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多世界解释,凌波微步与量子力学

2019-10-23 07:32

“测量难题与量子力学诠释”是科学哲学长久且不断翻新的话题。20世纪初,量子力学的发现引发物理学革命,“测量难题与量子力学诠释问题”伴随着这场革命应运而生。

量子力学的实在论可以从四个方面考察:一是围绕量子力学理论实在性的争论;二是量子力学形式体系的实在性;三是量子力学所描述的世界特性;四是量子力学对实在论理论的推进与发展。

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第一节:量子力学的基本假设:

问题之根本

对量子力学是否具有实在性的争论主要发生在量子力学理论诞生之初,尤以爱因斯坦与玻尔的争论最令人称道。最初的争论围绕量子理论是否存在逻辑矛盾即理论的恰当性展开。爱因斯坦用建立在经典物理学基础上的决定论的实在论标准来衡量量子力学,从而无法接受量子力学中几率的基础性地位,认为“上帝是不掷骰子的”,量子力学描述的是许多全同系统的一个系综的行为。前期的争论正如历史所表明的那样,玻尔所代表的量子理论胜出,爱因斯坦不得不转而攻击量子力学的完备性。以著名的EPR论文为标志,爱因斯坦在完备性条件和实在性判据的基础上论证了量子力学的描述不完备。然而,实际上,EPR论文中隐含的定域性假设日后却成为探索量子力学非定域性的开端。沿此线索,在贝尔、卡诚和斯佩克、牟民等人的工作下,量子非定域性已被认为是量子力学的标志性特征之一。

数学家冯·诺依曼

量子力学的五条基本公设:

根据量子力学标准体系,量子系统遵循两种不同演化方式。在非测量状态下,按照薛定谔方程演化,是熵不变、决定论和连续性的;在测量状态下,量子系统发生突变,是熵增加、非决定论和突变性的。第二种演化使“测量”成为微观世界中难以理解而又神秘的物理现象,导致众所周知的“测量难题”。

量子力学形式体系指冯·诺意曼所建立的公理化体系。该体系在物理学的计算与预言中被证明是有效并且无歧义的,然而,对其基本概念及意义的解读却形成了诸多不同的量子力学解释体系。其中影响最大的是以玻尔为代表的哥本哈根解释,其核心是互补性原理,即在时空标示与因果要求之间、量子语言与经典语言之间的互补性。哥本哈根解释认为理论是对实在的真实描述,量子理论中的概率与非决定论是自然本身的特征,承认测量结果的实在性,把原子客体特定动力学赋值的真值条件引向具体的实验装置或真实的实验结果,以此回避对最终实体的追问;用经典语言来描述测量仪器,通过被测量客体与测量仪器间不可分离的整体论来避免量子测量问题。哥本哈根解释并不是一组单纯的、清晰的、有着无歧义定义的观念,然而,除了反对波函数的实在性外,对于量子力学,该解释的持有者大体上是本体论上的非实在论者,认识论与语义学上的实在论者,或者说是测量实在论者。

只有意识才能导致波函数坍缩

通过对双缝实验产生的波函数坍缩实验现象以及观察测量在其中的特殊地位的研究,天才数学家冯·诺依曼建立了有关测量的数学模型,经过严谨的数学推导,最终得出了只能是意识导致波函数坍缩的惊人结论。

1932年,冯·诺依曼写了一本《量子力学的数学基础》,在这本名著中,冯·诺依曼给出了量子力学的严格的公理化表述,量子力学被表述成抽象希尔伯特空间中的一种算符运算,这是现代数理物理学中的一大创新,这一表述成为后来人们研究量子力学问题的主要数学基础。冯·诺依曼第一次清晰的将波函数的演化分成两个过程,一种是量子态波函数在希尔伯特空间的连续性弥散演化过程,服从动力学的薛定谔波动方程,它是连续性、决定性以及可逆的,这个被称为U过程。而另外一种则是量子态被测量时的波函数坍缩过程,它具有非连续性、不可逆性、空间非定域性,随机性和瞬时性的特征,这个被称为R过程。如朗道所说,波函数坍缩的不可逆性的R过程,是极为深邃的。[[1]](https://www.jianshu.com/p/7a6f93bcfcf1#fn1)

冯·诺依曼认为量子力学的规律是普遍有效的,薛定谔方程不仅仅适合于描述实验中被测的微观客体,也适合于描述测量仪器本身。因为测量仪器本身也是微观粒子组成的,而既然微观粒子本身服从量子力学,在没有被测量时是模糊不确定的量子叠加态,那么由微观粒子组成的测量仪器同样也应该是模糊不确定的量子叠加态。这和玻尔的观点有根本不同,因为玻尔先验的假定了宏观测量仪器的经典特征,也因此而导致逻辑矛盾而被一些物理学家所诟病,而冯·诺依曼的观点则更有逻辑的一致性。

