今天的物理學家比較認同量子力學的哪個詮釋?


一個真實的段子可以概括「物理學家」對此問題的態度:現在Stanford物理系任講席教授的某大牛1982年曾在Stony Brook任助理教授。他上的第一門課是研究生QM,用一周介紹了測量問題,貝爾不等式之類的與quantum foundation有關的問題。結果有5個資深教授找他談話,原話是「what you are doing is evil, since the students would not help being fascinated by quantum foundations and thus become USELESS.」

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這是我最感興趣的問題,也曾騷擾過歐美研究quantum foundations的大多數professor,並差點入坑。由於本人幾乎所有物理和數學都是用英語學的,專有名詞不會也不認為有必要翻成中文,見諒。

大多數物理學家不關心此問題,而且很多人不喜歡想研究測量問題的人。具體來說大概分3類,第一類否認量子測量問題的存在,或認為其為哲學而非物理問題。第二類不關心是否存在這一問題,因為量子物理能做出可被實驗驗證的預測,這對他們來說已經足夠。第三類認為曾經存在測量問題,但已被decoherence解決。(事實上,decoherence解決的是quantum to classical transition,而不是quantum measurement problem,這基本上是quantum foundations community的共識

關心此問題並有過深入思考的物理學家大概分兩類,第一類認為測量問題在現有frame work下無法解決。第二類贊同其中的某個interpretation,總體來說美國贊同many world interpretation的多,歐洲贊同objective collapse theory的多。

簡要介紹下主流的詮釋,以及存在的問題
1,textbook interpretation,顧名思義是教科書上常見的interpretation,一般的物理過程為unitary evolution,測量導致collapse,至於什麼是測量以及collapse的過程是怎樣的,付諸闕如。值得注意的是很多人稱此為哥本哈根詮釋,但事實上關於什麼是哥本哈根詮釋一直沒有定論,也可以表述為宏觀物體由經典物理描述,微觀物理由量子力學描述,等等。
2,many world interpretation,一切物理過程皆為unitary evolution,當測量發生後每一種可能結果都是真實存在的,並構成一個branch(world)。該詮釋的問題在於什麼是測量,以及如何理解概率。
3,hidden variable theory,比如de Brogile-Bohmian theory (Bohmian mechanics ),測量結果決定於隱變數,例如在BM中隱變數為初始位置。該詮釋的問題在於無法應用於有自旋的粒子,不滿足相對論協變性(我本人非常喜歡BM,但我認為這一理論是錯的,目前的一個side project是在數學上證明之。物理學家很少有人研究BM,研究BM的主要在數學系或哲學系)
4,Neuman-Wigner interpretation,認為consciousness導致collapse。此詮釋的問題在於,人的consciousness能導致collapse,貓也行吧,貓行昆蟲行嗎,昆蟲行單細胞生物行嗎。。。。另外consciousness本身就是一個extremely ill defined concept。目前物理學家很少有人在乎此理論,似乎在非物理學家裡有不少支持者。
5,objective collapse theory,認為collapse是客觀存在的,嚴格的說不屬於interpretation,而是modifcation of QM。比如continuous stochastic localization,Penrose interpretation。該理論的問題在於不滿足相對論協變性,以及各種守恆律。我目前的research就和此有關。

6,statatistical interpretation:量子力學只能被用來描述一個被通過類似手段製備的系宗,而不能被用來描述單個系統。我的感覺是不少人實際上是認同這個的,我本人曾經一度傾向於這個詮釋,但是他實際上是不自洽的,致命弱點在於如何描述測量過程中的儀器。另外我刻意沒有提到consistant history,是因為我認為這是一個描述測量的formulation,而不是一個interpretation。

以下是我所接觸過的比較著名的物理學家對此問題的看法。
A, main focus在quantum foundations。quantum foundations community基本上大家都不認為某個interpretation解決了測量問題。
1,Rob Spekkens(PI),不認為測量問題能在現有framework下解決。據他的一個學生說Rob認為問題不在QM而在統計學上。他目前似乎想從casual structure入手重建統計學以解決此問題。
2,Lucien Hardy(PI),不認為測量問題能在現有framework下解決,一年前和我說他想借鑒quantum information中的circuit model,構建一個causal structure可以存在superposition的theory,不知目前進展如何。
3,Terry Rodulph(Imperial college),不認為測量問題能在現有framework下解決,據說他持psi-epistemic的觀點,即wave function代表我們能得到的信息,而與本體(ontic)不構成一一對應,也就是說他事實上不相信令他一舉成名的PBR theorem。
4,Adrian Kent(Cambridge),不同意當前任何詮釋,今年暑假跟我說他正在develop一個新的interpretation。

