量子力学多世界解释的哲学审视80
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量子力学多世界解释的哲学审视;贺天平;摘要:多世界解释是由量子力学“测量难题”出发,基;关键词:量子力学测量难题多世界解释;太原作者贺天平,哲学博士,山西大学科学技术哲学研;一、引言;)告诉我们,量子系统在两种情况量子力学正统解释(;),这使“缩”(测量”成为微观世界中thecol;、哲学视阈下的‘多世界解释’问题研究”(10BZ;)和教育部新世纪优秀人才支
量子力学多世界解释的哲学审视
贺天平
摘 要:多世界解释是由量子力学“测量难题”出发,基于不同视角和方法提出的一种关于整个量子力学的解释理论。该理论并不是一种单一的解释理论,而是多种解释理论的集合,包括相对态解释、德·维特理论、多视域解释、多心灵解释、多历史解释和多纤维理论等。多世界解释存在着共同的物理框架和哲学基础,每种解释在理论纲领和思想内核上又具有一定的独立性。多世界解释的理论贡献一是超越还原论,走向整体论;二是解构二元论,回到一元论;三是消解非决定论,坚持决定论。然而,在量子力学解释没有得到最终的确认之前,寻求量子力学在哲学上的合理解释仍然是一条艰辛而漫长之路。
关键词:量子力学 测量难题 多世界解释
太原 作者贺天平,哲学博士,山西大学科学技术哲学研究中心教授()。030006
一、引 言
)告诉我们,量子系统在两种情况量子力学正统解释(orthodoxinterretation p下遵循不同的方式演化。在非测量过程中,量子系统按照薛定谔方程演化,是熵不变过程,其演化方式是决定论和连续性的;在测量过程中,量子系统发生突变,是熵增加过程,其演化方式是非决定论和突变性的。第二种演化方式用数学化的语言),用物理化的语言表述就是“表述就是“投影假设”(波包塌roectionostulate pjp
),这使“缩”(测量”成为微观世界中thecollaseofwaveorwavefunctionacket -pp
、哲学视阈下的‘多世界解释’问题研究”(10BZX023) 本文系国家社会科学基金项目“
)和教育部新世纪优秀人才支持计划项目“量子力学解释与测量难题”(KCET080884--
教育部人文社会科学重点研究基地重大项目“当代物理学的语境解释”(07JJD720050)的阶段性成果。
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量子力学多世界解释的哲学审视
。难以理解而又神秘的物理现象,导致众所周知的“测量难题”
科学家和哲学家以“测量难题”为核心,,对传统物理学的认识论基础作了根本性修正,对决定论、因果论和实在论等问题进行了深刻辨析,这一系列问题构成了)。通常认为,所谓的“量子力学解释难题”(thedifficultroblemsofinterretation pp
①围绕量子力学解释,科学界展开了。“解决测量难题是量子力学解释的核心困难”
)就曾说过:“(旷日持久的争论。1对)形式体系的解974年,雅默(MaxJammer 释……在提出理论之后……的今天,却仍然是一场空前争论的主题。(而且因此)
②雅默之后,这场争论不但……把物理学家和科学哲学家分成了许多对立的学派”。
)的研究,截至2没有丝毫的缓解,反而愈演愈烈。据埃里则(A.Elitzur005年,
③比较有影响的量子力学解释至少有13种之多。
)就是其中最重要的一种。2多世界解释理论(themanorldsinterretation0 -w yp
)通过对7世纪80年代末,罗伯(L.D.Raub2位宇宙学家和理论物理学家的调查
④2发现,58%的学者相信多世界解释是正确的;003年,美国物理学家泰格马克
()在一次量子物理学国际会议上作过一次调查,在做出选择的4MaxTemark0人 g
⑤之中有30人支持多世界解释,远远超过对正统解释的认可。
量子力学多世界解释是现代物理学重要的研究成果。国外对多世界解释的研究有两个特点:一是这些研究都侧重于物理分析和数学方法,少有从哲学视角展开的探讨;二是这些研究都是对某个或某类解释进行讨论,尚无对整个多世界解释理论)的系统研究。国内则少有学者涉猎此领域,目前仅有对德·维特(BrceDeWitt y
理论的译介。从哲学视角对多世界解释展开深入研究显得十分必要。
二、多世界解释理论的发展
多世界解释是由量子力学“测量难题”出发,基于不同视角和方法提出的一种
:CA.Whitaker,EinsteinBohrandtheQuantumDilemma,Cambrideambridegg
,317.UniversitPress2006,p.y MaxJammer,PhilosohoQuantum Mechanics:TheInterretationsoQuantum pyf pf
:JMechanicsin HistoricalPersective,New York &Torontoohn Wile&Sons, yp
①②
,Inc.1974,v.p.