在实验当中,被测客体是不确定的量子叠加态,被测客体和测量仪器发生相互作用之后,此时并不能发生叠加态波函数的坍缩,而是被测客体和测量仪器二者发生了量子态的进一步相干叠加,形成一个复合的相干叠加态,此时的测量结果并不是一个单一的值,而依然是相干叠加态,那么如何去除测量结果的相关叠加性呢?冯·诺依曼认为还需要测量仪器II,但是测量仪器II虽然能消除被测客体和测量仪器I的干涉项,却又造成了测量仪器I和测量仪器II的干涉项的产生,于是又需要测量仪器III,于是还需要另一个、再另一个测量仪器……,这就形成一个无限延伸的测量链。冯·诺依曼有力的证明,服从量子理论的测量仪器不可能使量子叠加态坍缩到经典本征态,测量链(又叫冯·诺依曼链)会无限的持续下去,最终必须要有一个非物理性的因素才能终止整个测量链,使得量子叠加态坍缩为经典本征态,产生我们所观察到的单一的确定结果。于是冯·诺依曼大胆的得出一个结论,坍缩只能发生在“Ich”(本义是抽象自我,即有意识的观察者)的地方,只有意识才能扮演终止测量链的“最后一瞥”[[2]](https://www.jianshu.com/p/7a6f93bcfcf1#fn2)“观察者在测量终结时看到仪器指针的读数,是导致被测量的对象从不确定状态过渡到确定状态的决定性因素。因此,如果不提到人类意识,就不可能表述一个完备的、前后一贯的量子力学的测量理论” 。冯·诺依曼是有名的大数学家,他的论证在逻辑上是无懈可击的,80多年来还没有任何人能够推翻,但是结果却被众多物理学家认为是非常荒谬的,是难以接受的。著名的弦理论科学家布莱恩·格林在自己的书中写道:

可能真像某些物理学家推断的那样,在未来的某一天,人类会发现有意识的观测行为是量子力学不可或缺的一个元素,是从量子迷雾中提取结果的催化剂。就我个人而言,我觉得这极其不可能,但是我找不到证明它不对的方法。[[3]](https://www.jianshu.com/p/7a6f93bcfcf1#fn3)

根据冯·诺依曼有力的数学论证,可以判断出意识必然是不同于物质的一种抽象存在,因为如果意识是纯物质现象,那么根据薛定谔波动方程和态叠加原理,叠加态将永远不可能坍缩,确定的经典现象无法产生,必须要有非物质的抽象物来终结测量链,这是对唯物论的强有力挑战,雅默在《量子力学的哲学》一书当中指出冯·诺依曼的理论是一种物理心理平行主义,接近笛卡尔的心物二元论,他在书中说:

按照冯·诺依曼的理论,一次完整的测量也包括观察者的意识。由于把过程划分为两种互相不能约化的范畴,相应于把世界划分为被观察的和进行观察的两个部分,这两部分尽管其分界线可以移动,但也是互不约化的,所以冯·诺依曼的理论是一种二元论。事实上,把它的哲学内容同阿那克萨戈拉关于物质与心灵的学说加以比较是有启发的,后者是关于世界最早的二元论观念之一,按照这种学说,“一个统一世界中的东西不是彼此分开的,不是刀砍斧截下来的,热不能同冷分开,冷也不能同热分开”(叠加?!),但是“当心灵开始推动事物运动时,心灵就同每个被推动的东西发生了分离,而且心灵所推动的一切都被分开了”(收缩?!)[[4]](https://www.jianshu.com/p/7a6f93bcfcf1#fn4)

冯·诺依曼是一位20世纪天才的大数学家,是一个非常神奇的人,他六岁时能就用古希腊语与父亲交谈并能心算做八位数乘除法,八岁时掌握微积分,十二岁就读懂领会了波莱尔的大作《函数论》要义,并且具有惊人的过目不忘的超级记忆能力,他后来精通七国语言。他的《量子力学的数学基础》已经被证明对原子物理学的发展有极其重要的价值。由于冯·诺依曼关于计算机体系结构的设想在发明电子计算机中起到了关键性作用,他被誉为"现代计算机之父"。而在经济学方面,他也有突破性成就,被誉为“博弈论之父”。冯·诺依曼临终前提出的自复制自动机理论对今天的人工智能研究也有重大启发。与同为犹太人的哈耶克一样,他无愧是20世纪最伟大的全才之一,被认为拥有20世纪最聪明的大脑,更多的时候,人们更直接地称他为“科学界的外星人”。更何况他的意识导致波函数坍缩的惊人观点以及背后的深刻意义还远远没有被世界认识到充分的价值。

在冯·诺依曼之后,又有物理学家伦敦、鲍厄和诺贝尔物理学奖获得者魏格纳等人也坚持意识导致波函数坍缩的观点,现在美国劳伦斯伯克利国家实验室的著名物理学家亨利·斯塔普(Henry Stapp)也在这个课题上有深入的研究,并有专著《心灵,物质和量子力学》(Mind, Matter and Quantum Mechnics)。

