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如果非决定性是一种基本原则这将意味着科学的终结

导读：

如果非决定性是一种基本原则，这将意味着科学的终结。

作为量子力学里面最正统，影响最大，最名门正派的理论，哥本哈根派承认在微观上，所有粒子以波函数叠加的几率出现，也就是说，单个粒子可以既在这里，又在那里，这样来解释双缝干涉实验中，单个粒子可以同时通过两个缝。

但是波函数在人类对其进行测量的时候将产生不可逆的坍缩，该位置即是我们所观察到的粒子状态。

这也正是量子力学对海森堡的“测不准原理”的解释。

这样引出了一个哥本哈根派的核心必然推论就是：

不存在一个客观的，绝对的世界。

唯一存在的，就是我们能够观测到的世界。

测量是新物理学的核心，测量行为创造了整个世界。

波恩的概率解释，海森堡的不确定性原理和玻尔的互补原理共同构成哥本哈根解释的核心。

但是这结论让很多人不爽，包括德布罗意，薛定谔，领军人物就是大牛爱因斯坦，老爱有一句名言：

上帝不玩骰子。

老爱的后半生下定决心和量子力学的哥本哈根学派杠上了，这场争论持续了半个世纪。

双方都是时代最顶级的科学家。

从那时开始，终其一生，爱因斯坦就再也没有对科学有新的贡献了。

以下关于量子力学的论述，来自于灵遁者先生书籍《见微知著》

某些理论为了确定单独测量的结果，严格要求将额外参数加入量子力学，并且要求这动作不改变统计预测。

对于这些理论，必定存在着一种机制，使得一台测量仪器的运作设定值的改变，会影响到另一台测量仪器的读值，不管两台仪器之间的距离有多么遥远。

这和我上面的举例是一致的，我们无法排除测量的影响。

此外，涉及这机制的讯号必需瞬时地传播抵达，所以，这些理论不具有洛伦兹不变性。

也就是说，这也相对论的光速极限有冲突。

在这里，所谓"在量子力学上增添一些参量以确定单次测量的结果的理论就是"隐变量理论"。

另一方面，按照"定域性原理"，当两个测量仪器相距足够远时，一个测量仪器的安置不可能影响另一个仪器的读数。

因此，贝尔的上述结论可表成:

"如果一个隐变量理论不改变量子力学的统计预言，就一定会违背定域性原理。

"换句话说:

"如果一个隐变量理论遵循定域性原理，就一定会改变量子力学的统计预言。

"人们把遵循定域性原理的隐变量理论称为"定域隐变量理论"。

所以任何定域隐变量理论不可能重复量子力学的全部统计预言。

就是说爱因斯坦等人希望的“完备理论”是不存在的，不能实现的。

该定理在定域性和实在性的双重假设下，对于两个分隔的粒子同时被测量时其结果的可能关联程度建立了一个严格的限制。

贝尔不等式提供了用实验在量子不确定性和爱因斯坦的定域实在性之间做出判决的机会。

目前的所有实验表明量子力学正确，决定论的定域的隐变量理论不成立。

贝尔不等式不成立意味着，爱氏所主张的局域实体论，其预测不符合量子力学理论。

这就是贝尔不等式及其验证结论的科学意义，它把量子力学中纠缠着哲学思辩的争论演化成了可以运作的检验，这是具体的；贝尔不等式的验证经历与显现效应的现实意义也是重大的，它指引我们窥视到信息领域已经展现的神奇美景。

它不仅对量子力学的完备性和量子实体的不可分离性起到了“见证”的作用，而且对开阔人们的思维和视野也将产生积极长久的影响。

其实大家仔细去思考，量子力学，量子力学中的贝尔不等式；相对论，广义相对论的场方程，以及数学上的哥德尔不完备性定律，从根本上是完全的统一的。

这种统一就表现在“不确定性”上。

所有的物理学家，如果以为这是一种偶然，那么他将错过宇宙中最奇妙，最精彩的行为过程。

另外提一个著名的词——叫薛定谔的猫。

薛定谔的猫其实还是EPR之争扩展，扩展到了宏观。

这也是爱氏和玻尔的争辩案例。

引用第一章中的话来作为本章的结尾：

世界是确定的，但世界的确定性不是你能把握的。

趣味阅读：

爱因斯坦的思考“上帝不掷骰子”，是有道理的！

下文是搜狐自媒体看到的一篇科普文章。

根据个人观点，会有大量删减和增加，以便大家更好的理解爱氏的思路以及世界是确定性的前提。

“上帝不会掷骰子。

”多年以来，爱因斯坦的话已经成了他反对量子力学及其随机性的标志，但人们其实误解了他。

“上帝不掷骰子”是爱因斯坦的名言中很少有哪句话像这句被引用得如此之多。

人们自然而然地把这句名言当做他断然否定量子力学的证据，因为量子力学把随机性看作是物理世界的内禀性质。

就像上文中提到的，他和波尔的争论。

但细心的人，会发现更多的内容。

爱因斯坦拒绝接受这样一个事实：

一些事情是非决定论的——它们发生就是发生了，人们永远找不出原因。

掷骰子的这句台词象征了他人生的另一面，就像玻尔评价：

提出相对论的物理革命者可悲地变成了保守派，在量子理论方面“落后于时代潮流”