B,main focus 不在quantum foundations,但是對此非常感興趣並做過深入研究者
5,Tony Leggett(UIUC),不同意任何interpretation。Tony曾經多次強調decoherence沒有解決測量問題。
6,Nicolas Gisin (Geneva),傾向於objective collapse theory,他的一個剛剛獨立的posdoc在做用opto-mechanics實驗研究該理論。Nicolas非常不喜歡many world interpretation,我跟他說我不喜歡MWI時他豎起大拇指說good!
7,Sean Caroll (Caltech),篤信MWI,多次在blog上討論。

C,感興趣但研究不多者
8,Leny Susskind(Stanford),篤信MWI,曾和Raphael Bousso寫過一篇文章說宇宙學中的multiverse和測量問題中的many world是一回事,但似乎很少有人相信。(我印象中不少string theorist不喜歡MWI,我問另一位在六大做string theory的教授關於該文的看法,他直接說「I refuse to read anything that contains many world.」)
9,Paul Kwiat(UIUC),傾向於哥本哈根詮釋,他的原話是「It may be possible that Copenhagen interpreation is correct, macroscopic objects are described by CM, while microscopic by QM」。他是我所知道唯一一個關心此問題但傾向於哥本哈根詮釋的物理學家。
10,John Preskill (Caltech),傾向於MWI。

我個人的看法:quantum measurement problem無法在QM framework下解決,解決此問題需要knowdge and insight of higher level structure of the quantum theory, 這也是我聯繫了幾乎所有leaders of quantum foundations 但最後來caltech 刷gr,qft,string theory,mathematical physics的原因。


是的!又學了一個學期後,我又跑回來更新了!

原問題是:今天的物理學家都相信量子力學的哪個哲學解釋?問題表達方式有誤。

量子力學的不同解釋是對量子力學中非常重要的問題——the measurement problem(中文翻譯貌似是測量問題)的不同的解決方案(solutions)。這是一個關於wave function collapse(波函數塌縮)如何發生或者說是否發生的問題。這是一個物理問題,嚴格說來,這個問題屬於foundations of physics。這個問題和哲學有很多聯繫,但它不是一個哲學問題--各個解釋在數學上是不同的。 @Richard May 答案中說「量子理論的數學基礎還都是一樣的」是不準確的,至少GRW和Bohm在數學上和傳統的量子力學是有區別的,雖然區別很小。另外,將interpretations of quantum mechanics稱作是哲學解釋是不合適的,隨便google一下就能發現根本沒人說philosophical interpretations,想不通屢次修改題目的人是在哪裡看到有人這麼叫的=。=

由於目前實驗技術水平的限制,這個物理問題的各種解決方案還無法得到實驗的驗證,物理學家們對究竟哪個解釋才是正確的沒有達成一致意見,但這並不代表各種解釋在理論上是無法由實驗驗證的。實際上,不出意外的話,再過十年,實驗就能發展到驗證GRW的水平,所以到時候至少能夠知道GRW是不是正確的啦~~

根據薛定諤方程,a wave function總是deterministically(確定地)發展到不同狀態的superposition(疊加態--這樣會導致,比如說,貓處於死了和沒死的疊加狀態),但是測量實驗卻發現物理系統總是處於definite, determinate(明確的,確定的)狀態--貓要麼死了,要麼沒死,沒有其他情況。這樣看來,「量子力學兩大基本principles: 薛定諤方程和collapse postulate是互相矛盾的。當我們make measurements(進行測量),collapse postulate是正確的(告訴我們貓到底死了還是沒有),薛定諤方程卻告訴我們貓處在superposition of being dead and being not dead;當我們沒有在making measurements,薛定諤方程式又是正確的。」「最基本的哥本哈根解釋稱:在這個世界上薛定諤的貓處在同時死了和沒死的狀態,it is in a superposition of being dead and being not dead,並進一步稱,並不存在這隻貓究竟死了還是沒死的這樣的事實。」那實驗結果是怎麼來的呢?有人說,啊哈!因為實驗總是有observer(觀察者)參與的,並且是具有意識的observer。observer的參與造成了wave function collapse。那什麼算具有意識的observer呢?(——&>和哲學有關。)物理學家估計都快瘋了,拿過諾貝爾的Eugene Wigner說,狗可以算observer,老鼠不能算observer——為什麼狗可以算,老鼠就不能算?!你逗我呢(暴漫臉)?!