自从17世纪现代科学开始以来,科学思想已经把人和意识放在一个并不重要的地位。越来越多的客观自然现象在物理学上已经可以得到圆满解释,甚至人类本身也已经通过生物学家和行为学家的研究被人们所了解。根据神经科学的还原论,意识被还原成大脑神经元的电化学反应。但是量子理论的一些实验现象和逻辑推论却在告诉我们,物理学正遇到意识问题的困境,如果说以哥白尼日心说以及牛顿运动定律为基础的经典物理废黜了人类在宇宙的中心位置,那么量子理论却又在以某种至今神秘难解的方式暗示,拥有自我意识的我们才是宇宙的中心?如果冯·诺依曼所说的只有意识才能导致波函数坍缩,这就意味着如果没有非物质性的意识,连任何确定性的物理实在以及在此基础上的经典世界都无法产生,如此唯物论怎么可能成立?但是有关意识在量子物理当中的特殊地位被认为是量子物理的难言之隐,大部分物理学家都埋头计算而拒绝正视,“闭嘴,计算”成为主流物理学的一致观点。

第一公设:波函数公设,一个微观粒子的状态可以由波函数来描述,波函数的模方为为粒

事实上,测量难题还包括更多内容。一是测量结果难题:为什么微观世界的测量结果是统计性、不确定的?这个难题源于波函数叠加原理和1926年的几率诠释,薛定谔形象地将它描述成“薛定谔猫论”,即“猫既死又活着”。爱因斯坦对这种结果非常不满,说“上帝不会掷骰子”。二是同时性测量难题:为什么不对应的两个量不能被同时精确测量,而且一个量越精确另一个量越不精确?这个难题源于1927年的测不准原理(也有人称不确定性原理)。三是测量过程难题:为什么多个叠加态在测量瞬间突变成某一确定态,从而导致系统演化上的间断性和逻辑推理的跳跃性?这个难题源于1932年冯·诺依曼的五大公理,又称之为“投影假设”或“波包塌缩”。四是定域性难题:该难题发端于1935年的EPR佯谬,要么量子力学是非定域的,要么是不完备的,到底什么样正等待贝尔实验的验证。

德布罗意—玻姆理论被公认为是一种量子力学的本体论解释,也称为隐变量解释。其最早版本是1927年德布罗意的导波理论,1952年由玻姆再度提出。他们认为,波函数只对粒子系统提供了部分描述,需要用对粒子真实位置的描述作为补充,后者的演化满足导波方程,从而粒子能够以决定论的方式运动,这构成了量子力学的因果解释。德布罗意—玻姆理论的持有者追求决定论与因果性,追求明确的粒子本体,因而试图成为经典物理学观念下在本体论、认识论和语义学上的实在论者,而标准的量子力学体系需要补充才能够提供对实在的完备描述,故其在认识论与语义学上的实在性是不完备的。

意识导致波函数坍缩观点已经过时了?

冯诺依曼提出意识导致波函数坍缩的观点已经过去八十多年,理论物理在这八十年多又经过了很多发展,于是现在有人说冯诺依曼的观点已经过时了,然而事实真相绝非如此。尽管冯诺依曼的意识导致波函数坍缩的理论一直受到主流科学界的轻视甚至故意的排挤,很多物理学家挖空心思试图提出可以排除主观意识介入的更合理的量子力学解释,但是迄今为止,尚没有得到一个完整的令人满意的解答。众多的量子力学解释,无论是主流的哥本哈根解释,还是多世界解释、退相干解释、波姆的隐变量解释、范·弗拉森的模态解释以及GRW客观坍缩模型等等,都存在诸多的不足,而且这些解释几乎都包含了观察者的影子。犹如知名物理学和数学家罗杰·彭罗斯所说:“这是一个惊人的事实:几乎所有的量子力学解释都在一定程度上依赖于意识的存在。这种意识是观察者……展现一种古典般的世界所必需的”。[[5]](https://www.jianshu.com/p/7a6f93bcfcf1#fn5)

李·斯莫林在自己的著作《物理学的困惑》一书当中把量子测量涉及的量子力学基础问题视为理论物理学的五大难题之一,并批评现今在物理学非常时髦的弦理论在这一问题上毫无作为,并没有提供任何合理解释[[6]](https://www.jianshu.com/p/7a6f93bcfcf1#fn6)。而温伯格在去年(2017)的演讲中再次表达了对量子力学现存各种解释的不满,无论是工具主义性的各种解释,还是实在论的各种解释,都有一些严重问题,温伯格呼吁科学家发明新的更完整理论来解释量子力学中存在已久的问题[[7]](https://www.jianshu.com/p/7a6f93bcfcf1#fn7)

子的概率密度,波函数满足归一化条件。波函数ψ由于波函数描述的波是几率波,所以波函数ψ必须满足下列三个条件:单值,即在空间每一点ψ只能有一个值 连续,即ψ的值不会出现突跃,而且ψ对x,y,z的一级微商也是连续函数 平方可积,即波函数的归一化,也就是说,ψ在整个空间的积分必须等于1 符合这三个条件的波函数称为合格波函数或品优波函数。

科学家和哲学家以“测量难题”为核心,对传统物理学的认识论基础作了根本性修正,对决定论、因果论和实在论等问题进行了深刻辨析,这一系列问题构成了所谓的“量子力学诠释难题”。通常认为,“测量难题是量子力学诠释的核心困难”。科学家和科学哲学家围绕“测量难题与量子力学诠释”展开了旷日持久的争论。埃里则(A.ELITZUR)2005年就指出先后有哥本哈根解释、标准体系、正统解释、隐变量理论、模态解释等,比较有影响的量子力学解释至少有13种之多。

