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量子力学的康德哲学思考,从上帝不玩骰子说起
送交者:  2021年09月02日13:49:36 于 [世界时事论坛] 发送悄悄话

噶瑪蘭

Maddog兄的热帖《时空是大问题》中有段掷地有声的立论“真实世界”需要一个事。。。那就是“秩序”! 而量子世界的“秩序”就是:概率!


我总是羡慕别人能够说出像“秩序就是概率”这种辩证,有哲学味道,让人感到不明觉厉的佳句!然而,我的世界观始终坚信:“上帝不玩骰子”😂😂!用老爱当挡箭牌在跟帖里憨狗兄容易,但真按这个观点写成帖子挑战量子力学的正统解释,则恐怕会引起争议和砖头😏😏。量子力学话题上我以前只是打酱油。所以现在临时抱佛脚,翻阅一堆教科书恶补之后才像休谟所说,“战战兢兢”地向狗兄和吃瓜群众们交卷。本家庭作业纯属沙龙闲聊,一家之言管中窥豹甚至酒后胡言乱语,权当抛砖引玉,挖坑旺坛。



Kantian们对自然科学往往都是从哲学和世界观视角阅读。所以,这份Kantian的闲聊作业里分享的(恰恰也是这些教科书所忽视的)也主要是个人以康德哲学的视角对量子力学的思考,而不是其数学形式和计算练习。这堆枯燥量子力学教科书确实映证了一个有趣的说法,即物理和哲学界早已分道扬镳。这也许是为什么大胆无畏断言“哲学已死”的霍金却又愚昧无知地拾康德和庄子的牙慧,又是为什么本应简洁自然的量子力学却叠床架屋地充斥最适合奥卡姆剃刀的“原理”。


另一个有意思的地方是,量子力学和量子场论也形同陌路。量子力学教科书大都避而不谈“概率波”在量子场论视角下已经毫无意义。量子场论(特别是从施温格做用量原理而不是费曼“概率路径”出发),依我之见,默默认同的是爱因斯坦和薛定谔那个上帝不玩骰子的世界,不再考虑“概率波”或者“粒子波”,从而也不再在意EPR悖论,当然也不需要(甚至可以解释某些)哥本哈根那堆“原理”。


上面提到的那个施温格曾经说过:“爱因斯坦的最大失误是引入了光子(photon)一词”。这个施温格是量子场论的传奇大神,因量子电动力学的贡献与费曼和朝永一振郎共享诺贝尔奖。施温格不如费曼讨人喜欢,甚至现在量子场论教科书大都采用费曼路径积分的途径,而不介绍施温格的做用量原理的思路。但实际上,无论是从物理还是哲学视角来看,施温格的原理要比费曼的路径积分自然且深刻,虽然两者均是重新发明惠更斯的轮子(以后另写帖子闲聊)。包括费曼自己都既生瑜何生亮地默认,施温格要更胜一筹甚至同时代几乎无出其右。


不过,施温格对“光子”一词的责备其实让老爱躺枪了。“光子”(photon)一词并不是老爱,而是他人的发明。但老爱挨的这一枪也并不冤枉,因为他确实是在photon一词出现之前就不遗余力地推动photon概念的普及,包括1905年关于光电效应的文章(当时老爱用的词是“光量子”,light quanta,还算贴切),1923年之后对康普顿散射的“粒子说”鼓吹,和1925年提出的波色爱因斯坦统计,等等都有将光看作“时空中实在的定域粒子”这种概念的影子。很难将老爱与“光子”撇开干系。老爱自食其果😂😂,这个误导的概念后来深深地融入与老爱对立的哥本哈根学派教条甚至费曼的路径积分。


从这种“粒子”而非“量子”的观点出发,包括光在内的微观“粒子”均是某种可以区分彼此的“定域粒子”。这种粒子本身包含其动力学和内秉属性。而波函数则不过是其外在的运动学特征。换句话说,波函数并不是粒子本身,而是粒子可能位置和运动(速度)的描述。


而与"粒子"观点相对立的则是薛定谔和德布罗意的波的观点。其信条认为波函数就是事物本身的描述,它具有量子性(quantum)而不是粒子性(particle),并不存在那个骑在波函数上的定域粒子。


这两种南辕北辙观点的分歧充分体现在对测不准原理的两种截然不同的解读。


按照哥本哈根正统“粒子”观点的解读,测不准关系体现了对粒子的位置和动量测量的相互干扰。对位置的测量必然会干扰其动量,对运动的测量则会扰动其位置,所以测量误差不能同时为零。这个解释显然很牵强,因为测不准关系的推导中并没有任何与测量有关的参量出现。“测量干扰”,甚至“观测者心灵干扰”完全是一种伪科学的凭空臆断。更何况,对“粒子”位置的测量难道不会干扰位置本身?而量子力学中并不存在这个“位置对位置”的“测不准关系”。


