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量子力学测量方法与超越物理学:透析命运之神

时间:2024-06-07 百科知识 版权反馈
【摘要】:对于玻尔所要求的测量方式,似乎在某种意义上测量本身是一个非量子力学过程。宽泛地说,有两种处理薛定谔猫的方式。总之,并非这些论证以某种特殊的方式真正有助于说明量子力学测量的真实情况。如果它是只与物理学有关的事件,并且很普通的测量装置能够容易地分析量子不确定性,那么它们似乎依赖于一种超越量子力学的物理学。

量子力学测量方法与超越物理学:透析命运之神

18.心理学……?

思考一个处于不确定状态的电子,由于测量而变成一个非上即下的电子所导致波函数坍缩或编缩的观念:测量前的一个“半上,半下”的波函数,测量后约化为一个或“上”或“下”的波函数。

薛定谔猫的故事所表现的是,我们不知道在测量和探测的哪一时刻波函数坍缩,换句话说,在什么时候模糊的不确定性转换成可靠的古典知识。哥本哈根解释并没有给我们什么帮助,而玻尔也只是告诉我们,作为一个实际问题它不是一个重要的问题。总之,在现实的实验中,有些事情是明白的,一个测量在某个时候成为确定的,即便我们不能确切地说在什么地方,并且我们对于一个测量怎样和在何处得以完成的无知似乎没有任何真正的结论。虽然这种形势在形而上学方面正在溃败,但可能有的结论不会超出理性的范围。对于玻尔所要求的测量方式,似乎在某种意义上(到目前为止尚难明确)测量本身是一个非量子力学过程。真是这样吗?

宽泛地说,有两种处理薛定谔猫的方式。首先,我们知道,在实验室中,那个斯特恩—革拉赫磁铁作为一个测量装置不含糊地运转,可靠地产生或“上”或“下”的结果,并且绝不停止在某些不可思议和不完全确定的半“上”半“下”状态。没有理由认为,这样一个装置能以不同的方式物理地运转只是因为它的运作碰巧对直接的检查是隐蔽的,于是我们断言,在有猫的箱子里,测量无可怀疑地在半点钟发生,此刻我们知道电子被发射穿过斯特恩—革拉赫磁铁。测量一发生,在有人打开箱子之前猫或死或活只是时间问题。这并不比你抛掷硬币更费解,被抛的硬币滚到钢琴下你不能看到它的地方,为了看看硬币是正面还是反面朝上,你不得不等待你的力气大的姐夫抬起钢琴。

与此有关的问题是,一个完全未予说明的问题被遗留下来:是什么构成一个有效的测量装置。它必须足够的大,因而包含有足够多的原子,并且它们的量子行为无论如何无关紧要吗?然而究竟有多少原子算是足够多呢?并且为什么只因为大量的原子聚集在一起成为一个单一的装置它们的量子行为就消失了呢?我们可以这样想象吗:实际上量子力学只对于个别的客体或者粒子才是正确的理论,为了说明较大的系统某种专门的定量的修改是必要的。

如果我们只是坚持在实际运作中进行测量设计而绝不留意如何进行,那么我们可以忘记薛定谔猫。然而这是一个可怜的专横和神秘的声明:这等于说量子力学是一个优秀的、详尽的、完备的理论,但我们需要一个翻译其意义的妖精。

第二种策略认为,只当有人记录它们时测量才是现实的。这些似乎是对物理学理论应用的一个有点古怪的态度,它把我们带到形形色色的哲学沼泽地。欧根·魏格纳提出一个卷进他的一个假想的朋友的论证。假设薛定谔的猫在箱子中,并且经过一定的时间,以致这猫有死活各半的机会。现在假定魏格纳的朋友打开箱子并看到猫的状态——非死即活——但他暂时没有告诉魏格纳结果是什么。这意味着就魏格纳的朋友来说猫的波函数已经从不确定坍缩为确定,而就魏格纳本人来说在他的朋友告知他猫的状态之前波函数仍然未坍缩吗?或者说一旦有什么人测量或观察到一个结果波函数就坍缩吗?

