科學人 發行日期:2013/07 刊號:137
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【物理學】量子在你心

撰文/馮貝爾(Hans Christian von Baeyer) 翻譯/高涌泉

量子理論的某種新觀點,可以去除微觀世界中種種奇異的弔詭,但所付出的代價是:量子訊息只存在於你的想像之中。

撰文/馮貝爾(Hans Christian von Baeyer)
翻譯/高涌泉

重點提要
■量子力學是極為成功的理論,但也充滿了不可思議的弔詭。量子貝氏主義(QBism)是最近才發展出來的模型,它結合了量子理論與機率理論,希望能消除量子弔詭或是起碼讓它們比較不那麼令人不安。
■量子貝氏主義重新理解位居量子弔詭核心處的事物——波函數。科學家利用波函數計算一顆粒子具有某種性質(例如位於某處)的機率。不過一旦物理學家把波函數當成是真實的事物,荒謬的弔詭就出現了。
■量子貝氏主義主張波函數純粹只是數學工具,觀察者可以指明自己判斷量子系統具有某種特定性質的機率大小。在此觀點下,波函數不存在於自然世界中,它僅代表個人的主觀心理狀態。

量子力學完美地解釋了在各種尺度(從微觀到天文)之下物質的行為,在所有物質科學中,是最成功的理論,但也是最詭異的理論。

在量子領域裡,粒子似乎可以同時出現在兩個地方、訊息傳遞速度可以比光速快,而貓可以同時既是死的又是活的!物理學家已經對這些量子世界中弔詭的事情困惑了90年,但他們現在還是一籌莫展。當演化論和宇宙論已經成為一般知識時,量子理論仍然讓人(甚至許多物理學家)認為是奇特的異常事物;儘管在設計電子產品時,它是很棒的操作手冊,此外就沒什麼用處了。由於人們對於量子理論的意義有著深度混淆,便繼續加深一種印象:量子理論想急切傳達的(關於自然的)深奧道理,與日常生活無關,而且因為過於怪異,以至於一點也不重要。

在2001年,有個研究團隊開始發展一種模型,或許可以去除量子物理的弔詭之處,至少也會讓這些弔詭不那麼令人不安。這個模型稱為量子貝氏主義(Quantum Bayesianism, QBism),它重新思考波函數(這個位居量子弔詭核心的事物)的意義。

在正統量子理論中,一個物體(例如電子)可用波函數來表示,也就是說波函數是一種用來描述物體性質的數學式子。如果你想預測電子的行為,只需推導出它的波函數如何隨時間而變,計算的結果可以給你電子具有某種性質(例如電子位於某處)的機率。但是如果物理學家進一步假設波函數是真實的事物,麻煩就來了。

量子貝氏主義結合了量子理論與機率理論,認為波函數不是客觀實在的事物;反之,它主張把波函數當做使用手冊,是觀察者對於周遭(量子)世界做出適當判斷的數學工具。明確一點講,觀察者了解一件事:自己的行為與抉擇會無可避免地以無法預測的方式影響被觀測系統,因此用波函數來指明自己判斷量子系統具有某種特定性質的機率大小。另一個觀察者也用波函數來描述他所看到的世界,對於同一量子系統而言,可能會得到完全不同的結論。觀察者的人數有多少,一個系統(一個事件)可能擁有不同的波函數就有多少。在觀察者相互溝通、並且修正了各自的波函數以涵蓋新得到的知識之後,一個有條理的世界觀就浮現了。

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