The measurement problem和哲學是有很大的聯繫,因為傳統上哥本哈根的解釋不僅僅只是和我們的日常經驗相違背,更是挑戰了我們是否還能以以往的方式來認識這個世界——都不存在到底是死了還是沒死的事實了,還認識個毛啊摔(╯‵□′)╯︵┻━┻ 重要的是,這樣anti-realist的說法不僅違反了我們的日常直覺,在一定程度上其實瓦解了物理學家一直以來的對於物理學的認識和理解。最重要的是,這個問題指出了量子力學內部存在的不能忽視的問題--薛定諤方程和collapse postulate是互相矛盾的

之前的物理學界就是這樣一個混亂的狀態╮(╯▽╰)╭ 也許是因為這樣的混亂,也許是因為其中和哲學說不清的曖昧關係導致物理學家惱羞成怒,之後就很少有人討論the measurement problem了,否認the measurement problem是一個有意義的物理問題,甚至否認有這麼一個問題。我們老師讀博士的時候甚至因為表示了一下自己對the measurement problem很感興趣就被叫到Dean"s office,並被警告說如果要研究這個問題就會被開除。我和我的小夥伴當時聽到都震驚了,學術霸權什麼的。。。但是真的是所有人都對這個問題毫無疑義嗎?當然不是,其他對這個問題感興趣的博士便對自己在這方面的研究各種粉飾、偽裝,假裝不是研究這個問題來討好老師。。。

直到近幾十年來,這個情況才有所好轉,物理學家們開始承認the measurement problem的存在和意義,並展開積極的討論。還是有很多物理學家對這個問題不感興趣,但這不很正常么,物理學這麼多分支,物理學家不可能對其中每個都感興趣--但這並不能否定the measurement problem在物理學上的意義。p.s.我學實驗物理和理論物理的朋友們對此就都挺感興趣的,還跑來我們的課旁聽。教授A對理論物理和實驗物理都有研究,他表示不是很care哪種解釋是對的,除非要教量子力學的課,有學生跑來問了,才會思考一下=。= 不過一般是想不出什麼結果的。。。哥本哈根是正統,那就哥本哈根嘍~ 他進一步表示大部分物理學家都是這樣的。。。

還有一種情況是現今65歲以上的物理學家(比如上面提到的教授A),由於之前的傳統,對此估計還是不大關心。而他們的學生,很多現在的PhD們完全木有了解過GRW theory和Bohmian mechanics,大部分人都接觸不到,更不用說支不支持了。65歲以下的年輕物理學家們對此還是很感興趣的,比如樓上提到的Brian Greene(不過Brian Greene是支持many-world interpretation的 @周子涵 )。目前物理學界整體對於the measurement problem--對於各個解釋的態度正處在一個轉型階段,之前的負面影響還沒有完全過去,等再過一代(generation),情況會很不一樣~

現在很多物理學家都相信many-world interpretation,某種程度上是因為這個理論和其他的物理理論在數學上更為融洽,換句話說,即便接受了many-world interpretation,對於其他的物理理論也不用做很多的修改。p.s. Oxford是many-world interpretation的大本營。而對many-world interpretation的討論有時候會涉及到相關哲學的討論。比如說many-world interpretation宣稱這個世界是deterministic(確定地),那它又如何解釋我們在實驗中觀察到的概率呢?這就涉及到哲學上對於概率的討論,對於credence of probability的討論等等。有興趣的可以參考:The Emergent Multiverse: Quantum Theory according to the Everett Interpretation: David Wallace: 9780199546961: Amazon.com: Books