深入研究爱因斯坦所说的原话之后，他们发现爱因斯坦关于非决定论的思考远比大多数人认为的更激进，也更细致入微。

美国圣母大学的历史学家唐·A·霍华德（DonA.Howard）说，“深入发掘文献资料以后，我们看到事实与一般叙述截然不同，这令人吃惊。

”

就像他和其他人证明的那样，爱因斯坦其实承认了量子力学的非决定性——理应如此，因为就是他发现了量子力学中的非决定论。

而他所不能接受的是，非决定论是大自然的基本原则。

非决定论从各个方面都暗示着物理现实存在一个更加深刻的层次，而这正是量子理论所不能解释的。

爱因斯坦的批评并不神秘，相反，其关注的一些科学问题，时至今日仍未解决。

如果一件事情会无缘无故地发生，那么就意味着我们的理性探寻在这里达到了极限。

“如果非决定性是一种基本原则，这将意味着科学的终结。

”麻省理工学院的宇宙学家安德鲁·S·弗里德曼（AndrewS.Friedman）担心地说。

但是历史上的哲学家已经假定非决定论是人类自由意志的先决条件。

要么我们都是发条装置中的齿轮，那么所有事情都是注定的；要么我们是自己命运的主宰，那么宇宙终究不是决定论的。

分清这种二元对立有非常实际的现实意义，它可以帮助社会来决定人应该为自己的行为负多大的责任。

关于自由意志的假设在我们的法律制度中随处可见：

要指控一个人犯罪，这个人一定得是有意而为之。

为此，一直以来法院都在努力鉴别被告是否无辜，是否只是受了精神错乱、青少年的冲动或是堕落的社会背景的驱使。

但很多哲学家认为争论宇宙遵从决定论还是非决定论毫无意义，因为这取决于研究对象的大小或复杂程度：

粒子、原子、分子、细胞、生物体、思想、社群。

“能量子”（quanta）——不连续的能量单元——这个概念就是爱氏在1905年的思想结晶，而且事实上他也支持能量量子化的观点。

爱因斯坦提出了今天被普遍接受的量子力学的基本特征，比如光既可以表现得像粒子又可以表现得像波动，而埃尔温·薛定谔在20世纪20年代建立的量子理论最常用的表述，也正是基于爱因斯坦关于波动物理的思考。

所以爱因斯坦并不反对量子力学，他也不反对随机性。

在1916年他证明，当原子发射光子的时候，发射时间和角度是随机的。

但爱因斯坦和同时代的人都面临着一个严重的问题：

量子现象是随机的，但量子理论不是：

薛定谔方程百分之百地遵从决定论。

这个方程使用所谓的“波函数”来描述一个粒子或是系统，这体现了粒子的波动本质，也解释了粒子群可能表现出的波动形状。

方程可以完全确定地预言波函数的每个时刻，在许多方面，薛定谔方程比牛顿运动定律还要确定：

它不会造成混乱，例如奇点（物理量变得无限大所以无法描述）或混沌（运动无法预测）。

各位，量子力学可以用波函数，或量子理论来描述，本身意味着什么？

这是一个严肃的问题。

本身就意味量子力学是可以描述的，即量子力学是有规律可循的。

那么量子力学在宏观描述上就一定是确定的！

量子理论并没有回答波函数到底是什么，以及是否可以把它当做真实存在的波动这样的问题。

所以，我们观察到的随机性是大自然的内在性质还是表面现象这一问题也有待解决。

对于这个问题，你如何回答？

各位波函数既然符合描述，就应当被看作实在性理论。

即可以把它当做真实存在的波动。

不是虚拟的粒子的波动！

我们所观测到的随机性其实不是随机的。

继续来看下文。

维尔纳·海森堡把波函数想象成掩盖了某种物理实在的迷雾。

如果靠波函数不能精确地找出某个粒子的位置，实际上是因为它并不位于任何地方。

只有你观察粒子时，它才会存在于某处。

波函数或许本来散开在巨大的空间中，但在进行观测的那个瞬间，它在某处突然坍缩成一个尖峰，于是粒子在此处出现。

当你观察一个粒子时，它就不再表现出确定性，而是会“嘣”的一下突然跳到某个结果，没有什么定律可以支配坍缩，没有什么方程可以描述坍缩，它就那样发生了，仅此而已。

波函数的坍缩是哥本哈根诠释的核心，这个诠释由玻尔和他的研究所所在的城市命名，海森堡也在此处完成了他早期的大部分工作（讽刺的是，玻尔自己从来没有接受波函数坍缩的观点）。