另一种影响较大的量子力学本体论解释是多世界解释,该解释把包括观察者在内的整个宇宙作为量子系统来处理,认为存在许多平行的世界,每个世界都由宇宙波函数决定性地描述,不存在态的塌缩,而只是宇宙连续分裂成许多互相不可见、却同样真实的世界。在假设多宇宙的实在性之外,该解释认为量子力学在本体论、认识论和语义学上均是彻底的实在论。

退相干解释并没有解决测量难题

有很多人认为目前流行的退相干解释已经对测量难题提供了合理的解释,物理学家已把退相干的发现欢呼为“从贝尔不等式以来在量子理论基础中最重要的进展”,但这种认识是错误的,退相干解释远远不是一个成熟的解释,并不足以解决测量难题。退相干解释认为一个处于叠加态的量子系统,由于与周围环境不可避免的相互作用 ,二者发生迅速且强烈的纠缠,使得系统所处的、由某个观察量的多个本征态相干叠加而成的状态,不可逆地消去了各个干涉项,使系统的行为表现得就像经典系统一样,从而实现了从量子到经典的过渡。简单来说,退相干解释认为是环境执行了测量的作用导致了相干叠加态退相干为经典本征态。但是这里面却依然存在严重的逻辑问题,犹如沈健教授在论文中说的,“退相干解释尽管能在一定程度上缓解意识的介入问题,并为量子测量理论寻求某些客观的基石,但并不能为意识的完全剔除提供充分的辩护。按照他们的观点,量子测量过程可以通过复杂的量子系统的演化来解释,但复杂量子系统的测量就势必要靠更复杂的量子系统的演化来解释,这必然会导致一种无穷的退却。这种无穷的退却的最终截止点在哪里呢?本质上,这个最终截止点的确定非人不可”。关于意识的介入问题,国内的桂起权、吴国林、赵国求、肖峰、沈健等知名学者建立的量子力学哲学共同体曾经做过热烈地讨论,最后一致认为,“就目前的研究而言,暂时还没有一种学界一致接受的能消除意识介入的理论诠释。[[8]](https://www.jianshu.com/p/7a6f93bcfcf1#fn8)

约翰·贝尔(John Bell)是较早对退相干理论提出批评的物理学家。早在1975 年,贝尔就发表批评文章,认为退相干理论并不能解决测量问题,在他看来,退相干理论根本就不是对一个真实的物理过程的描述,退相干的兴趣和价值全部是“为了实用的目的(for all practical purposes)”,退相干理论是通过提供—种有效于“实用目的”的答案来掩盖问题[[9]](https://www.jianshu.com/p/7a6f93bcfcf1#fn9)。实际上这种出于实用目的来掩盖问题的解释,在玻尔的哥本哈根解释当中也有鲜明体现,即玻尔强行先验地假定了经典世界的先在性,将测量仪器当成是经典的,在量子世界和经典世界之间划出了一条明显的分界线(海森堡分割),于是面临逻辑上的矛盾。而退相干解释又延续了这一实用主义和工具主义的传统,现在的学界也逐渐达成了一致的共识:单凭退相干理论不足以解决测量问题。

退相干解释实际仅仅是一种数学游戏,它把非幺正演化过程(R过程)归因于对更大的量子系统上的幺正演化(U过程)取统计平均,然而测量过程的非幺正性(不可逆性)是本质的,即使把整个宇宙包含在内,测量过程也不能由幺正演化来描述——除非我们假设在宇宙之外还有更大的量子系统或者诉诸于上帝 。退相干理论完全处于量子力学的框架之内,薛定谔方程描述的演化过程(R过程)是可逆性的,而测量导致的波函数坍缩即R过程是不可逆的,是无法被薛定谔方程所描述的,所以退相干解释根本无法描述或解释波函数坍缩的问题。

退相干解释也无法解决测量所产生的单一明确结果问题。“在退相干理论下,体系与环境仍然处在一个更庞大的纯态波函数状态下。虽然体系的各个可能性之间的量子干涉消失了,服从经典的概率统计规律,但是这些可能性仍然是叠加在一起的——薛定谔的猫仍旧处于死猫与活猫的叠加态之中[[10]](https://www.jianshu.com/p/7a6f93bcfcf1#fn10)韦德国际1946手机版官网,”。由于退相干只描述系统波函数和环境波函数的纠缠,纠缠就意味着相干叠加态的存在,即在演化的终态仍然是一个有相干性的量子叠加态。布赖恩·格林也说,“退相干性允许我们用类似于经典物理的方式来诠释量子概率,但却没有再为我们提供任何细节,使我们知晓究竟是怎样从很多可能结果中挑出一种使其实际发生。虽然人们普遍认为环境诱发的退相干性是跨越量子物理经典物理分界的关键,而且许多人也希望这些想法有朝一日能在量子物理与经典物理之间搭建一条完善且具有说服力的桥梁,但是大家都觉得这座桥梁还远没有建好。”[[11]](https://www.jianshu.com/p/7a6f93bcfcf1#fn11)

