跳出量子框架的思考

思维如何以多种方式理解量子物理 

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点。


量子理论的反直觉预测现在已经得到了前所未有的严格实验证实。然而,如何解释这些预测的含义仍然存在争议。在撰写本文时,维基百科上总结量子力学不同解释的表格中,包含了不少于十四个条目。新的解释还在不断出现。

问题在于,量子理论与我们对“真实”的直观理解相矛盾。根据该理论,如果两个真实粒子 A 和 B 以特殊的方式制备,那么当 Alice 观察粒子 A 时所看到的情况取决于 Bob 同时观察粒子 B 的方式,即使粒子(以及 Alice 和 Bob)被任意距离分隔开。正如爱因斯坦所称的,这种“幽灵般的超距作用”要么与局域因果关系相矛盾,要么与粒子 A 和 B 是“真实的”(指独立于观察而存在)这一概念相矛盾。事实证明,观察结果的某些统计特性(已经过实验证实)表明后者:即粒子并非独立于观察而存在。由于观察最终是在心理感知的屏幕上被理解的,因此可能意味着“宇宙完全是精神的”,正如理查德·康·亨利在他的2005年《自然》论文中所说的那样。

当然,问题在于,一个宇宙的存在取决于我们头脑的假设与主流科学的直觉相矛盾。因此,物理学家们争先恐后地解释量子理论,以容纳一个独立于心灵的现实。一种流行的方法是假设想象的、经验上无法验证的、定义为独立于观察者的理论实体。当然,这不仅仅是解释;它给量子理论增加了多余的包袱,因为该理论不需要这些东西就可以成功地预测它所预测的内容。


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有些人对试图修改量子力学以使其符合自己的世界观(而不是调整自己的世界观以使其与量子力学一致)的做法感到畏缩。因此,自然而然地产生的问题是:如果我们坚持普通的量子理论,它告诉我们关于现实的什么?物理学家卡洛·罗韦利试图严格地回答这个问题,结果现在被称为关系量子力学(RQM)。

根据RQM,没有绝对的——即独立于观察者的——物理量。相反,所有物理量——整个物理世界——都相对于观察者,这与运动类似。这受到以下事实的激励:根据量子理论,不同的观察者可以对同一系列的事件做出不同的解释。因此,每个观察者都被推断为“居住”在自己根据自己的观察背景所定义的物理世界中。

这种在承认量子力学含义时毫不妥协的诚实所付出的代价是一些哲学上的顾虑。首先,一个人所居住的物理世界是其个人观察的产物这一观点似乎暗示了唯我论,这在哲学中是不可接受的。其次,RQM意味着“对世界的完整描述被系统中彼此相关的[香农]信息所穷尽”。然而,根据香农的说法,信息本身并不是一种东西。相反,它是由基质的可辨别配置构成的。

然而,如果没有绝对的物理基质,那么是什么构成了信息?第三——也许是最成问题的——RQM的原则,即所有物理量都是相对的,提出了一个显而易见的问题:相对于什么?我们只在运动等相对量中看到意义,因为我们假设存在彼此相对运动的绝对物理体。但是RQM否认所有可以作为相对量含义基础的物理绝对量。

请注意,所有这些哲学顾虑的根源是假设只存在物理量。如果物理量来自个人观察,并且它们是全部,那么确实暗示了唯我论。如果物理量以信息为基础,并且它们是全部,那么信息确实缺乏基质。如果物理量是相对的,并且它们是全部,那么确实没有绝对量来作为它们含义的基础。我稍后将回到这个见解。

然而,就目前而言,似乎吞下普通量子理论的苦果(而不为其装饰想象的华丽辞藻)会迫使我们陷入无法解决的哲学顾虑。然而,这个结论是错误的。要了解我们如何摆脱这个困境,我们只需要对物理学的认识范围保持严格的态度。

斯坦福大学宇宙膨胀领域的物理学家安德烈·林德在观察时提供了一个重要的线索:“我们对世界的认识不是从物质开始的,而是从感知开始的......后来我们发现我们的感知遵循一些定律,如果我们假设在我们的感知之外存在一些潜在的现实,这些定律可以最方便地表达......这个假设几乎与我们之前的假设一样自然(也可能一样错误),即空间只是描述物质的数学工具。”因此,在没有绝对的、独立于观察者的基质的情况下,RQM的物理世界只能是感知的内容。它不可能是别的。

现在回想一下,RQM的哲学顾虑是基于假设只存在物理量——即感知的内容。然而——这里的关键是——除了感知的内容之外,当然还有非感知的心理范畴,例如思想。许多物理学家认为,思想应该可以用物理量来解释,因此,通过还原成为物理世界的一部分。但这是一种哲学假设,它并没有改变量子力学不预测思想的科学事实;它只预测感知的展开,即使所预测的(后来被感知的)是仪器的输出。

因此,摆在我们面前的可能性是,思想是RQM相对物理量含义的基础。换句话说,感知屏幕上的所有物理量都可能作为思想之间的关系而出现。此外,由于思想和感知本质上都是心理的,这种推理指向心灵作为自然的主要基质,其可辨别的状态构成了信息。

这里的假设(我在其他地方详细阐述过)是,思想(其特征性的模糊性实际上可能最终代表了量子叠加状态)是所有自然的基础,并且不限于生物体。观察生物体的物理世界可能来自生物体的思想与周围无生命宇宙的潜在思想之间的相互作用(一种干涉模式)。尽管每个生物体(根据RQM)可能确实居住在自己私有的感知世界中,但所有生物体都可能被一个共同的思想环境所包围,这至少在精神上避免了唯我论。

康恩·亨利勇敢地断言“宇宙完全是精神的”,这不仅是最近实验观察的一个看似的暗示,它也可能为量子力学最严格和最简约的解释提供一个优雅的哲学基础。似乎,心灵可以以多种方式提供摆脱量子困境的途径。

注:本文基于论文“理解精神宇宙”,发表于《哲学与宇宙学》,第19卷,第33-49页。

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