beondtheUncertaint?ReflectionsontheInterretationsofAnthinC.Elitzur,③A. yypyg
Quantum Mechanics,JamesB.Hartle,atConnectsDifferentInterretations "转引自Whp
,S.,,ofQuantum Mechanics?nA.ElitzurDolevandN.Kolendaeds.Quo Vadis"i
,Quantum Mechanics,New York:Sriner2005,.7382.-pgpp④⑤
,《成素梅:《量子测量的相对态解释及其理解》自然辩证法研究》2004年第3期。,ColinBruce,SchrdinersRabbits:The ManWorldsoQuantum,WashintonD. ggy f
:,C.TheNationalAcademiesPress2004,133..132 -pp
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关于整个量子力学的解释理论。多世界解释虽然在20世纪50年代末提出,但在20世纪80年代之后才真正兴起,其发展可以分为两个阶段。
。当正统解释考虑引力问题时,面一是启蒙与沉默阶段(20世纪50—70年代)临着前所未有的困难。在正统解释看来,测量结果是由独立于被测系统之外的观察者获得的;当考虑到引力和天文学时,整个宇宙变成了一个系统,系统之外什么都没有了,根本不存在独立于系统之外的观察者。这个矛盾引起了当时还在普林斯顿)的关注,他重新考虑量子力学测量理大学攻读博士学位的埃弗雷特(HuhEverett g
①—)——即多论,于1957年提出量子力学相对态解释(therelativestatesinterretation p世界解释的第一个模型。相对态解释认为,不存在复合系统的子系统的独立态,各“。物理学家惠勒(分支”(相对的”(branches)的存在只是“relative)John)给予相对态解释高度评价,并认为“它将彻底改变我们传统的物理实在Wheeler
②可惜在当时,埃弗雷特的工作并没有引起关注,十几年的沉默使其成为“。观”本③。世纪(指20世纪)保守的最好的秘密之一”
④并指导其学生格拉罕(1967年,德·维特重新提及埃弗雷特的思想,N.
,理解为许多相互观分支”Graham)做了进一步的推广。德·维特把埃弗雷特的“)。这样,宇宙就由“察不到却同样真实的“平行世界”(多世界”构arallelworlds p)行为,因此该理论被称为量子力学多世界分裂”(成,测量则是世界的“slittinpg)。有评论说,“(解释或多宇宙解释(德·维特)themanuniversesinterretation - yp
”⑤1多世界理论无疑是科学史上曾建立过的最大胆、最雄心勃勃的理论之一。973
⑥将由埃弗雷特年,德·维特和格拉罕编辑出版的《量子力学多世界解释》一书,
首创、经惠勒、德·维特和格拉罕发展而形成的理论简称为EWG理论(Everett-)。Wittraham Theor-Gy
。德·维特的工作促进了多世界解二是发展与争鸣阶段(20世纪80年代至今)
①
H.Everett,TheoroftheUniversalWaveFunction,B.S.DeWittandN.Then "iy
,Graham,eds.The ManWorldsInterretationoQuantum Mechanics,Princeton: y-pf ,1PrincetonUniversitress973,p140;H.Everett,elativetateR - Sp.3y P
FormulationofQuantum Mechanics,ReviewsoModern Phsics,vol.29,no.3(Jul" yf y,1957)454462.-pp..A.Wheeler,AssessmentofEverettsRelativeStatefFormulationofQuantum②J o
,ReviewsoModern Phsics,vol.29,no.3(Jul1957)465.463Mechanics, -"ypp.f y ③④
MaxJammer,PhilosohoQuantum Mechanics,509. p.pyf
参见B.S.DeWitt,Quantum TheorofGravitation-Ⅰ,PhsicalReview," Ⅱ,Ⅲ, yy
,vol.160,162,no.5,7(Auust1967)11131148,11951256. --gpp.axJammer,PhilosohoQuantum Mechanics,517.⑤M p.pyf
,S.DeWittandN.Graham,eds.TheManWorldsInterretationouantum⑥参见B. ypfQ
,Mechanics1973.
