分享

《量子力学的真相》读书笔记

 碧海蓝天kx32di 2025-01-28

特别申明:

1、本文是阅读《量子力学的真相》以及万维钢老师关于量子力学的课程的读书笔记。

2、因为是笔记,本文有大量文字是直接从书本和课程中拷贝,图片也是从课程中复制,由于是作为学习笔记,本人未作特别区分。

3、本文夹杂的个人叙述是非常不严谨的,不能作为科学材料,如果有人被本人的笔记误导,本人不承担责任。

4、斯莫林和万维钢提供量子力学内容,本文不作任何商业用途。

一、《量子力学的真相》作者简介

李·斯莫林(Lee Smolin)是一位理论物理学家(还有一类是实验物理学家),自2001年以来一直是Perimeter 理论物理研究所的高级教员。他在量子引力理论作出了很多贡献,他一直是量子引力和变形狭义相对论两个主要方向的共同发明者和主要贡献者。他还通过他的宇宙学自然选择的建议为宇宙学做出了贡献:一种可证伪的机制来解释物理定律的选择。他还为量子场论,量子力学的基础,理论生物学,科学哲学和经济学做出了贡献。他发表了150多篇科学论文,并为公众撰写了大量关于科学的论文和著作。

李·斯莫林写了四本书:《宇宙生活》(1997),《量子引力的三条道路》(2001),《物理的麻烦》(2006)和《时间重生》(2013),探讨了当代物理学和宇宙学提出的哲学问题。最近,他与Roberto Mangabeira Unger合著了《奇异宇宙》和《时间的现实》。

Smolin出生于纽约市,曾就读于汉普郡学院和哈佛大学。在普林斯顿大学、圣巴巴拉大学和芝加哥大学完成博士学位后,他分别在耶鲁大学、锡拉丘兹大学和宾夕法尼亚州立大学担任教职。作为美国物理学会和加拿大皇家学会的会员,斯莫林被美国物理教师协会授予2009年克洛普斯泰格纪念奖,并于2008年被《展望》和《外交政策》杂志评选为100位最具影响力的公共知识分子名单中的第21位。2015年再次登上这份名单。今年(不知道是不是2022年),玛丽娜·科尔特斯(Marina Cortes)和他还获得了首届布哈尔特宇宙学奖。他还是滑铁卢大学物理学的兼职教授,也是多伦多大学哲学系的研究生院成员。

以上来自于李·斯莫林的个人网站介绍http:///

接下来转述作者写《量子力学的真相》三大主要目的,第一个目标是,作者想对非专业人士讲述量子力学的核心存在什么样的谜团。第二个目标是提出一种关于量子力学之谜的观点:只有通过科学的进步才能解决这些问题,而这种进步必然会使我们发现量子力学之外的世界,也就是说作者相信我们可以发现世界的规律。第三大目标:在物理学家探寻量子力学之外的世界的前沿阵地上,向更多读者汇报我们的工作。

作为我的学习笔记,我主要记录两个部分,一是量子力学讲的什么(这是主要的),二是简要转述量子力学的两大阵营,是怎样的一种哲学观。

《量子力学的真相》,英文名字应该是《Einstein's Unfinished Revolution》,直译过来应该是《爱因斯坦未完成的革命》。也许从书名可以看出作者是站在哪一学派的。

二、量子力学的发展

在经典物理里,光就像一个个有体积的小球,是当作粒子来研究,后来麦克斯韦推导出麦克斯韦方程组,指出光就是电磁波,不同颜色的光是不同的波长、频率。那么就有了光粒子学说和光波动学说。这个大家都知道,就不啰嗦了。以下主要介绍量子力学几个关键性的发现和问题,看看量子力学的发展过程,可以大致了解它是怎么回事。

1、黑体辐射

一般来说物体不论冷热都持续地发射着电磁波,这种现象称为热辐射。按照经典物理理论,物体发光的波的辐射的能量,跟温度有关。理论物理学家设想理想的黑体,所谓黑体,就是不反射光的物体,比如太阳,吸收所有的光,然后自己发光,发光的光谱只和其温度有关,波长越短,辐射的能量会无限大。

斯特藩-玻尔兹曼定律M(T)=σT4、维恩位移定律是测量遥远星际表面温度的常用和有效的方法

图片

两个经验公式可以对图7-3的实验图像的部分性质做定量描述,

然后实验物理学家研究了不同温度的黑体辐射,画出了上述曲线。但是利用经典理论对这个曲线进行精确描述时却遇到了困难,因为辐射的能量和频率有相关性,但是在高频率 (也就是紫外线以外) 的地方,温度却不高,这就是物理学的“紫外灾难”。经典物理理论竟然无法囊括世界的全部!

