2007-12-22

再谈哥本哈根诠释和量子退相干诠释。

说说我自己的粗浅理解。

测量导致波函数坍塌,坍塌的具体过程是什么?这可不仅仅是是否承认自然界骨子里面是否有随机性那么简单。如果量子力学能够用于描述整个宇宙,那么整个宇宙作为一个孤立系统是没有外部观察者的,其态矢应该完全按照演化方程演化,自然也就没有坍塌,也没有任何随机性。但我们自身作为宇宙的一部分,测量一个量子系统的行为,相当于宇宙内部两个子系统的相互作用,这种过程当然是宇宙态矢的一部分。但为什么我们观察到了坍塌,而宇宙却没有?这是因为量子力学不能用于描述整个宇宙么?或者说宇宙也有一个外部观察者,那么他是谁?如果把他也算作宇宙的一部分,困难岂不是又出现了?……

哥本哈根时代,测量原理跟量子力学的其它基本原理相比,更接近于一条计算实验结果非常实用的经验规律,没有这条原理无法对实验进行计算。但这条原理并不象其它的原理那样美妙,存在着上述的困难。当时也没人能从其它基本原理中导出这条测量原理。

量子退相干诠释,能够将哥本哈根的测量原理作为一条定理导出。当然,导出这个定理的过程结合了对包括观察者在内的宏观环境的统计假设,通过添加一个新的假设来导出原来的假设,这样似乎并没有比原来更加经济。但所增加的这条假设只不过是对观察者的实际情况的描述。对于包括观察者和实验仪器在内的宏观环境,观察者无法精确确定微观量子态,只能把它当作一个统计系综。正因为观察者没有自身和环境状态的精确量子态信息,无法精确预测观测对量子系统的影响。因此,这种假设只不过是对实际的实验条件的一个陈述,这就跟你用任何物理理论解决任何实际问题时所必须做的事情一样。

因此,量子退相干诠释显然比歌本哈跟诠释更经济,因为除了对实验情况的陈述,量子退相干只需要更少的假设。至于实用不实用,这个要看你处理什么问题。哥本哈根的测量原理没有解释波函数坍塌的过程,因此在实验不深入到这个过程内部的时候,自然是测量原理更加实用。但是现在已经有实验能够检验退相干过程中所发生的事情了,结果也印证了退相干诠释的预言,而哥本哈根的测量原理在这种情况下显然失去了预言能力。这就好像你用牛顿力学解决日常的力学现象最实用,但是对于高速和强引力场的情况你就必须用相对论一样。

你可能会问,如果我们的技术足够发达,是否有可能了解自身和环境的量子态信息,从而精确预测实验结果呢?我猜不行。因为这需要观察者存贮自身和环境的状态信息,但观察者只是环境的一个部分,在整个环境的一部分中存贮整个环境量子状态的完整信息似乎必然会导致逻辑困难。而整个环境本身虽然可以“知道” 自身的完整量子态信息,但观察者却并不是整个环境。

关于这个宇宙的骨子里是否有随机性。有一点是肯定的,即便这个宇宙的“骨子里”没有一丁点随机性,物理规律也照样可以让其中的观察者遭遇到测量精度的上限,原因同上。有人从实证主义的角度出发,认为既然如此,就应该直接认为宇宙“本质上”就是随机的,但问题是量子力学理论框架中并没有任何真正的随机,测量原理这种表面上的随机也随着测量原理被降格成为一个定理而消除了。当然,我们到现在也不能说这个宇宙“骨子里”没有随机,但即便有随机性,这种随机性也肯定不是来自于量子力学自身的。

据说多世界诠释(MWI)也是基于量子退相干的。我很不了解MWI,但有很多疑问,希望达人能够为我解惑。既然说每当自然界面临一次选择,宇宙就发生分裂,我想知道这个选择是什么。如果这里所说的选择是在各个本征值之间选择,我想知道这套本征值所对应的表象是什么。不同的表象有不同的基矢,既然说每次选择都导致宇宙分裂,那么自然应该有一个非常特殊的宇宙表象。这个表象的地位是否比其它表象的地位更加基本?为什么?在我的量子力学知识中,任何一个表象都不比其它的表象更加优越,叠加态和本征态也完全不存在地位上的差别,一个表象中的本征态在另外一个表象中只是个普通的叠加态。之所以我们觉得本征态有特殊性,仅仅是因为每当我们选定一个实验方法就会确定一个特定的表象,以至于对于这种实验方法来说,该表象的本征态的本征值是全部可能的测量结果。也就是说,本征态的特殊性只是人为赋予的。

以我现在对MWI肤浅的了解来说,我看不出来有什么必要引入MWI,也看不出来MWI是符合退相干诠释的唯一模型,希望哪位达人能够解释一下。

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以上文字是回答李淼博客的一位网友的:
http://limiao.net/help/#comment-14119

小傑
2007年12月22日 3:23:30

讨论一下关于量子力学的诠释。

我觉得只要我们承认大自然骨子里是机率,
哥本哈根诠释就是很自然而然的观点。

有人说(或有些书上说),哥本哈根的缺点在于,
他没有办法解释粒子被测量时,是如何从波函数崩溃成某处的一个粒子的。

我觉得诸如此类的怀疑,不外乎就是源自于不能接受大自然骨子里是机率,
不外乎就是希望能有一个比较古典、决定论的理论诠释,
才会觉得不自然,或需要解释这个崩陷的过程。

举个例子,我们可以说狭义相对论没有解释为什么电磁拨传递可以不需要介质,
当然他也不能证明介质不存在。
当然我们可以继续假设以太存在,去编织出一个有以太的理论,
去圆满解释相同的现象。
但我个人较倾向于实用、经济的观点。
很显然的,假设以太不存在,会让我们的理论单纯得多,
如果有以太和没以太无法以实验做区分,
我宁可选择不需要以太的。
或许有人要说怪,但这里的怪在于他无法摆脱波动需要介质的观念。

回到量子力学,我们为什么非得要一个决定性的理论,
而不能是随机的,机率的?
为什么我一定要解释这次骰子掷下去的点数是三?
我认为接受自然是机率的,就目前来说是最符合经济的方案。
我们没有必要因为自己的喜好(古典或骰子),
来选择我们的理论,而是看大自然偏好哪一种。
我认为科学家的工作是去了解大自然,而飞帮他做决定。

在没有进一步的实验结果以前,
我觉得哥本哈根诠释法,
显然比多世界、平行宇宙等等之类的方案,
经济多了。
至于是否奇怪的问题,还是哪句老话,
能接受大自然骨子里可能是机率的(对比于以太可能是不存在的),
那就不奇怪,那就变得自然而然。

粗浅认知,有错还请诸位指点。