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量子力学多世界解释的哲学审视
释研究的兴盛。自德·维特以后,不同进路的解释理论相继出现。第一种进路是“)反对德·维特存在许多“视域或心灵”的认知思路。斯奎尔斯(平行世Suiresq界”的说法,认为“世界”只有一个,“测量结果是对‘我’的‘一种’意识抉,)加以概括。与①因此用量子力学多视域解释(择”themanviewsinterretation - yp
)和罗伊()认为世斯奎尔斯的观点相类似,阿尔伯特(DavidAlbertBarrLoewer y 心灵”处于一种与“大脑”相联系的界不是在测量中分裂,而是测量后观察者的“
②第二种进)。状态,提出了量子力学的多心灵解释(themanindsinterretation -m yp
)将“路是“历史概念”的认知思路。1历史”在属性984年,格里弗斯(Griffiths③以此来)的概念,的意义层面加以拓展,提出“一致性历史”(consistenthistories
、“讨论多世界解释,“多分支”多世界”和“多心灵”演变为“多种宇宙可选择的历,从而该理论被称为量子力学的一致性历史解释(史”theconsistenthistor y
④盖尔曼()。interretationMurraGellann)和哈托(JamesHartle)在借鉴-M py “历史”概念的基础上,继承费曼路径积分的方法,发扬埃弗雷特等人世界有多重选择的思想,结合杰瑞克(Zeruk)的退相干理论,提出量子力学退相干历史解释
⑤也被称为量子力学的多历史解释((,thedecoherenthistorinterretation)the yp
①
E.J.Suires,anViewsofOneWorld,EuroeanJournaloPhsics,vol.8, M"qypf y
1987,173;E.J.Suires,UniueWorldoftheEverettVersionof.171he- Tqqpp,Quantum TheorFoundationsoPhsicsLetters,vol.1,no.1,1988,20..13" -yppf y参见D.AlbertandB.Loewer,theManorldsInterration,Snthese,Interretin -W "yppgy ,vol.77,no.2(Nov.1988)213;D.AlbertandB.Loewer,TwoNoCollase195- -ppp.
,,,169InterretationsofQuantum Theorosvol.23,no.2(Ar.1989)186; -"Npp.ypp:HD.Albert,Quantum Mechanicsand Exerience,CambridearvardUniversit gyp
,Press1992.③④
参见R.B.Griffiths,ConsistentHistoriesandtheInterretationofQuantum pMechanics,JournaloStatisticalPhsics,vol.36,nos.1/2,1984,.219272." -ppf y:A参见R.B.Griffiths,inSearatedQuantumSstemsConsistentCorrelations pyHistorAnalsisoftheEPRProblem,AmericanJournaloPhsics,vol.55,no.1" yyf y ,,(Jan.1987)17;R.Omnès,LoicalReformulationofQuantum Mechanics.11- ⅠⅡ,Ⅲ,gpp
,,,,JournaloStatisticalPhsics,vol.5354nos.3/41/219889,.893975357382;"Ⅳ, ----ppf y
R.B.Griffiths,Consistentnterretationfuantum Mechanicssinuantum I o Q Upg Q⑤
,,Traectories,PhsicalReview Letters,vol.70no.15(Ar.1993).22013304." -jpppy参见M.GellallandJ.B.Hartle,uantum MechanicsintheLihtofQuantum-M Qg,,H.E,Y.M,e,CosmoloinS.KobaashizawauraamaandS.Nomurads. "gyyy
rd Proceedinsothe3InternationalSmosium ontheFoundationsoQuantum States gfypf intheFoundationsoQuantum MechanicsintheLihtoNew Technolooko: yf gf gy,T
②
,PhsicalSocietofJaan1989,321343;M.GellannandJ.B.Hartle,Classical --M yyppp.