1900年德国物理学家普朗克根据曲线凑方程式(记住是“凑”),将黑体当作大量谐振子构成的集合,并且每个谐振子都可以发射和吸收电磁波。为了使得理论公式和实验相符合,普朗克假设每个谐振子只能拥有分离的能量ε=nhν,也就是说能量是量子化的。

这个假设是电子振动产生无线电波的能量不能是连续的,而应该是一份一份的。普朗克规定每一份辐射能量的最小单位是由光的频率决定的。

其中 f 是频率,h 是一个常数,现在称之为“普朗克常数”,h = 6.626×10^(−34) 焦耳·秒。但是没有人知道普朗克常数代表什么含义。

2、光电效应,光照射在金属表面打出电子的现象被称为光电效应。

根据经典理论,无论何种频率的入射光,其周期振荡的电场都会使得金属表面的电子产生受迫振动。只要光的强度足够大,就能使电子具有足够的能量而从金属表面逃逸。即使强度不够大,只要有足够的能量积累时间,也可以挣脱金属表面的束缚逃逸。但是实验发现,电子逃逸跟强度没有关系,而是跟光波频率有关,这个经典物理就没法解释了。

为了能够解释普朗克常数的含义,1905年爱因斯坦发表了六篇论文,其中一篇叫《关于光的产生和转变的一个启发性观点》,爱因斯坦提出了“光量子”。

爱因斯坦说光不是连续的一片波,而是由一个一个的光子组成的,每个光子的能量就是它的频率乘以普朗克常数。

图片

这就是量子的开端。

所以啊,物理学家的数学基础必须好,想不通道理的时候先凑方程,找出数学模型,然后去寻找物理解释。

3、原子结构的研究

约瑟夫·汤姆孙发现了电子,他认为原子的结构是“葡萄干布丁”模型,蛋糕本身是正电荷,葡萄干是负电荷的电子,原子一受热,电子们就会在蛋糕上振动起来,形成电磁波,这也就是辐射发光。但是这个假设是错误的。

卢瑟福通过粒子碰撞实验,认为原子的结构是中间原子核,外层电子围绕原子核旋转,我称之为“地月模型”。但是这就带来两个问题,

第一,按照麦克斯韦电磁理论,电子的圆周运动会辐射能量,电子自身则会衰变,为什么电子围绕原子核旋转而不掉进原子核。第二,电子做圆周运动,运动轨迹是连续的,从原子向外辐射能量应该是连续的,但是实验观测到的光谱(也就是原子辐射的能量)竟然不是连续的。

然后有一位中学老师巴尔默凑了一个方程式,定出了光谱和波长之间的关系,其中有个变量N,N是大于等于3的自然数……

这个变量也可以看作光量子化。

4、电子能级和跃迁的假设

1912年,尼尔斯·玻尔就根据巴尔默的方程式,做了四个假设,第一,电子平时按照特定的轨道运动,每个轨道有自己的能级,能级和“轨道量子数” n 的平方成反比。第二,电子在同一个轨道中运动的时候,并不向外辐射能量。为什么不辐射能量我们暂时不知道。第三,只有当电子在两个不同能级之间“跃迁”的时候,它才会辐射能量。辐射的能量正好是两个能级的能量差,同时又等于普朗克常数乘以光的频率。第四,电子轨道有个角动量,角动量也要量子化。

但是这些假设也有问题,为什么轨道只有固定的那么几条?为什么电子在轨道中就不会辐射能量了?科学家们继续研究。

以上都是光子量子化的开端。

5、德布罗意的统一物质波理论

托马斯·杨的双缝干涉实验,类似于吹皱一池春水,数个水波交错,波峰叠波峰峰更高,波谷抵波谷谷愈深,波峰波谷一相逢便是縠纹平。双缝干涉图像,与光的粒子说相矛盾,因为粒子都走直线,几条直线交叉,不会这样的,所以这个实验说明了光子是波。后来,路易斯·德布罗意写博士论文,主要就是说所有的物质都具有波动性,波长 = 普朗克常数/动量。