哥本哈根学派把观察到的随机性看作量子力学表面上的性质，而无法做出进一步解释。

大多数物理学家接受这种说法。

各位，海森堡的描述，你可以想象吗？

不可以想象！

我相信这也是玻尔自己没有接受这个观点的原因。

这就是爱氏反对哥本哈根诠释的原因，他不是在反对量子力学。

他不喜欢测量会使得连续演化的物理系统出现跳跃这种想法，这就是他开始质疑“上帝掷骰子”的背景。

“爱因斯坦在1926年所惋惜的是这一类具体的问题，而并没有形而上地断言量子力学必须以决定论为绝对的必要条件，”霍华德说，“他尤其沉浸在关于波函数的坍缩是否导致非连续性的思考中。

”

各位，这就是问题的关键部分了。

爱氏的考虑绝对是值得的。

但爱氏关于观测对于物理系统的影响的认识，远远没有今天的我们深刻。

观测可以影响结果。

如果我们承认事物的联系性，就必须承认此点。

爱因斯坦认为，波函数坍缩不可能是一种真实的过程。

这要求某个瞬时的超距作用——某种神秘的机制——保证波函数的左右两侧都坍缩到同一个尖峰，甚至在没有施加外部作用的情况下。

不仅是爱因斯坦，同时代的每个物理学家都认为这样的过程是不可能的，因为这个过程将会超过光速，显然违背相对论。

我个人是赞同这个观点的，以为海森堡的波函数坍缩是不可想象的。

而且按照海森堡的思路的话，我们永远也别想拿出一个理论来认识真实的世界了。

那么人类现在的繁荣是什么？

现在科学知识大厦是什么？

引力万有难道会不确定？

所以哥本哈根学派认为量子力学是完备的、是永远不被取代的终极理论，而爱因斯坦认为这种想法过于轻浮。

他把所有的理论，包括他自己的，都当做是更高级的理论的垫脚石。

爱因斯坦认为，如果抓住哥本哈根学派未能解释的问题，就会发现量子随机就像物理学中其他所有类型的随机一样，是背后一些更加深刻过程的结果。

爱因斯坦这样想：

阳光中飞舞的微尘暴露了不可见的空气分子的复杂运动，而放射性原子核发射光子的过程与此类似。

那么量子力学可能也只是一个粗略的理论，可以解释大自然基础构件的总体行为，但分辨率还不足以解释其中的个体。

一个更加深刻、更加完备的理论，或许就能完全解释这种运动，而不引入任何神秘的“跳跃”。

根据这种观点，波函数是一种集体的描述，就像是说，如果重复掷一个公平的骰子，每一面向上的次数应该是大致相同的。

波函数坍缩不是物理过程，而是知识的获得。

如果掷一个六面的骰子，结果向上的那面是4，那么1至6发生的可能性就“坍缩”到了实际的结果，即4。

如果存在一个神通广大的魔鬼，有能力追踪影响骰子的所有微小细节——你的手把骰子丢到桌子上滚动的精确方式——它就绝对不会用“坍缩”来描绘这个过程。

爱因斯坦的直觉来自他早期关于分子集体效应的工作，1935年爱因斯坦写信给哲学家卡尔·波普尔：

“你在你的论文中提出不可能从一个决定论的理论导出统计性的结论，但我认为你是错的。

只要考虑一下经典统计力学（气体理论，或者布朗运动理论）就能知道。

”

爱因斯坦眼中的概率同哥本哈根诠释中的一样客观。

虽然它们没有出现在运动的基本定律中，但它们表现了世界的其他特征，因而并不是人类无知的产物。

在写给波普尔的信中，爱因斯坦举了一个例子：

一个匀速圆周运动的粒子，粒子出现在某段圆弧的概率反映了粒子轨迹的对称性。

类似地，一个骰子的某一面朝上的概率是六分之一，这是因为六面是相同的。

“他知道在统计力学中概率的细节里包含有意义重大的物理，在这方面，他的确比那个时代的大多数人都理解得更深。

”霍华德说。

从统计力学中获得的另一个启发是，我们观察到的物理量在更深的层次上不一定存在。

比如说，一团气体有温度，而单个气体分子却没有。

通过类比，爱因斯坦开始相信，一个“亚量子理论”与量子理论应该有显著的差别。

他在1936年写道：

“毫无疑问，量子力学已经抓住了真理的美妙一角……但是，我不相信量子力学是寻找基本原理的出发点，正如人们不能从热力学（或者统计力学）出发去寻找力学的根基。

”为了描述那个更深的层次，爱因斯坦试图寻找一个统一场理论，在这个理论中，粒子将从完全不像粒子的结构中导出。

简而言之，传统观点误解了爱因斯坦，他并没有否定量子物理的随机性。

他在试图解释随机性，而不是通过解释消除随机性。

各位朋友，读到这里，你应该有很明确的意识了。

就像EPR之争一样，这里面的矛盾性是不可消除的。

爱氏说：

“上帝不掷骰子！

”玻尔用爱氏自己的话反驳说：

“你又要来充当上帝掷不掷骰子的角色！

”各位仔细体味这两句话。

我的问题是：

“哪句话中的上帝是自然的？

”所以我在开篇时候，就说了：

“上帝不掷骰子，上帝让人类来掷骰子！

”我时常思考，有人参与的理论，人一定要谨慎自己。

摘自独立学者，科普作家灵遁者书籍《见微知著》