第二公设:算符公设。任意可观测的力学量,都可以用相应的线性哈密顿算符来表示。

多世界解释的哲学魅力

尽管在解释上存在许多争议,绝大多数物理学家和哲学家都承认量子力学的实在论地位,把量子力学理论所揭示的世界图景归为以下几个方面:第一,波函数是对量子系统的完备描述(对于波函数实在与否则意见不同),具有线性叠加性的波函数满足决定论演化的薛定谔方程,波函数的平方给出物理量可能取值中的某一个的概率,从而对系统的认识只能是统计性质的。第二,量子测量中波函数的塌缩是随机的,测量只能随机地得到其可能取值中的某一个,从而是非决定论的。第三,不确定关系告诉我们,对非对易物理量同时的精确取值是不可能的,即互补性在经典力学中是需要的。第四,量子系统的远程关联是瞬时的,超越了爱因斯坦EPR论文中预设的经典物理学所满足的定域性条件。

意识的波粒二象解释和新的哲学革命

除了退相干解释之外的其它解释,由于篇幅所限,本文就不详述,我将另外专文分析包括哥本哈根解释、多世界解释、波姆隐变量解释等等众多量子力学解释的种种不足。虽然冯·诺依曼所说的意识导致波函数坍缩并不是唯一的解释,这个解释也很难让坚持唯物哲学的物理学家所接受,但是它却是非常逻辑自洽的解释,只是美中不足的是,冯·诺依曼缺乏对意识的进一步阐述和深入探索,意识究竟是什么,它和物质究竟是什么关系,为什么它能导致物质波函数坍缩,整个波函数坍缩过程的细节是什么,这些问题本身已经极大的超出了物理学和数学的范围。对于这些问题,我将借助于冯诺依曼的解释来展开进一步的论证,从而提出一个新的比冯诺依曼解释更完备也更加逻辑自洽的新量子力学解释:意识的波粒二象解释。

要解决量子力学中最困惑的波函数坍缩和量子测量谜题,不仅仅需要物理学家的深入思考,更需要新的哲学观念的革命,尤其是对存在,时空以及意识的全新认识。波粒二象以及量子测量问题,表面看起来是一个物理学问题,然而本质上是一个哲学问题,而且是最根本的哲学问题!约翰·惠勒认为,量子问题即为“存在”的问题。他清清楚楚地记得玻尔的同学卡西·米尔(H. Casimir)讲述的玻尔和海森堡之间关于量子力学的一场争论。当时玻尔和海森堡被哲学家霍夫丁(Hoffding)请到家中讨论双缝干涉实验及其对量子力学的启示。粒子去了哪里?它是穿过了这条缝还是那条缝?单个粒子如何自身和自身发生干涉而同时通过双缝?在讨论的过程中,玻尔陷人了沉思,喃喃自语道:

“存在……存在……什么才是存在呀?(To be ... to be ... what does it mean to be?)”[[12]](https://www.jianshu.com/p/7a6f93bcfcf1#fn12)

沿着冯·诺依曼所说的意识导致波函数坍缩的重要观点,我将展开进一步的深入论证,带来实在观念和时空观念的全新革命,更带来对意识的革命性认识,一场自我认识革命的新旅程要开启了……

下一篇:※ 意识波粒二象的详细论证(5)

参考文献:

[2]Omnès R. Understanding quantum mechanics[M]. Princeton: Princeton UniversityPress, 1999: 250-255.


  1. [俄]朗道.《量子力学:非相对论理论(第6版)》[M].高等教育出版社.2008 ↩

  2. [美]冯·诺依曼.《量子力学的数学基础(英文版)》[M].普林斯顿大学出版社.1932 ↩

  3. [美]布赖恩·格林.《宇宙的结构——空间、时间以及真实性的意义》[M].湖南科学技术出版社.2012 ↩

  4. [以色列]马克斯·雅默. 量子力学的哲学[M]. 商务印书馆, 2014. ↩

  5. [美]布鲁斯.《量子之谜——物理学遇到意识》[M].湖南科学技术出版社.2013 ↩

  6. [美]李·斯莫林.《物理学的困惑》[M].湖南科学技术出版社.2008 ↩

  7. 温伯格:我为什么对量子力学不满意 ↩

  8. 沈健.从哲学视角看量子干涉、纠缠与消相干[J].现代哲学. 2009(05): 89-94. ↩

  9. Bell J S. On wave packet reduction in the Coleman-Hepp mode.l Helvetica Physica A cta, 1975, 48: 93-98 ↩

  10. 唐先一,张志林.量子力学诠释综论[J].自然辩证法通讯. 2016(06): 29-40. ↩

  11. [美]布赖恩·格林.《宇宙的结构——空间、时间以及真实性的意义》[M].湖南科学技术出版社.2012 ↩

  12. [美]阿米尔·艾克塞尔. 《纠缠态-物理世界第一谜》[M]. 上海科学技术文献出版社, 2008. ↩

第三公设:测量公设,一个微观粒子处于波函数态,他的可观测力学量的数值为他的平均

多世界解释作为其中之一,具有其他解释没有的哲学魅力。多世界解释坚持了整体论,扬弃了还原论。多世界解释消解了本体实在在空间结构上的机械分割,把整个宇宙视为“整体”,“说子系统的独立态是毫无意义的”;消解了观察者与客体系统之间的划分,观察不是发生于孤立系统之外的一个新的过程,而是系统内部相互作用的特殊情形;认为波动力学既能描述每一个孤立系统,也能描述每一个被观察的系统,建构了数学形式体系与观察经验之间的某种一致性。多世界解释的整体论,坚持无误理论的预设是解决物理实际问题的需要,这恰恰反映出当代科学发展的趋势。