后来的晶体散射实验,验证了电子经过晶体硅,也会形成干涉图像。所以说明电子是波。这就让物理学家们困惑了。

为了解释这种矛盾,部分科学家就提出了“波粒二象性”这个概念,量子既是波也是粒子,或者说身兼二职吧。在波的基础上看成粒子,粒子的基础上看成波。德布罗意认为,光子并不一定沿直线传播,因为它们由波引导,而波会衍射和折射。

6、海森堡的不确定性原理

电子什么时候是波,什么时候是粒子呢?海森堡认为不需要想,要关注可测量的东西,也就是电子运动轨迹。

我们想象一下崂山道士穿墙,在经典物理中通过测量崂山道士的质量、位置、运动速度和方向,来确定他在挨着墙的那个时刻动能是多少,再计算墙的质量、接触墙体的面积,可以算出来崂山道士是否能撞开墙体,穿过去。只要给出具体的时刻,就能计算出崂山道士在那个时刻的状态(state)。

但是对于电子这种尺度的物质,没法测量它的具体位置,简单想象就是没有一把这么微小的尺子(也就是测量工具问题,这个对量子力学的哲学观有一定影响)。其实真正原因是电子的特性,不可能同时知道电子的位置和动量,对电子的位置更明确,则对它的动量不清楚;对电子的动量很清楚,但是对它的位置则不明确,所以也有叫做“测不准原理”。

想象崂山道士,如果把他的身体看做电子,当这个电子进入墙体时,这就是确定了他的位置,但是他的动量却无法测量,不恰当地说就是不知道他是卡在墙体里,相对于墙体是静止了,还是正在穿过墙(“卡住”and“穿过”可以看作是电子的两种state,也就是量子态),那么当我们没有看这个电子时,也就是我们没有测量电子的时候,这个电子处于既“卡住”又“穿过”的第三种量子态(跟薛定谔猫其实是一回事),当我们睁眼去看这个电子时,崂山道士可能穿过墙体,可能卡在墙体里了,各有一定的概率。

这一段话,有没有让大家想起王阳明的你未看此花时,此花与汝心同归于寂;你来看此花时,则此花颜色一时明白起来。”。回头再说这段话。

不确定性原理是一个关于量子世界的本质的论断,甚至可以说它的优先级高于量子力学的其他所有定律。再次把崂山道士看成光子,墙上有个小孔,这个孔的直径越接近于光子的波长,那么在墙的另外一边竖起一面白幕,可以看到崂山道士化成一圈圈光环,或者说一圈圈水波纹一样的光圈,这是光的衍射,用不确定性原理解释,因为孔越小,对于光子来说,位置越确定,那么它的动量的不确定性就越大,它飞出的方向就没有呈现出直线的状态。而孔变大,就是对于光子的位置确定性弱化了,那么动量就变得确定性强了,它就走直线,白幕上就是一坨光斑。它的位置则越不确定,换句话说,根据不确定性原理,你甚至可以通过控制某一方面的不确定性,去改变另一方面的不确定性。

再根据不确定性原理想象一下,崂山道士这个量子如果是绝对静止状态,也就是动量为0,会发生什么情况?也就是说崂山道士的位置是无法检测的,会出现在任何一个位置,假如真有个捕捉崂山道士的仪器,就会看到一片云。

7、薛定谔方程

薛定谔根据德布罗意的统一的物质波理论,决定编出一个公式,也即是一个数学模型。于是就有了下面的方程式,

图片

h是普朗克常数 ,m 是粒子的质量,V 是势能。这个方程描写了“波函数” Ψ(x,t) 在不同位置和时间的变化。这个方程说的是 动能 + 势能 = 总能量(能量守恒定律)。方程有了,就要找到物理解释。但是这个方程里面有个虚数i,那么就代表了在现实世界中,无法测量波函数,这个很头疼。

