,而跟「随机性」无关。

 

8. 量子退相干

「量子退相干」是非常具有「系统观」的理论,其很类似于「自由意志」中的「系统观」,这也是量子力学看上去非常令人误以为其是「唯心」的原因之一。

「量子力学」这个话题实在太大,我能力有限,这次就只先写到这里,若有什么补充以后接着继续。

(本章节完)

By HW君 @ 2019-05-08

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