量子力学变革了经典力学的实在观,进而推进了实在论理论的发展。首先,“实在”的域面在量子力学中得到了扩展,如作为量子实在的自旋并没有经典的对应物,“实在”概念需要超越之前的实体实在论范畴而重新界定。其次,经典物理学基础上的实在论是一种严格的决定论,而量子力学告诉我们,统计的、概率的、非严格决定论的规律也是实在的,实在论不等同于决定论。最后,量子力学解释体系对量子测量问题的求解不可避免地要借助于测量仪器,或观察者,或外部环境,或整个宇宙,事实上,这些都是测量语境的实在要素,在真实的测量中共同发挥作用,这要求我们提出一种新的整体论的、语境论的实在论,即测量构成了特定的语境,测量语境、语境要素及要素间的相互作用都是实在的,测量语境的边界和语境要素作用的发挥均因具体的测量而异。

值。本征态、本征值和Schrodinger方程若某一力学量A的算符A作用于某一状态函数ψ后,等于某一常数a乘以ψ,即Aψ=aψ那么对ψ所描述的这个微观体系的状态,其力学量A具有确定的数值a,a称为力学量算符A的本征值,ψ称为A的本征态或本征波函数,上式称为A的本征方程。Schrodinger方程是决定体系能量算符的本征值和本征函数的方程,是量子力学中一个基本方程。其波函数可以用算符A对应的本征函数展开,对应的系数为本征值。且每次测量并读出结果后,微观粒子的态总是受到严重的干扰,并总是向该次测量所得本征值的本征态突变过去,使得波函数约化到他的一个分支上去。

多世界解释坚持了决定论,扬弃了非决定论。根据多世界解释,态函数始终都按照薛定谔方程线性和决定论演化;测量过程不存在从“可能”到“实际”的转变,最后结果依然是各种“可能”的叠加,而不是某一种“可能”,从而消除了突变论;多世界解释进一步证明了玻恩概率是形式体系本身的一个结论,无需给概率以先验解释,从而消除了概率论。需要强调的是,多世界解释坚持了决定论,扬弃了非决定论,并没有恢复严格决定论,因为测不准原理和玻恩概率作为量子力学基本属性是无法或缺的。

第四公设:态叠加原理,微观体系动力学演化公设,也就是薛定谔方程。

多世界解释坚持了一元论,扬弃了二元论。多世界解释用一个态函数刻画整个宇宙,实现了本体上的一元论;所有的系统都按照薛定谔方程演化,实现了演化模式上的一元论;尤其是多世界解释消除了物质与意识的对立,最终弥合了被测系统与观察系统、主体与客体、宏观领域与微观领域的分离。

第五公设:全同性公设,泡利不相容原理 在同一原子轨道或分子轨道上,至多只能容纳两个电子,这两个电子的自旋状态必须相反。

多世界解释彻底改变了传统的世界观。它超越了传统量子力学的束缚,超越还原论、走向整体论;解构二元论、回归一元论;消解非决定论、坚持决定论。三者环环相扣,相辅相成,推动了量子力学哲学基本理念的更新。

让我我们先看一看凌波微步来源:凌波微步最早的出处,应该是曹植的洛神赋了,曹植在赋里面对洛神的描述是:

多世界解释的最新进展

翩若惊鸿,婉若游龙。荣曜秋菊,华茂春松。仿佛兮若轻云之蔽月,飘飘兮若流风之回雪。远而望之,皎若太阳升朝霞;迫而察之,灼若芙蕖出渌波。……休迅飞凫,飘忽若神,凌波微步,罗袜生尘。动无常则,若危若安。进止难期,若往若还。转眄流精,光润玉颜。含辞未吐,气若幽兰。华容婀娜,令我忘餐。

多世界解释从“平行世界”发展到“交叉世界”,彻底变革原有理论体系。多世界解释体系认为:波函数可以对世界进行完备性描述;微观的量子规律是普适的,也可以对宏观世界进行描述;所有的世界都是平行的,互不影响,互不作用。所以说,多世界是“平行世界”。2014年,怀斯曼等人在《物理学评论》上发表了多世界解释的最新形式——“交叉世界”。该解释几乎完全颠覆多世界解释的理论体系:世界本身的存在不唯一,有很多和我们一样的世界同时客观存在着;所有的世界和我们所处的世界一样,拥有相同的宇宙结构和物理学特征;不同的世界之间是相互交叉的,而不是平行的;量子效应的存在,原因在于不同世界之间的相互作用。交叉理论给出了一幅关于世界全新的本体论图景,它用极少的假设,推出了微观领域的诸多现象。

在那个时代,近视的人比较少,假设曹植的视力没有问题,也就是说测量系统没有存在测量误差时,我们看一看测量结果:

