破解量子之谜需要新哲学革命

关于量子测量,目前认知情况是,仅仅笼统地认为它是一个物理“过程”, 唯象地知道它的一头(输入)和一尾(输出)。中间许多内容都“不甚了了”。虽然有冯诺依曼模型等测量模型,但那真的也只是模型而已。尤其是不少工作想把测量过程拉入薛定谔方程描述的轨道,实质是将R过程归化于U过程。这 显然是“小瞧了”测量过程的深邃,“低估了”量子理论遇到的困难。这里决定性需要的是突破以前所有观念约束的想象力。
——张永德. 高等量子力学(下册)[M]. 科学出版社, 2009. p592

正如Dirac等许多人所说的,对量子理论坍缩过程和空间非定域性的研究很可能需要深刻变革迄今保持的某些很基本的观念,而不是依靠建模方式进行的唯象性质的研究。虽然后者也许有助于对事物现象的归纳,但无助于对事物本质的洞察和理解,也难于呈现想像力和美感。
——张永德.《量子信息物理原理》[M].科学出版社.2008

当一个微观对象遇到第二个微观对象,第一个对象会“观察”第二个吗?不会。作为一个例子,我们来考虑同时存在于一对盒子里的原子。譬如说光子被发送通过(透明的)上面的盒子。如果原子实际上在该盒子中,则光子会偏转;如果原子在下面的盒子里,则光子会直接穿过上面的盒子。光子会“观察”原子是否在上面的盒子里吗?不会。光子只会进入一种与原子的叠加态。我们称这种态叫与原子的“纠缠态”。实际上,我们可以构建一种相当复杂的干涉实验,其中纠缠的光子-原子系统处于这样一种态:光子既受到原子的偏转,又不受原子的偏转。
——[美]布鲁斯·罗森布鲁姆.《量子之谜:物理学遇到意识》[M].湖南科学技术出版社.2013

天行评:
很多人认为量子测量只是物质的相互作用,根本无需意识介入,但这个问题绝非如此简单。两个微观对象之间的相互作用以及测量仪器和被测客体的相互作用根本就不是我们认为的观察测量,不可能获得单一的明确结果。它们的相互作用只不过形成了一个复合的量子叠加态而已,根本不会导致波函数或者量子叠加态的坍缩,无法产生单一确定的经典本征态和本征值,而完整的测量必须形成单一明确结果。

薛定谔方程只能描述波函数在希尔伯特空间幺正演化的U过程,但是无力描述波函数坍缩的R过程。薛定谔方程推导不出R过程,任何方程公式都推导不出来。如布莱恩·格林所说:“坍缩并不能由量子理论的数学推出,它是人为放进理论中的,而且也没有妥当的实验方法来验证。”R过程是理论不可缺少的,但是目前却又无法被量子力学的数学形式体系所描述,这是量子力学的最大难题,即测量之谜,它已经成为J. M.若什所说的量子力学的“难言之隐”.

很多人以为退相干解释能够解决量子测量问题,但实际这依然是错误的,因为退相干解释最多只能解决优先基问题(preferred basis problem),但是无力解决明确结果问题(definite outcomes problem)。它可以说明为什么特定的对象在受到观察时会表现为经典的测量结果,但不能说明它是如何从众多的可能结果转变为一个特定结果的。换句话说,退相干理论并不能取代波函数坍缩假设来解决测量问题,它本身无法说明为何一次特定的测量会得到某个特定的结果而不是另一个。

阿伯纳·西摩尼说:“测量问题和非定域性问题困扰着我们对量子力学的理解……我觉得这两个问题似乎相生相成,不可能被孤立地解决,因此必须在时空理论和量子力学之间做出重大调整。”

我基本认可这段话,要彻底解决量子之谜,必须建立新的观念,更要重新认识存在问题。尤其要分清先验性的数学实在和经验性的物理实在,认清数学实在的第一性和物理实在的第二性。

要重构运动变化、时间空间、微观宏观以及客观实在等影响人类认识的最底层的基本观念和认知结构,尤其要重新认识意识的不可还原性,拒斥意识的物理主义还原论和涌现论解释,建立新的心物关系的有力解决方案,如此才能解释意识在量子测量问题当中扮演的不可或缺的独特作用。

经过若干根本观念的变革和创造力的发挥,才能真正解决量子测量和波粒二象的困境难题,这其中涉及一系列的根本哲学难题,必定包含新的本体论、认识论以及逻辑论。

故而,量子测量之谜以及和它紧密相关的波粒二象性已经绝不仅仅是一个物理和数学问题,而本质是哲学问题,并且是最难的哲学问题。要解决这些问题,不仅仅需要数学家和物理学家,更需要哲学家的参与和主导。

要真正解决量子测量之谜以及非定域性等难题,就像物理学家狄拉克所说的那样:“很可能需要深刻变革迄今保持的某些很基本的观念”。也就是说,我们必须对一系列最底层的哲学观念进行重新的审视和革新,它预示着哲学大革命以及新科学范式的必然发生。
——傅天行 2019.01.30

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