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“不确定性”是微观世界的本质吗?

2020-10-1 00:08| 发布者: 龙翔五洲| 查看: 5011| 评论: 0|原作者: 赵晓磊 赵磊|来自: 乌有之乡

摘要: 把“不确定性原理”解读为认识上的“不可知论”,进而为否定历史必然性提供所谓的“科学”依据,这种做法不仅是对“不确定性原理”的误导,也否定了人类探索未知领域的意义。



把“不确定性原理”解读为认识上的“不可知论”,进而为否定历史必然性提供所谓的“科学”依据,这种做法不仅是对“不确定性原理”的误导,也否定了人类探索未知领域的意义。

赵磊等:“不确定性”是微观世界的本质吗?

——“不确定性原理”何以被误导(之一)

赵晓磊   赵磊

  作者按:本系列博文来源于赵晓磊、赵磊《“不确定性原理”何以被误导?》(发表在《四川师范大学学报(社会科学版)》2020年第5期)。此处转发时,加了三级标题,补充了文字说明,并略去了引文出处和注释。如需确认,烦请核对原文。

(一)什么是“不确定性”

    有关 “不确定性原理”的认识分歧究竟在哪里?

  之所以要提出这个问题,是因为“认识分歧”是该原理被误导的源头所在。

  关于“不确定性原理”的认识分歧,简而言之,就在于如何解释“不确定性”的原因。

  说到“不确定性”,有必要提一下概率(probability)。

  众所周知,“概率”意味着“不确定性”。

  从认识论的角度看,某事件具有“概率性”或者“或然性”,意味着该事件的发生具有“不确定性”。

  也就是说,在该事件发生之前,该事件“是否发生”并不是“确定无疑”的。

  这也正是“不确定性”的含义,对此人们基本上没有什么分歧。

(二)为什么有“不确定性”

  虽然对于“不确定性”的存在,人们基本上没有分歧;但是,对于“不确定性”为什么存在,人们的认识则分歧甚大。分歧在于:

  不确定性究竟是源于客观世界本身( 即本体论意义上的“不确定”) ,还是源于人们认识能力的无知( 即认识论意义上的“不确定”)?

  换言之,究竟是什么原因导致了“不确定性”?

  对于这个问题的解释,由此形成了坚信“上帝不掷骰子”的决定论,以及信奉不可知论的非决定论。

(三)爱因斯坦的思想实验

  1935年,在《能认为量子力学对物理实在的描述是完全的吗?》的论文中,爱因斯坦、波多尔斯基和罗森设计出一个思想实验,也称为“EPR思想实验”。

  “EPR思想实验”的基本内涵是:如果AB两个粒子是孪生的,那么人们就可以同时准确测量A的位置和B的动量;从B的动量,人们又可以推出A的动量。

  “EPR思想实验”意味着现有的量子力学存在着如下悖谬:假如量子的“不确定性”真的具有神秘的鬼魅般的超距作用,那么人们就可以同时确定A粒子的位置和动量。

  在这个思想实验中,爱因斯坦、波多尔斯基和罗森从“定域实在论”出发(注1),试图证明量子力学的现有理论是不完备的。

  换言之,“如果A、B两个微观粒子是量子纠缠的,就可以同时准确测量A的位置和B的动量,从B的动量又可以推出A的动量,等价地说,可以同时确定A粒子的位置和动量。进而爱因斯坦等人以此来质疑量子力学的完备性。”

  这就是著名的“EPR佯谬”(EPR paradox)。

(四)“爱波罗佯谬”的科学含义

  “EPR佯谬”的科学含义在于,可能存在着尚未被发现的,且比现有量子力学能更完备地描述微观世界的理论。所以,现有的量子力学只是这完备理论的“统计近似”而已。

  既然现有量子力学是不完备的,那么可以用“隐变量理论”来解释这种不完备性。

  所谓隐变量理论(hidden variable theory),是指现有量子力学的背后应该隐藏着一个尚未发现的理论。

  隐变量理论认为,某种尚未发现的理论可以完整解释物理系统所有可观测量的演化行为,从而避免掉任何不确定性或随机性。

  隐变量理论坚信,科学不仅可以揭示尚未发现的变量(这些变量对应于每一个实在要素),而且能够解释这些变量的作用机制。

  尽管“EPR佯谬”所隐含的排斥辩证法的思维方式值得商榷(这个问题,我们将在本文第三节“只有形式逻辑才会为‘不确定性’苦恼”中讨论),且“隐变量理论”迄今尚未得到物理实验的充分证实,但是,爱因斯坦、波多尔斯基和罗森等人提出的思想实验,是值得人们认真对待的。