后来德国物理学家马克斯·玻恩(Max Born)提出了一个解释,“波函数绝对值的平方,等于粒子出现在那个时间和那个地点的概率。” ,换句话说是,在空间中某个特定位置发现粒子的概率与该点上相应的波振幅的平方成正比,也就是说波函数在一个地方的绝对值越高,粒子在那里被发现的可能性就越大。如果波函数在A位置是 0,粒子就绝对不会在A位置出现。这是玻恩解释。简单粗暴地说,粒子出现在哪里,全凭概率,这就是“上帝在掷骰子”。

在经典物理里,崂山道士这么一大只动物,去穿墙,他的动能必须大于墙的势能,才能把墙体撞开洞穿过去。但是在量子力学里,用薛定谔方程,也就是波函数一看,不是那么回事。量子尽管其动能比势能小,也可以穿墙,只不过其波振幅衰减,我们说量子隧穿啦。

仔细思考,粒子飞行时,动量的确定性比较大,那么位置的不确定性比较大,可能就在附近的空间到处都有,打个比方就是崂山道士这颗电子冲向墙壁的时候,他的位置以某种概率分布在墙壁附近的任意点。但是当我们去测量崂山道士的位置,那么位置被确定了,其他位置的粒子出现几率就没有了,全部集中在测量的那个位置了,这个就是波函数的坍缩,从一个波函数变成了一个粒子。

这个瞬时的非定域性的过程,怎么做到的?(超距)

这个方程解释了几个问题,一个是电子能级,一个是量子隧穿(也就是平面波遇到墙,有一定概率穿过墙,这是计算出的结果,在现实中的例子就是核裂变,原子核的质子和中子的分裂动能小于结合力的势能,但是也有一定概率分裂,还有核聚变)。

量子隧穿对墙的宽度非常非常敏感,金属表面原子的高低排列哪怕一点点的起伏都能体现在电子穿墙的概率上,而这就意味着扫描隧道显微镜能看到原子的图像 。

在《量子力学的真相》里,玻恩规则就是“规则二”:测量之前,测量结果只能用概率预测,但测量后得到的结果是确定的。这是因为,测量行为将被测系统放到了与测量结果对应的状态之下,从而改变了被测量系统的量子态。这个过程叫作“波函数坍缩”。

这个奇怪的事情,在经典物理里是不可能发生的,波就是连续的啊。这个方程和狭义相对论有矛盾的地方。

图片

8、狄拉克方程

狄拉克做出了融合波函数的量子电动力学方程。这个方程算出了“正电子”,也是第一种反物质。另外算出来电子有“自旋”,自旋是电子的一个内在属性(”自旋“并不是我们想象的自旋),是一个具有角动量(自己搜吧,我写不出简单解释)特点的性质。当物理定律说“角动量守恒”的时候,是说电子的 总角动量 = 轨道角动量 + 自旋角动量,是守恒的。这个性质跟日常生活里的事情非常不一样。

如果我们把电子想象成一个小球,自旋是这个小球的自转,自旋的正负号是自转的方向,那么电子自旋1/2意味着这个小球必须转两圈,才能回到原来的状态,打个很不恰当的比方,小球旋转的起点设定一个状态,叫“我是男人”,转一圈也就是转360度,我们看小球本应该是转到了“我是男人”状态的结束,并且是另一个状态,叫“我是女人”的起点,小球再转一圈,才能结束“我是女人”这个状态,回到“我是男人”这个状态。大致是这样理解。(这一段是我自己的理解,不要被我带沟里)

图片

9、泡利不相容原理

费曼说世界是由原子组成的。所有基本粒子有两种,一种是玻色子,它们自旋是整数,玻色子是“力”,另一种是费米子,自旋是整数的一半,是“力”的感应者。一个原子的任何两个电子的四个量子数,不能完全相同,也就是不存在处于相同量子态的费米子。

10、全同粒子

量子力学中有个概念叫做“全同粒子”,全同的意思是无法区分。电子和电子,质子和质子,一切名称相同的粒子都是全同粒子。全同粒子不仅仅是外观和物理性质一样,而且在根本上、在数学上,都是无法区分的。

如果组成世界的原子都是全同的,要么就是全世界只有一个原子,或者原子全部是数学结构,就像是“1”或者“0”。

大家可以从这个观点中想象出我们这个宇宙,是不是真的是设计一个电子游戏?