,EuationsforQuantumSstems,PhsicalReview D,vol.47,no.8(Ar.1993)" qyppp.y33453382.-
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)。奥姆尼斯()高度评价了该理论,认manhistoriesinterretationRolandOmnès- yp。①从此,冯·诺依曼描绘的一张张独为它是“一个很好的一致性、完备性的解释”立的、静态的照片被改装成一连串的动态画面。第三种进路是“纤维”的认知思路。
②把世界)于1巴雷特(心与世界的量子力学》一书,JeffreBarrett999年出版了《y
,每一个轨道表示一个可能世界的一种历史,在可能的历史的态联接成一个“轨道”中阐述概率的测量。巴雷特把这种解释称为量子力学多纤维理论(themanthreads -y
),这是多世界解释的最新形态。theory
由此可见,量子力学多世界解释并不是一种单一的解释理论,而是多种解释理——相对态解释和德·维特理论的相关论文一论的集合。由于最初的两种解释模型—
并被收录在1量子力学多世界解释》一书中,这些解释理论之间又存973年出版的《。之后,虽然混”称为“多世界解释”在着一定的思想关联,尔后的研究者便将其“
有多种理论陆续提出,但学者们仍沿袭这一说法加以概括。
多世界解释的发展不仅是一段科学进步史,也是一段哲学理念嬗变史。
首先,多世界解释的发展是对形式体系与理论解释重新审视的历时研究过程。)和解释(形式体系(formulationinterretation)都是量子力学研究中概念演化的p产物,然而形式体系超前于解释已经是一个不争的事实。在传统观点看来,对形式体系进行理论解释就是将理论术语通约为观察术语,将理论命题还原为经验命题,将语形系统演化为语义系统。
埃弗雷特和德·维特并没有因循这种传统的理念,而是宣称“自己的形式体系。多世界解释根据一些确定的预设推演出确定的结果,这一过本身派生了它的解释”
程是每个人都可以自行核对的。因而,量子力学解释变成了科学的一部分,不再是玄学的空谈。与哥本哈根解释相比,多世界解释具有更多的可推演性表达和技术性内容。然而,埃弗雷特和德·维特的主张并没有获得学者的一致认可。巴伦泰因就,充其量只能“认为,EWG理论是“没有根据的并且是会使人误解的”提示”某种解释,因为一种形式体系的语义学永远需要一些特殊的解释性假设。面对责难,德·维特也难以说服对方,后来不得不把这项任务交出由将来“某个有魄力的分析。哲学家来完成”
“——德·维特理论———多视域解释———多心灵解释———多历史解释相对态解释—
———多纤维理论”的发展,伴随着形式体系与解释的更迭。尤其在解释方面,经历——宇宙———心灵———历史———纤维”的演变。多世界解释的发展重新审视了“态—
参见R.Omnès,ConsistentInterretationofQuantum Mechanics,ReviewsoModern" pf
①
,,Phsicsvol.64,no.2(Ar.1992)339382.-ppp.y
effreAlanBarrett,TheQuantum MechanicsoMindsand Worlds,Oxford:②参见J yf
,1heOxfordUniversitPress999;J.Barrett,TSinleindandManinds -M -Mygy
,,(VersionsofQuantum Mechanics,Erkenntnisvol.42,no.1Jan.1995)105.89" -pp.
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