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命运之神应置何方:量子力学揭秘

时间:2024-06-08 百科知识 版权反馈
【摘要】:对哥本哈根解释的许多批评之本质在于,这种解释否认科学家们在他们对世界的描述中称之为“客观”的某些东西,并因而否认科学的世界图像的本质。它与古典物理学的工作方式一致:科学家们自由地假设,所有他们的测量都指涉一个不陷入任何矛盾或困难的客观的根本的实在,而不是一个科学本身强加于科学家的假设。在古典物理学中,换句话说,弱的或强的客观性是完全不能区分的,并且没有理由认为一个科学家不应该坚持客观性路线。

命运之神应置何方:量子力学揭秘

36.工程师、物理学家和哲学家……

……旅行在苏格兰高地上。来到山顶,他们看到一只孤独的黑山羊在他们面前。

工程师说:“请注意!苏格兰的羊是黑的。”

物理学家说:“奇怪呀!苏格兰的有些羊肯定是黑的。”

哲学家说:“哦!苏格兰至少有一只羊是黑的,在对面的斜坡上。”

科学的进步就是突然改变结论。技巧在于新结论要有用且有趣。有一点点证据就普遍化会误入歧途,而严格固守证据的限制并拒绝默认任何不可直接证明的东西会导致完全失败。科学家们必须产生新的构想和假设,然后根据它们行动。

或许这就是哥本哈根解释显得不很充分的原因。它似乎否定思索超出手边证据的基本权利,并且因而也就是否定科学家取得进展的能力。因此,类似地,玻姆的进路兴起,它似乎是恢复那观察之外(或许“之后”是一个更好的词)的纯粹客观的世界构想——一个科学家能够思索构造并探求其特征的世界。按照哥本哈根,观察是你得到的全部东西;在玻姆看来,还有探索更深层次的机会。

另一方面,科学中的革命常常发生,是由于所有的人突然改变结论,因为那看起来如此明显以至于可以看做自明的结论原来是不可靠的。从牛顿的到爱因斯坦动力学转换,迫使人们对诸多“明显”的结论进行根本上的重新审验:时间不是对每个人都一样的;光速不能被超越。玻姆与玻尔的争论等于物理学基础中的这样的一次革命吗?

对哥本哈根解释的许多批评之本质在于,这种解释否认科学家们在他们对世界的描述中称之为“客观”的某些东西,并因而否认科学的世界图像的本质。对客观性的普遍信仰意味着,相信这世界是独立于我们和我们对它的测量而存在的,并且相信当我们建立起一个关于我们周围世界的连贯的科学描述时,我们是在构造一个早已存在的某些事物的更详细、更准确的映像。犹如我们逐渐透过雾气建立起一个早已存在的大象的图像。根据这样的假定,即世界的表象依赖于我们所做的观察以及我们如何选择对它的实验,哥本哈根观点显然拒绝一个我们正在固求其属性的先在世界的观点。而且,它似乎把这个世界说得有点奇思怪想的味道。

例如数学家和相对论者罗吉尔·彭罗斯说“我坚信,像爱因斯坦及其隐变量追随者们,出于物理学的目的,才提供一个实在的客观描述”——换句话说,一个不依赖于某个实验者所做的不可预言之选择的描述。拿走这个客观性,像哥本哈根观点所坚持的那样,那你就把科学的基础变成了沙滩。

让我们更仔细地剖析客观性的概念。应用短语“实在的描述”的彭罗斯以及玻尔而不是爱因斯坦的追随者们,会坚持认为哥本哈根解释在下述的意义上提供了一个实在的客观描述:任何受过量子力学教育的人都能够做同样的验证,并得出同样的普遍性的结论。要是没有一种能分析你欲想象的实验结构的方法,并且由它预言你将遇到的可能的结果的范围,量子力学能提供什么?这不是客观的程序吗?预言本质上是概率的,这是事实,但这并不是说它们不客观——对于什么是相关概率所有人都是一致的;由同一个人或不同的人所做的一系列实验会产生与那些概率相一致的结果表;个别实验结果总会在量子力学所允许的可能结果的范围内。彭罗斯本人接着说,困扰他的并不是量子力学的非确定论。那么这里的真正的麻烦是什么呢?(www.xing528.com)

答案在于,科学家们传统地认为“客观性”要比与实验结果(或可能结果的范围)相一致还多点什么。它更深刻地意指,他们得到的实验结果指涉一个客观实在。这种意义,上客观实在意味着所有的实验结果都与同一个根本的实在相一致。哥本哈根不允许的第二个观点是:正如我们在EPR实验中曾经看到的那样,人们必须小心翼翼地避免这样的一个假定的引诱,即认为两个不可并立的实验(物理上不能同时在同一系统上做的两个实验)应该产生协调的结果。

我们可以把科学家们的客观性概念分为两个部分。按照我们可以称之为“弱客观性”的某些事物,科学的功能的本质在于,当面对一个特殊的实验装置时,在什么能出现和什么不能出现这类问题上,所有科学家都认同实验结果,并且毫不含糊地认同。对于科学来说,看来的确是重要的,并且无论我们选择哪种解释,量子力学都坚守这个原则。

但是我们称之为“强客观性”的观点则走得更远,它宣称关于世界所有可能部分的所有实验结果总会产生的世界图像,实际上不仅是图像,而是真正与客观世界同一的,并外在于我们和先于我们的关于它可能有的任何概念和测量。