11、Bell's theorem(贝尔定理)

在定域性世界中,对某一系统所进行的测量选择永远不会影响另一个遥远系统的测量结果,测量操作的特定相关性受到某种不等式的限制。然而,目前已有实验结果违背了这个不等式。贝尔定理也称为贝尔关系、贝尔限制。

假如有两个光子从一台仪器里,同时相背发出,那么测量A的动量,照说不会影响B的位置。但是实际上,经过实验验证,B的位置还真发生了变化。

也就是说两个量子存在超距作用,怎么解释呢?薛定谔说,这两个量子纠缠到一起了。哥本哈根学派,就认为,测量的A和B其实是在一个测量系统里面。这个解释存在一定的缺陷。

12、导航波理论(pilot-wavetheory):

在部分现实主义科学家眼里,电子是两种实体,一种类似粒子,一种类似波。粒子总是位于某些特定地点,且总是沿着某些特定路径运动;而波则会在空间中“流动”,同时遍布在实验中所有可能的路径。波会引导粒子的运动,导航的基础则是所有路径上的状况,粒子具体通过哪条路径也还是由在所有可能路径上流动的波来决定。

简单说就是波函数引导了电子的运动轨迹,运动轨迹有章可循,不需要使用规则二“波函数坍塌”。

在德布罗意的引导方程中,粒子会沿着最陡峭的路径“爬”上波函数,这决定了粒子的运动方向和速率;而在玻姆的理论中,描述了粒子在受到外力作用后的加速方式。与牛顿运动定律的不同之处在于,玻姆需要假设这种外力会引导粒子朝着波函数最大的方向运动。此外,玻姆还不得不再引入另一个假设:粒子初始状态时的运动速度由德布罗意的引导方程给出。

德布罗意和玻姆的理论只是用不同方法表达了同一种思想:波函数和粒子都真实存在,且正是波引导着粒子。

再拿出崂山道士说事,玻尔一派的物理学家认为我们不可能发现崂山道士是怎么穿过墙的,而德布罗意和玻姆的导航波理论说,我们可以算出来崂山道士从哪里穿过去的,为什么?波导啊,波导手机,手机中的战斗机!

导航波理论还解释了一些寻常量子理论不能解释的东西。它完备地描述了每个个体过程中发生的一切,还解释了电子运动的原因和方式及其不确定性和概率性的来源,也就是粒子初始位置信息。

后来有一批科学家开始研究导航波,形成了所谓的“玻姆学派”,他们提出并解决了一些导航波理论中的精深问题,其中最棘手的一大问题与导航波理论中概率的出现方式有关。要想理解导航波理论中的概率性,我们得想象一系列拥有相同波函数但粒子起始位置不同的系统集合。开始时,这些粒子的分布遵循概率分布函数,这个函数会告诉我们粒子的各个初始位置在所有系统中出现的频率。根据玻姆规则,粒子的分布方式必然满足如下关系:波函数平方越大,系统集合中粒子的数量越多。

有点烧脑是不是?我们瞎想一番,崂山道士要穿墙,根据波函数可以推导出,哪一个波分支能够把崂山道士引导到墙的另外一边,其他无数个波分支把崂山道士引导到墙的另外一边的可能性很小,甚至是0。这里提到了无数个波分支,是不是让我们想到了多宇宙?其实还不是多宇宙,只是多分支。我认为这算是多个未来,这样看起来未来可以预测哦。

导航波理论涉及的重要一点是:所有原子都真实存在,且都处于空间中某一确定的位置。每个原子都有自己的位置,也就是空间中的某个点,同样的道理,每只猫都有自己的位形。

在三维空间中,每个原子都有与自身对应的波,每只猫也都有与自己对应的波,但这种波所在的位置颇为奇怪。猫对应的波并不处于三维空间中,而是处于一种高维空间中,这个空间称为“位形空间”(configuration space),其中的每个点都对应猫的一种位形。我们都是由粒子构成的,正是各种可能位形构成的庞大空间中的波函数引导这些粒子走到了目前的状态。如果只是把我们视为原子,那么波函数空分支和非空分支之间是无时无刻不在发生干涉的。

