数学联邦政治世界观
超小超大

量子理论中的“意义”(一) (6-3)

这个解释看似非常合理,并且在绝大多数教科书中都是这样讲的。但是它仍然存在着极大的漏洞。我们前面提到的“薛定谔猫”的思想实验 [1],就把整个微观的种种怪异传递到宏观来了,让我们无法接受。这个思想实验表明,所谓的对应原理肯定在某处有问题了。事实上,人们发现,虽然表面上这个原理非常有道理:既然一切微观状态在尺度增大的过程中都渐变为经典状态,那么就不应该存在这种微观-经典的边界。然而事情并非那么简单,这种经典-微观的对应关系,实际上是经典的确定状态与微观量子不确定性的统计平均的对应,而不是经典状态与量子态的对应。也就是说,在经典世界中,量子怪异只是看似消失了而已。在混沌系统中这种矛盾就被放大了:无论我们如何增大系统的尺度,量子力学都是线性的,都不可能产生混沌现象,而经典世界中混沌却无处不在。Zurek等人的研究表明,如果没有退相干理论 [2]的介入,对应原理扎这种情况下根本就无法成立。

事实上,玻尔对他的对应原理的态度也很明确:对应原理所说的只是量子理论在统计解释的意义上重现了经典理论的结论,但是它并非自然蜕化为经典理论。也就是说,在经典边界上,量子理论的统计平均与经典理论的确定结果近似一致。这二者有着截然的不同。经典理论是独立于量子理论的存在,而并不能从量子理论中合理推论出来。玻尔认为,我们不能指望从量子力学中得到我们对观察结果的合理解释,因为我们作为宏观物体,必然是经典的,我们所需要的观察仪器,也是经典的。那么这种经典-量子边界就在观察过程中起到了迫使波函数坍缩的作用:波函数生活在微观领域,我们对观察结果的接收必然处在宏观领域,那么对波函数的观察,必然要使得观察结果穿越这种边界,从量子变为经典,从“既此又彼”的叠加态变为“非此即彼”的概率。

也就是说,玻尔认为,R过程(坍缩过程)必然是一种独立于U过程(幺正演化过程)的演化规则,这种二元对立事实上起源于量子-经典的二元对立 [3]。

那么我们就遇到尴尬了。如果真的存在这样的边界,那么这个边界在哪里?你玻尔不是一直在强调波函数只是一种我们计算观测结果预期用到的工具吗?那么你当然应该指明,我们何时可以用这种工具,又何时不能用它呢?

你宣称存在这么一个边界,然后你却不说它在哪儿?!这近乎敷衍。既然我们人类、我们的观察仪器无一例外都是由微观粒子组成的,那么为何所谓的这些“经典事物”就要必须遵守一种特别的规则呢?事实上,直到今天人们一直都在寻找这个边界是否存在,人们在越来越大尺度的物体上观测到了量子现象,例如,双缝干涉实验已经做到了由810个原子组成的巨大分子尺度,仍然发现量子现象的存在。随着人们在越来越宏观尺度上直接观测到量子效应,人们完全有理由相信,宏观物体从根本上讲,也是遵循着量子规律的。

这时候冯诺依曼说,量子力学必须是对全部物理世界普适的,量子力学不但对微观粒子有效,对宏观的测量仪器乃至于观察者同样有效。也就是说,不存在所谓的经典世界和量子世界的边界,它们都是由量子力学描述的。测量,不外乎是被测量的粒子和测量仪器之间的相互作用。这个假设非常合理,因为只有这种相互作用,才会发生粒子与观察者的因果关系,从而使得粒子的信息得以传递给观察者。因而,观察过程中必然要考虑观察者。如果我们看到猫死,我们伤心(用U表示,“Upset”),如果看到猫活,我们高兴(用H表示,“Happy”)。那么,当我们观察时,这个过程就变成了:

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