再補充Sean Carroll在他的博客文章The Most Embarrassing Graph in Modern Physics提到的一個投票結果,「carried out by Maximilian Schlosshauer , Johannes Kofler, and Anton Zeilinger at a quantum foundations meeting (see John Preskill at Quantum Frontiers, Swans on Tea). The pollsters asked a variety of questions, many frustratingly vague, which were patiently answered by the 33 participants.」

我們老師覺得現在比較promising的是GRW theory和Bohmian mechanics,不過全世界能正經學到Bohmian mechanics也就三五個學校吧,Oxford一個,德國一個,Bohm當時由於政治原因不得不跑到巴西去,所以現在巴西也有一個,Brian Greene在他本科的quantum課上會教一點。

p.s. 退相干根本不能算一種解釋好不好?!雖然這是一個很常見的錯誤。

p.p.s. 我很好奇答題的這麼多人有多少是真的正經學過GRW,Bohm"s theory和多世界的?估計沒有吧(望天。。。

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引用一段Professor上課時的調侃:"If you ask any physicist what the right way to understand quantum mechanics is, they would say, the Copenhagen interpretation. And if you say, what do you mean by that,they would say, you know what Bohr said in that paper. And if you said, could you tell me what Bohr said in that paper, they would say, you know, I have to get a hair cut. "如果你問任何一個物理學家如何正確的理解量子力學,他們會說,哥本哈根的解釋。如果你繼續問,哥本哈根的解釋是什麼意思,他們會說,你知道的,就是Bohr在他那篇論文里說的。如果你再問,你能告訴我Bohr在那篇論文里說了什麼嗎?他們會說,哦,我得去理髮了。

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 創立於20世紀20~30年代的量子力學,不僅是當代物質科學的最主要的基礎理論,而且也是其他許多自然科學、社會科學的思維科學的重要理論與方法論的基礎。

  嚴格地說,任何一門科學均需要解釋。然而,由於量子力學所研究對象和理論建構過程的特殊性,對量子力學形式體系的解釋變得特別重要。

  量子力學最需要解釋的問題是量子概率,量子關聯(EPR與全同粒子)和量子測量。在量子力學的發展史上,各個不同的流派對這些問題都提出了自己的見解。

              哥本哈根的正統解釋

  玻恩於1926年10月提出了概率波詮釋,成為後來所有解釋的基礎。為了弄清楚幾率詮釋所要說明的量子力學同經驗材料之間的真正關係,海森堡受愛因斯坦的「是理論決定我們所能觀察到的東西」的觀點的啟發,提出了不確定原理:不對易力學量無法同時精確測量。玻爾於1927年3月從對波粒二象性的哲學思辯出發,提出了他著名的互補原理:粒子概念和波概念既相互補充又相互排斥,因而對於全面地理解所有的實驗而言,這些概念都是需要的。在具體的實驗過程中,一個課題的相互補充的屬性不可能被同時觀察到。例如動量和位置不可同時測量。 

  以玻恩幾率詮釋為基礎,以玻爾互補性原理為核心,以不確定原理為精髓,這就是量子力學哥本哈根正統解釋。哥本哈根解釋中物理陳述和經驗陳述是相適應的。

  但是,正統解釋仍存在以下幾個問題,並在近年來有逐步加重的跡象:

  1) 馮*諾意曼的測量解釋不得不將人的主觀意識這個非物理因素直接引入量子力學解釋中。這一點是很不和諧的。

  2) 玻爾的互補性原理反映了玻爾的下述思想:一切經驗必須通過經典概念表達出來,這是物理觀察的本性。人們不禁要問:既然量子力學已經取代了經典物理學,為什麼量子實驗又必須用經典物理學的概念來描述?為什麼不能在現有的量子力學形式體系中根據實驗特徵給予量子概念以更符合量子特徵的一貫解釋?因此有人說,互補性原理只是語言上的改進,迴避了所存在的問題。