按照“波”的观点,所谓"测不准关系"纯粹是波的傅立叶特性,也就是波的时域(或空域)与频域共轭关系的不对易性的体现。位置空间中越趋于定域(集中)的分布必然是频谱空间中越趋于弥散的分布,反之也然。


“波”的观点有两个与量子场论不谋而合的推论。第一个推论是“空域的非定域性”:对理想的单一频率波(频域中仅为一点),其空间是无孔不入的广延“波场”(理想模型可以视为无穷大,比如正弦波)。第二个推论是“本征态越迁的无过程性”:这个无孔不入甚至理想情况下可看作无穷广延的“波场”的任何一个可测量本征态都是一个不可分解的单一事物状态,这种本征态之间的越迁,无论所涉及的空间多么广延(甚至无论其各区域间是否相通),都是不具有可观测中间过度时空过程的“瞬间事件”。


以康德哲学的世界观来看,我们人类认知中的先验和习惯思维模式反过来形成了表象中的自然规律,即所谓人为自然立法。用霍金的说法就是,我们是球形鱼缸中看世界的鱼。这个“球形鱼缸”不过就是对人类先验思维的一种拾人牙慧的粗浅表述,还不如庄子的“夏虫语冰”来的形象。在宏观世界中,我们大脑几百万年演化形成的先验认知范畴总是习惯性地将宏观物体视为可以分解的组成部分。而当一个物体塌陷到某一个点时,我们也习惯于认定该物体的各个组成部分必然先向塌陷区域移动收缩,类似泄了气的皮球。在这个中间过度过程中,其各个部分移动速度自然受光速不可超越的相对论约束。这个根深蒂固的思维模式形成了我们认识表象中的一条自然规律。然而,从“波”和量子场论的观点看,人类思维赋予大自然的这个宏观“自然规律” 不适用于只能视为瞬间事件的微观量子“波场”的本征态的越迁。波的塌陷(或波场本征态状态之间的越迁)类似被针扎破一点而瞬间崩溃的气球,没有其“组成部分”向空间某个具体位置的移动收缩的中间过渡的时空过程,自然也不会有超光速移动现象。


从上面这个两个“波场”推论(原理)出发,我们可以不需要上帝来掷骰子,也不需要任何哥本哈根“道理不够,原理来凑”的那些正统“原理”,即可解释所有量子力学现象,包括变化多端的各种量子干涉实验,EPR和量子纠缠等等。


本沙龙闲聊仅以惠勒的单光子延迟选择实验举例。这个实验比较简单易懂,且如今单光子发生器已经商业化了,雨地美女都能让孩子在家搭这个实验😄😄。从上面提到的波场的第一推论,哪怕只有一个光量子,其波场也将无孔不入地波及所有光路可到达的探测器,而不是按上帝的骰子或者因果倒置地按是否将要参与干涉来决定进入某条或某几条光路。


在理想情况下,当所有光路上的光波振幅(波函数的模)相等时,要么所有光路终端探测器都有同样机会(甚至荒谬地会同时有一个以上的探测器)捕获该光子,要么只有光路较短的探测器才有机会捕获该光子。而真实情况下,探测器本身的热力学涨落(以及感光元分布的随机性)和第二推论的“瞬间事件”决定了实验室范围之内,无论光路长短,所有探测器机会均等但每次只能有一个探测器会有幸捕获该光子。这类似于一个气球飘向N个此起彼伏以同样幅度和频率上下跳动的针头。显然每一根针都有1/N的机会刺暴这个气球,但因为同一个气球只能被刺爆一次,所以只有最合适的瞬间跳的最高的那根针头会中彩。


如果该单光量子光波到达不同探测器上的振幅不同(比如由于干涉叠加或抵消),同样由于探测器本身的热力学涨落(而不是上帝的骰子),使得各个探测器的捕获该光子的概率将正比于量子场论计算给出的捕获截面,即正比于光波振幅(波函数模)的平方。同时,由于第二推论所说的“瞬间事件”,每次也只能有某一探测器有机会刺暴(捕获)这个光子。


因为波场无孔不入波及所有光路,而捕获的概率分布选择在最终,因此干涉的延迟选择对干涉结果没有任何影响。


概率波的概念和量子力学的哥本哈根正统解释是自伽利略开启现代自然科学以来人们所挖的最大的坑,没有之一,无论从物理还是世界观上而言。虽然不可否认其对量子力学发展的历史性贡献,但这种贡献与托勒密地心说对人类知识的贡献一样,应该翻篇了。


本贴开始那张照片是网搜拿来娱乐的。不敢冒充那么有学问,我真实的桌面是下面酱紫的(旧照)。有图有真相,杯子已空,先干为敬,不喝高的的吃瓜群众不是好的酱油党。敬请狗兄,雨地美女,酷兄,和VIP兄以及其他大拿们斧砍拍砖。



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