13、“物理坍缩模型”(physical collapsemodels)。

坍缩理论在细节层面上各有不同,但它们都有一个关键特征:任何量子系统的行为都是不确定性原理(规则一)和波函数坍缩(规则二)的混合体。关键之处在于将规则一和规则二合并成一个能够具体描述波函数随时间变化的规则。当这个规则应用于尺度非常非常非常小的系统时,我们就可依据原来的规则一对系统的量子态做出近似的估计,如果崂山道士是个很小很小的例子,它的波函数可能坍缩,但概率极小,而当崂山道士长成人时,坍缩就会频繁发生,于是,道士就似乎总是处于某个确定地点。所以呢,道士穿墙非常有可能是把自己缩小成一个电子了,穿过去之后就坍缩成一个道士了。

(以下内容摘自原书)

导航波理论和坍缩模型给了那些想要成为现实主义者的量子物理学家两个选项。这两个选项之间的差异令人震惊,但它们之间的相似性也同样惊人。

选项之一是,相信波和粒子都真实存在,即接受导航波理论。这种理论轻松地解决了测量问题,但相应的动力学解释并不对称:波函数可以引导粒子,而粒子却不会影响波,即粒子对波没有任何反作用。此外,如果我们接受了导航波理论,我们就要相信我们是生活在一个充满波函数的“幽灵”空分支的庞大世界里。

另一个选项是接受坍缩模型,坍缩模型避开了以上所有的缺陷。在坍缩模型中,只有波是真实存在的,因而就没有双重本体和反作用的问题,波函数的空分支也不存在——坍缩消除了这些空分支。这类模型也能解决测量问题,但也要付出代价:这个理论引出了一些可调节的参数,只有不断调节这些参数,才能保证理论的可行性。

14、“圈量子引力”(loopquantum gravity)

“圈量子引力”(loopquantum gravity)的量子引力研究方法的核心结构是自旋网络。在圈量子引力理论中,自旋网络体现了一种可以让量子理论和广义相对论共存的方法。彭罗斯在拓展了自旋网络之后,便发现了“扭量”(twister)理论。扭量理论描述了潜藏在电子、光子和中微子传播过程背后的几何学原理。扭量的本质是中微子物理学中的一种与“宇称”(parity)有关的美妙的不对称性。

15、“多世界”理论【魔幻现实主义】

1957年,约翰·惠勒的博士生休·埃弗里特三世(Hugh Everett III)率先提出了这个理论,因此,这种理论应该叫作埃弗里特量子力学。现在更常用量子力学的“多世界诠释”来指代这种理论,因为有些人提出,这种理论认为我们所体验的这个世界只是众多平行世界中的一个。多世界诠释成立的一大前提是,所有版本的观测者都不能互相交流,各个分支必须严格独立开来。多世界诠释断言,一项实验的每个可能的结果都会有一个分支在其中真实出现,不存在某些分支比另一些分支出现的概率更大这种说法。埃弗里特理论提出,我们每个人的生活都有许多平行分支,而定义它们的正是一个个已退相干的分支。这种理论还存在争议。

16、“退相干”(decoherence)【批判现实主义】

“退相干”这个词表明,这些大尺度对象似乎失去了波动性,因此表现得就一个像素就由海量原子构成。此外,在这样的模式中,只有当某些不可逆事件确实发生后,我们才能说“发生了一次测量”。

退相干是我们对这样一种过程的称呼:不可逆的变化在这种过程中出现,并且通过平均来消除原子真实运动中的随机性。退相干是量子理论的一个非常重要的特征。正是因为有了退相干,如足球、摆桥、火箭、行星等大尺度物体的粗略运动状态才有了符合牛顿物理学定律的确定值。

按照量子力学的观点,包括猫、足球、行星在内的任何物体都具有波粒二象性。然而,就这些大尺度物体来说,波动性因为它们与混沌环境的相互作用而变得完全随机,以至于无法通过任何实验来进行评估,于是,我们可以认为波粒二象性中的波动性被静默了,物体也因此表现得与寻常粒子一样。