多世界解释面临实验验证的责难及辩护。多世界解释目前还没有得到实验证实,难免遭到科学家的质疑。事实上,这不应该成为接受多世界解释的阻碍。一是基于逻辑优越性的辩护。多世界解释完全基于量子理论本身给出解释,没有任何额外的假设,构建了一个客观的理论,比其他诠释具有极大的简洁性。二是基于不可证伪性的辩护。虽说多世界解释不可证实,但也没有被证伪。经验有时候是受理论制约的,不能因为还没观测到理论预言就去否证一个理论,相对论的证实不也被推迟了很多年嘛!三是基于不断修正性的辩护。多世界解释也是一个不断演进的理论,从“相对态解释——德·维特理论——多视域解释——多心灵解释——多历史解释——多纤维理论”的发展,在不断修正和完善中为自己辩护,不久的将来,一定可以找到证实自己的直接依据。

当洛神使用凌波微步的时候,动无常则,若危若安。进止难期,若往若还。

多世界解释是量子力学诠释中的一支奇葩,正如盖尔曼所说,“量子力学的一种适当的哲学描述竟被推迟了这么久,这无疑是由于玻尔对整整一代物理学家洗了脑,使他们以为这一任务早在50年前已经完成了的缘故。”看来,关于“测量难题与量子力学诠释”以及多世界解释本身还有很长的路要走。

这就是说,测量的动量和位置之间,存在测不准关系,而且测不准量是一个宏观量,而不是微观量!!!我们可以大胆假设,这是宏观状态下的量子力学测不 准原理。

(作者为国家社科基金项目“哲学视域下的‘多世界解释’问题研究”负责人、山西大学教授)

我们再来看一看,身为凡人的段誉使用凌波微步是的状态:阿甲、阿乙、阿丙见段誉站在水轮之旁,拳脚刀剑齐向他招呼,而阿丁、阿戊、阿己的兵刃自也是攻向他所处的方位。

段誉身形闪处,突然转向,乓乓乒乒、叮当呛啷,阿甲、阿乙、阿丙、阿丁……各人兵刃交在一起,你挡架我,我挡架你。有几名西夏武士手脚稍慢,反为自己人所伤。

从这一段里面,又可以看到测不准原理的另外一个方面,也就是第一类波包塌陷。

量子理论的第三公社指出:波函数可以用算符A对应的本征函数展开,对应的系数为本征值。且每次测量并读出结果后,微观粒子的态总是受到严重的干扰,并总是向该次测量所得本征值的本征态突变过去,使得波函数约化到他的一个分支上去。也就是说,在未测量的时候,量子是存在于某一个量子态,但是一旦对这个量子态进行测量,就会使波函数约化到另外一个量子态上去,因此,当众人同时进行测量的时候,由于第一类波包塌缩,会无法知道当前的粒子态。反过来,要是若干人都不进行测量的话,段誉就可能没有这么幸运了。

因此,从以上的描述中,我们完全有理由相信凌波微步是测不准原理的宏观体现。

第三节 宏观量子力学问题的研究

宏观物体的的量子力学测不准原理,是目前国际上一个普遍关注的问题,由于处于量子态的粒子具有很多优点,如测不准,隧穿和非定域的量子纠缠态等,因此,如果对于宏观物体,也能发生量子效应,将会有很广泛的的应用前景,尤其是在轻功上面,会发生很 大的变革。

为了解决这个问题,我们首先分析凌波微步的来源,如果史书记载无误的话,人类看见的首次宏观测不准原理,应该是在黄初三年,主要目击者为曹植,需要注意的是,曹植看到的可能不是人,而是神,之前曾有一篇论文讨论过,神界可能是由一种特殊物质组成的,并对神界的位置和时间差做了说明。但是身为凡人的段誉为什么学会了凌波微步,这就是一个谜了。请注意,在书中,李秋水没有使用过凌波微步。

通过多年的研究,我终于发现了通向宏观量子现象的钥匙:易经六十四卦。

在凌波微波里面,最令人不解的,就是凌波微步是一个闭合的曲线运动,没有可能在与乔峰比试的时候能够和乔峰并驾齐驱,但是,如果我们利用更高维的空间来解释时,这一切问题就迎刃而解。易经的64卦位,其实是高维空间在四维空时中的投影,所以在高维空间的“直线运动”,投影到四维空时之后,就变成了短程线运动,而且,易经的64卦,可以构成一个完备正交解,因此,在高维空间中的运动,可以用64卦来完全的表出。

处于高维空间的运动,极有可能是以超光速的速度来运动的,但是在四维空时中,由于测量手段的限制,这种运动被当做了低于光速的运动,

在高维空间中的这种运动下,存在时空反演,而易经的占卜原理,就是来源于这种时空反演,但是只有精通这种投影变换的专家,才有可能用四维空间来准确描述高维空间中时空反演下的某些运动,可以证明,只有高维空间中的事件与四维时空平行时,才能获得准确的解,而在很多情况下,这组解是失真的,所谓的天际不可泄漏,在很多情况下是由于这种限制形成的。而且,处于四维时空中的物体,在满足一定的条件下,可以由64卦来线性表出,表出的结果,就是具有高维空间的某些特征,而宏观粒子的量子性,就是其中之一。当宏观物体的速度达到甚至超过光速的时候,粒子之间相互作用发生了变化,粒子之间宏观统计的作用被消除,整体体现就是宏观状态下的量子性,而所谓的测不准原理,也只是针对四维空时来说来,在高维空间中,可以准确的描述。