客观性的从弱到强——这等于从相信你的实验结果的实在性到相信一个由这些结果所描述的部分被察觉的世界的实在——是一个没有真正证据而冒然断定的重大事件。实际上正是这种跳跃一直在推动科学进步。在古典物理学中,你不会由于这种跳跃而陷入任何烦恼。古典世界观的基本观点在于,科学家们所进行的测量是对一个真正根本的实在的测量。

然而,这种跳跃并非为古典物理学所求。它与古典物理学的工作方式一致:科学家们自由地假设,所有他们的测量都指涉一个不陷入任何矛盾或困难的客观的根本的实在,而不是一个科学本身强加于科学家的假设。在古典物理学中,换句话说,弱的或强的客观性是完全不能区分的,并且没有理由认为一个科学家不应该坚持客观性路线。而同时也不存在从一个到另一个的对照。弱客观性是科学家们为从事他们的工作而必须接受的最低标准:他们必须能够承认规则和程序,以便对实验结果进行毫不含糊的比较,并保证由不同的人在不同的地点和不同的时间所做的实验总会产生一致的结果。从弱客观性到强客观性的跳跃,几乎是一个不可抗拒的诱惑,它由几百年成功的科学研究支持着。但它仍然是一个信仰的跳跃,而不是科学的需要。

量子力学给这种讨论带来的新成分,准确地说是在弱客观性和强客观性之间插入一个楔子。哥本哈根解释说,你仍然可以认同实验的定义、程序和结果,但你却不能认同一个和谐的根本的实在的存在。EPR实验,贝耳定理,阿斯比的结论——所有这些证据等于是从不同实验得来的迥然不同的信息碎片,始终不能装配成一个单一的物理世界的肖像。在古典物理学里,冥王星的表面温度是一个未知数,但它是独立的、客观存在的,并且观察能够陆续地产生那个数值的比较好的估算。在量子力学里,电子自旋是真正不确定的——与“未知”不是一回事——直到你去测量它为止,一个以上下安置的磁铁测量EPR电子对之自旋,另一个以左右安置的磁铁测量另一个电子的自旋,这两者无法比较它们的结果,并达到一个互相一致的关于这电子对真正是什么的描述。强客观性不能被证实。

正如任何革命一样,两种反应是可能的:接受它或者对抗它。接受意味着相信客观实在性不能维持,并且将就我们所谓的弱客观性。对抗意味着,像玻姆一样,寻找一种方法恢复量子力学的根本实在,即使它保留着一些见不到的和不可查的因素。在这种意义上,传统的哥本哈根观点,尽管是苍白的,却是革命的哲学,而玻姆及其追随者们(甚至必须提及爱因斯坦)是对抗革命的,企图倒转时钟到朴素的时代

我们已经看到,贝耳定理仍然不能告诉我们,这个理论是正确的而另一个是错误的,尽管它提供了启发。因为玻姆的理论在数学上等价于标准的量子理论,没有实验是绝不能解决问题的。那么这就是一个人们究竟喜欢哪种观点的哲学爱好问题。实际地讲,大多数物理学家默默地依赖哥本哈根观点,因为它是最简单的,玻姆的实体翻版增加了数学上的复杂性而没有产生任何新结果。即使如此,默认哥本哈根路线的许多物理学家,直接面对它的最深层的纠缠时,开始有些局促不安。或许将来,由于最近几年的实验结果被了解,并且科学在表面价值上接受了它们,革命将被完成。由于希望有那么一天,某个天才的物理学家可能提出一个比量子力学更深的理论,并启发我们更新对实在的理解,这当然也是可能的。但这种理论似乎没有实际的需要,并且在任何情况下,这样一种理论都不是值得想往的。一个彻底恢复世界的确定论的理论,会使我们再次回到18世纪吗?18世纪的世界观认为,一切事物都是因果相映的,没有什么偶然发生的事件,因而我们的思想和行为都是预先决定了的。或许实在的不可言状,按照哥本哈根观点,有其优势……

同时,下述的理解是重要的:科学家似乎能够或多或少地以传统的方式进行科学研究,而并不十分担心客观性。或许,几个世纪以来,科学家们已经习惯于认为,表现出强客观性的某些事物是他们一直视为科学基本部分的知识基础,没有这类最基础的客观性,科学将变得不得要领并任意孤行。但是量子力学的成功告诉我们并非果真如此。即使你不喜欢哥本哈根解释,它否认在每个事物的基础上都存在一个真正的和确实的实在这样的东西,但你不得不承认它有效。它有效——只意味着没有人提出过一个已经证明甚至能够证明它不正当的实验——这一事实表明了科学能够继续不顾及强客观性的丧失。它不是一个哲学的选择而是一个实证观察的陈述:量子力学有效,其他科学也依然有效,即使对客观性没有一个老式的信仰。

但这会把我们带到不久前暂搁下的一个疑难问题。如果实在真的不如我们通常想象的那样坚实而不可辩驳,那么对于一切意图和目的为什么它似乎又行为得好像是那样呢?我们必须咬住实在的解释,是当我们考虑EPR实验时,而不是我们向太阳系以外发送探测器之时。至少,行星好像它们是固体球那样行动,这又为何呢?

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