我们所采取的无论哪种论证路线都使我们陷入麻烦。如果我们认为波函数坍缩是对不同个人的,并且那时他们要亲自获得有关结果的知识,那么我们似乎在说波函数代表的不是粒子或系统的物理状态而是我们关于那状态的知识。那么对于这个世界,每个人都有一个不同的波函数,它体现着他们对于这个世界的特殊的知识。(www.xing528.com)

但我们不要忘记笛卡尔,他相信自己的存在——我思,故我在——但不相信别的什么人。为什么只是别人(可能是不可靠的人)告诉我一个结果或一个观察我就确信无疑呢?如果我是笛卡尔,我会只相信我直接知道的,并且我不得不得出这样的结论:量子不确定性卷入我不能亲身验证的每一件事情(温布尔顿人的结局,新西兰的存在,当我度假在外时我的草坪要不要剪修)。

然而,在另一方面,我能够相当好地以这样一个假定起作用:温布尔顿在1995年被彼得·圣普拉斯打败,并且新西兰事实上是存在的,依据我的邻居的告知我不能避免剪修草坪,因为在他看来草好像长得老高了,而我又要它干净整齐。

如果事实的存在,对于我依赖于我的意识,对于你则依赖于你的意识,那我们怎么能够如此一致呢?当我们与日常物体打交道时,大量的基本量子不确定性怎么会消失呢?如果这样一种观念意味着这个问题的解决,即人的意识把暧昧的量子模糊性变成可靠的知识,我们看上去,没有全部这样做。我们可以说量子模糊消失对于我只当我在观察的时候,对于你只当你在观察的时候,然而我们不得不承认对于你和我——甚至对于任何其他什么人——它以差不多同样的方式消失,这又暗示量子模糊性的消失与你的、我的或者什么其他人的大量观察没有什么关系。

或许这个答案在于对每个人来说任何人的意识都将坍缩波函数:魏格纳或他的朋友究竟哪一位首先打开箱子并看到猫,这不是问题所在。然而如果我们遵循这种策略,那么我们正在把一些奇怪的和不可思议的特性归属于人类观察者的存在。事实上这与第一个观点没什么不同,在那里我们仅仅断言诸如斯特恩—革拉赫磁铁之类的“测量装置”以某种似乎超出量子力学规则的方式独自获得一个确定的结果。把同样神秘的能力归属于人类的意识,只因为人的意识是神秘的,并且我们同样地可以在一个适当的地方抛下一切神秘性,而不至于使我们走极端。

然而,这已经严肃地假定,人的意识和感觉不知怎么就成了测量问题的关键;它甚至把测量的物理作用也作为发觉在量子不确定性与特定的知识之间最终划界结果的心理作用。始终没有谁提出过一个关于波函数与脑函数之间奇特相互作用的科学说明,但尽管如此,一些有声望的物理学家(包括魏格纳本人和他的朋友、聪明的数学家约翰·冯·诺依曼)已经接近这个方向——或许这比任何做法更保险。你也许不能提出一个构成一次测量的客观定义,但至少你可以说,当有人观察并记录下结果的时候,这测量是现实的。

总之,并非这些论证以某种特殊的方式真正有助于说明量子力学测量的真实情况。如果它是只与物理学有关的事件,并且很普通的测量装置能够容易地分析量子不确定性,那么它们似乎依赖于一种超越量子力学的物理学。或者如果它不是物理学的物质而是意识的,那么我们也就被导向一个不适宜的唯我论。在这种情况下我们各自生活在一个隐蔽的和包围着的量子不确定性之中而仍能设法感知这同样牢固的世界,要不然我们很容易举起我们的手,并断定有某种意识的东西与函数物理地相互作用而使之坍缩。然而如果我们不理解纯物理学怎么能够完成这样一件事,那么使用心理学的优势又是什么呢?

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