  人类不是上帝。既然人类的认识总是存在着局限性(所谓“信息不对称”),那么量子力学作为人类认识的成果就不可能终结认识的发展,“不确定性原理”就肯定存在着“不完备性”。

  既然人类认识的发展是一个无限的过程,那么,爱因斯坦等人寻找隐变量的努力就难以被“不确定性原理”所否定。

  换言之,从认识的发展过程看,“不确定性原理”并未终结真理。爱因斯坦等人指出的“EPR佯谬”表明,“不确定性原理”仍有待进一步完善。

(五)马克思主义视域下的“不确定性”

  在马克思主义的逻辑看来,把“不确定性”武断地定义为微观世界的内禀性质,从而否认人类能够越来越趋向于“确定”地把握微观世界的可能性,这种“不可知论”的逻辑之所以值得商榷,就在于它是建立在主观唯心主义方法论的基础之上的。

  在马克思主义认识论的视域里,所谓“不确定性”不过是人类因认识局限性,而对客观事物尚未得到确定性的认识罢了。

  正如钱学森颇有远见地指出:“所谓非决定论(即“不确定性”——引者注),无非是有些因素、有些因果联系还没有认识到”。

  当代科学的发展证明了钱学森同志的远见是正确的。

(六)新实验的挑战

  据《前沿科学》2011年的一则报道:“近日,中国科学技术大学郭光灿院士领导的中国科学院量子信息重点实验室实验验证了新形式的海森堡不确定关系。”

  这个由李传锋博士研究组完成的实验表明,在观测者拥有被测粒子“量子信息”的情况下,被测粒子测量结果的不确定程度,依赖于被测粒子与观测者所拥有的另一个粒子(存储量子信息)的纠缠度的大小。

  在实验中,当这些被测粒子处于最大纠缠态时,两个不对易的力学量可以同时被准确测量,此时经典的海森堡“不确定性原理”将不再成立。

  也就是说,在待测粒子的“量子信息”事先被存储的情况下,经典的海森堡“不确定性原理”能够被违背——经典的海森堡不确定原理认为,在 1 个量子力学系统中,1 个粒子的 2 个不对易的力学量(比如位置和动量)不可被同时确定。

  这个实验结论首次验证并确立了“新形式的海森堡不确定性原理”,从而对经典的“不确定性原理”提出了有力挑战。

(七)张江教授如是说

  由此可见,把“不确定性原理”解读为认识上的“不可知论”,进而为否定历史必然性提供所谓的“科学”依据,这种做法不仅是对“不确定性原理”的误导,也否定了人类探索未知领域的意义。

  正如张江教授所说:

  “时至今日,面对这段历史,我们对旧的测不准原理,对爱因斯坦的猜想和判断,有了具备事实根据的新认识。根据吴国林的介绍,美国M.Berta等学者,根据量子信息理论和技术研究及应用实践,对不确定原理做出开拓性研究,并给出了定量描述。这个结果表明:在观测者拥有被测粒子‘量子信息’的情况下,被测粒子测量结果的不确定度,依赖于被测粒子与观测者所拥有的另一个粒子(存储有量子信息)的纠缠度的大小。原来的经典的海森堡不确定原理将不再成立,当两个粒子处于最大纠缠态时,两个不对易的力学量可以同时被准确确定,由此得到基于熵的不确定原理,此理论被称为新的海森堡不确定原理。”

  总之,根据“新的海森堡不确定性原理”,一旦引入量子纠缠,那么观测者“就可以同时确定一个粒子的位置和动量。当两个粒子处于最大纠缠态时,被测粒子的两个力学量可以同时被确定。”

  这样一来,量子的“不确定性”也就被消解了。

  注1:定域论认为,在某区域发生的事件以不超过光速的传递方式影响其它区域;实在论认为,做实验观测到的现象是出自于某种物理实在,而物理实在与观测的动作无关。换言之,定域论不允许鬼魅般的超距作用,而实在论则坚信客观事物先于人的认识。定域实在论认为,微观粒子具有可测量、良好定义的物理实在,不会被在遥远区域发生的事件以超光速速度影响。

  (未完待续)

  (赵磊,西南财经大学《财经科学》编辑部常务副主编,教授,博导)



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