退相干是一种在分析真实量子系统时很有用的概念,例如,量子计算机的很多设计都是为了中和退相干的影响。

概率有三种,一是主观的贝叶斯概率,比如我们说明天下雨的贝叶斯概率是30%,实际上描述的是我们相信明天下雨的可能性是30%,二是客观的频率概率,比如我们记录抛了100次硬币,正面朝上的次数是50,那么客观的频率概率是50%,三是带有物理属性的倾向性。在信息有限的情况下,最理性的选择就是按照从历史记录中观察到的频率概率来决定主观概率性赌注。就是说,我做了N次抛硬币实验,得出来正面朝上的贝叶斯概率是50%,于是预测下一次抛硬币出现正面朝上的可能性是50%,针对这一单次抛硬币的概率就可以算是硬币的物理属性的倾向性。一般量子力学还假设概率性是量子态的一种内在属性,因此,它就是一种“倾向性概率”。

17、“关系性量子理论”(relational quantumtheory)

这个理论介于操作主义和某种形式的现实主义之间,它认为,量子态与宇宙的分裂、观测者以及被观测者有关,并且代表了观测者可以知晓的关于被观测者的信息。

18、“拓扑场论”(topological field theories)

关系性量子理论就是一种对拓扑场论的简练的数学描述。这两个理论不涉及任何对整个宇宙的量子描述,当然也不涉及描述宇宙整体的量子态。这两个理论中的量子态描述的是宇宙分裂成两个子系统的各种方法。我们可以这样理解这类量子态:它们携带了某一侧子系统中的观测者可以掌握的关于另一侧量子系统的信息。

19、位形理论【魔幻现实主义】——这个理论引入了时间

早在20世纪90年代,朱利安·巴伯(Julian Barbour)就提出了一个涉及许多时刻而非许多世界的宇宙学量子理论。在以巴伯和戈麦斯为代表的科学家看来,时刻是一种描述宇宙整体的位形。这类位形是相对性位形,编码了在某一时刻可以被我们捕捉到的所有相对性关系,比如相对距离和相对大小。所谓的时间流动其实只是幻觉,现实只是无数时刻的堆砌,每一个时刻都是描述宇宙整体的位形。你此刻体验的就是一个时刻,然后,等你看到这句话时,你体验的又是另一个时刻了。

科幻电影《降临》,外星生物七肢桶,发出的语言实际上把过去、现在、未来的事件统统展现出来。也许就是考虑了这个量子理论。

三、两种哲学观

1、反现实主义:

玻尔称这种全新的哲学为“互补”(complementarity)。他是这样解释这一概念的:粒子和波都不是大自然的属性,它们都只是我们脑海中的想法,是我们强加给自然世界的概念。

我理解的是,玻尔认为我们人就是观察工具,是这个量子世界中的一部分,当我们“看”某件事物、某个量子,实际上是对量子的一种干扰,我们观测的结果实际上是已经坍缩的一个确定值,用玻尔的话说,观察结果反作用我们的观察,如果仔细思考,我们观察的结果实际上不是真实值,作为观察工具的我们,永远得不到事物的真相。这对于渴望追求真相的人类,实际上是个打击。

现在重新说起王阳明的“你未看此花时,此花与汝心同归于寂;你来看此花时,则此花颜色一时明白起来。”回头再说这段话。如果简单粗暴地把心当成客观世界,把花看作量子,而“你”是观察工具,当你不去测量“花”,“花”有自己的运行状态,是不确定的,这是“心”本来的样子,但是当“你”去看“花”,“花”因为“你”这个观察工具的干扰,展示出“你”看到的样子,这是“心”的状态吗?

玻尔说,“你”以为看到的“花”是“心”的真实状态?NO!那是“你”加入到这个量子系统后,“花”受“你”影响呈现出的样子,这不是真实的“心”的样子,你永远不知道“花”和“心”的实际样子。

2、现实主义:

所谓的现实主义观点,即认为外部世界完全可以独立于我们而存在这样一种观点。也就是说,观察者不会对观察对象造成任何神秘的影响,现实就在那里,完全不会受我们的意志和选择所影响。这种现实就完全符合我们的认知,并且也只包含一个世界。

我的理解是,作者认为这个世界是真实的,我们是可以通过物理研究,逐渐得到真实世界的样子。花树真实地长在真实的山间,不管你去不去看它,它都会顺应节气花开花落,这和你的心是否沉寂无关。

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多