由于历史上出现过一些掌握这种高维空间性能的人,如周文王,而且一些运动在四维空时中可以表出,因此,这种空间的维度应该不是太高,应该是五维时空。也有可能易经是上古所传,周文王伪作。

量子力学的基本原理包括量子态的概念,运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理。在量子力学中,一个物理体系的状态由态函数表示,态函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。状态随时间的变化遵循一个线性微分方程,该方程预言体系的行为,物理量由满足一定条件的、代表某种运算的算符表示;测量处于某一状态的物理体系的某一物理量的操作,对应于代表该量的算符对其态函数的作用;测量的可能取值由该算符的本征方程决定,测量的期待值由一个包含该算符的积分方程计算。态函数的平方代表作为其变数的物理量出现的几率。根据这些基本原理并附以其他必要的假设,量子力学可以解释原子和亚原子的各种现象。根据狄拉克符号表示,态函数,用<Ψ|和|Ψ>表示,态函数的概率密度用ρ=<Ψ|Ψ>表示,其概率流密度用(Ψ*▽Ψ-Ψ▽Ψ*)表示,其概率为概率密度的空间积分。态函数可以表示为展开在正交空间集里的态矢比如|Ψ>=∑|ρ_i>,其中|ρ_i>为彼此正交的空间基矢,=δm,n为狄拉克函数,满足正交归一性质。态函数满足薛定谔波动方程,i?|m>=H|m>,分离变数后就能得到不含时状态下的演化方程H|m>=En|m>,En是能量本征值,H是哈密顿能量算子。于是经典物理量的量子化问题就归结为薛定谔波动方程的求解问题。关于量子力学的解释涉及许多哲学问题,其核心是因果性和物理实在问题。按动力学意义上的因果律说,量子力学的运动方程也是因果律方程,当体系的某一时刻的状态被知道时,可以根据运动方程预言它的未来和过去任意时刻的状态。但量子力学的预言和经典物理学运动方程(质点运动方程和波动方程)的预言在性质上是不同的。在经典物理学理论中,对一个体系的测量不会改变它的状态,它只有一种变化,并按运动方程演进。因此,运动方程对决定体系状态的力学量可以作出确定的预言。但在量子力学中,体系的状态有两种变化,一种是体系的状态按运动方程演进,这是可逆的变化;另一种是测量改变体系状态的不可逆变化。因此,量子力学对决定状态的物理量不能给出确定的预言,只能给出物理量取值的几率。在这个意义上,经典物理学因果律在微观领域失效了。据此,一些物理学家和哲学家断言量子力学摈弃因果性,而另一些物理学家和哲学家则认为量子力学因果律反映的是一种新型的因果性——几率因果性。量子力学中代表量子态的波函数是在整个空间定义的,态的任何变化是同时在整个空间实现的。20世纪70年代以来,关于远隔粒子关联的实验表明,类空分离的事件存在着量子力学预言的关联。这种关联是同狭义相对论关于客体之间只能以不大于光速的速度传递物理相互作用的观点相矛盾的。于是,有些物理学家和哲学家为了解释这种关联的存在,提出在量子世界存在一种全局因果性或整体因果性,这种不同于建立在狭义相对论基础上的局域因果性,可以从整体上同时决定相关体系的行为。量子力学用量子态的概念表征微观体系状态,深化了人们对物理实在的理解。微观体系的性质总是在它们与其他体系,特别是观察仪器的相互作用中表现出来。人们对观察结果用经典物理学语言描述时,发现微观体系在不同的条件下,或主要表现为波动图象,或主要表现为粒子行为。而量子态的概念所表达的,则是微观体系与仪器相互作用而产生的表现为波或粒子的可能性。量子力学表明,微观物理实在既不是波也不是粒子,真正的实在是量子态。真实状态分解为隐态和显态,是由于测量所造成的,在这里只有显态才符合经典物理学实在的含义。微观体系的实在性还表现在它的不可分离性上。量子力学把研究对象及其所处的环境看作一个整体,它不允许把世界看成由彼此分离的、独立的部分组成的。关于远隔粒子关联实验的结论,也定量地支持了量子态不可分离

第四节 关于测不准的研究

根据以上的描述,可以知道,量子力学中的测不准原理,只是在四维空时中的测不准,其实根据量子力学原理,利用量子纠缠态,还是有可能在四维空时里面测量的,这是利用了量子通信的原理,处于纠缠态的两个粒子,他们之间会存在相互纠缠,当对一个粒子进行测量时,另一个量子的状态也会发生变化,这样,通过一定的手段,我们就可以通过测量出粒子纠缠态来推知粒子的性质。

很明显,段誉的纠缠态就是王语嫣,而且这种纠缠是非定域的,因此,我们可以通过对王语嫣的测量,来知道段誉的所处的量子态,可惜的是,天龙八部中,没有人了解这种量量子态,可惜的是,天龙八部中,没有人了解这种量子通信的原理,所以,凌波微步成了一个神话。

由于作者的水平有限,而且由于其他关系,在时间上比较仓促,难免有些疏漏之处,希望读者能够指正,谢谢

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