 正是由於以上問題的存在,在解釋一系列新型的量子實驗問題上存在困難,為了改進和修正正統解釋,出現了其他的各種解釋。

              統計系綜解釋

 在第五次索爾唯會議上,愛因斯坦提出了以下觀點:波函數所描述的無論如何不能是單個體系的狀態,它所涉及的是多粒子體系,從統計力學的意義上說就是「系綜」。他在1935年提出著名的EPR論證之後,在《物理學與實在》一文中進一步明確了他的「統計系綜解釋」。該理論解釋在30年代得到了肯布爾、玻普爾、朗之萬等人的支持;但在當時面對正統解釋的強大壓力下,真正注意到系綜解釋的物理學家並不多。但另一方面,由於玻恩詮釋將概率問題引入物理學的中心,在哲學界和邏輯學界卻對量子概率問題的討論產生了濃厚的興趣。卡爾納普在30年代試圖將量子概率約化為經典概率。萊欣巴赫於1947年則提出了他的嚴格頻率解釋。在30~40年代發展起來的科學哲學中的多種對量子概率的解釋成果的基礎上,波普爾於1935年系統地發展了他在1934年獨立提出的「傾向性解釋」。從波普爾對量子力學的概括中可見統計系綜解釋的主要思想:

  1)量子力學像牛頓力學或者玻爾茲曼的氣體理論一樣,包含客觀的實在性質。

  2)量子力學本質上是統計性的理論,它不包含有超出非經典物理學的任何新的認識論意義。統計性原理原則上是整個物理學的基礎。

  3)量子力學解釋中幾乎所有的困難,都來源於對概率論的誤解,尤其是來源於物理學中自拉普拉斯至馬赫、愛因斯坦一直到如今業已存在的對概率進行主觀主義解釋的古老傳統、以及對相對的或條件概率的計算的忽視。所以哥本哈根學派不得不在對概率的主觀主義解釋和客觀主義解釋之間搖擺。

  4)正統解釋中的不確定原理只是一種統計的散布關係,測不準原理的解釋是含糊的。

  5)波粒二象性是一種不負責任的說法,我們應該放棄「互補性這個概念」。

  6)量子力學不是一個超距作用的理論,「波包收縮」不是量子理論應有的效應特徵,它是在某種概率論中都會發生的事件。

  那麼什麼是「系綜」呢?布洛欣妥夫在1949年出版的《量子力學原理》中,第一次給量子系綜下了定義:從屬於同一客觀環境的「粒子(或系統)的集合」。但是統計系綜的解釋卻存在嚴重的數學基礎問題。

              隱變數理論

  1935年春天由愛因斯坦等人發表在《物理學評論》上的著名的EPR論文,挑起了量子力學理論是否完備的廣泛、激烈而長期的爭論。

  現在一般認為,EPR論文中論述現有的量子理論的不完備性是從實在性和定域性兩方面來考慮的。關於實在性,愛因斯坦堅信存在著一個獨立於人的意識之外的外在世界,物理學理論能夠給予這個外在世界以統一的決定論的描述,並且這種理論所預見的實驗操作在原則上可以不影響這個外在世界本身。

  而波爾則認為量子力學所能給出的是關於微觀世界與實驗相互作用所形成的現象的非決定論描述。分歧的焦點就在於對物理實在的理解上。隱變數理論主張,我們應該把現有的量子力學看成一種統計力學,它只給出被測量物理量的平均值,但在更深的目前經驗所達不到的層次上,則認為每個個體系統均遵照嚴格的決定論規律來運動。

  人們希望在微觀物理領域內恢複決定論和因果性,而且消除物理學中經典現象和量子現象的分界,重新建立起統一物理世界的理論。例如在量子信息領域,為了理解EPR遠程關聯,人們需要去實現和控制遠程粒子整體性中暗示的那些的隱變數。當然,我們目前還沒辦法實現這個夢想。

              多世界解釋

  埃弗雷特在上個世紀50年代首先提出我們這個「現實的」宇宙之外,本來就存在著與我們這個宇宙不同的許許多多彼此「平行的」、不連通的宇宙,而且他們都同樣的真實。似乎這樣就可以解釋為什麼薛定諤的貓會處於半死不活的狀態。

  在量子力學的正統解釋中,波函數完備地描述了微觀系統的態,微觀系統的態遵照薛定諤方程決定性地演化,波函數的平方的絕對值僅表徵測量結果的概率,而操作測量的卻是外在於量子系統的觀察者。但觀察者的狀態,觀察者的記憶,甚至觀察者的心與大腦的物理態,都應該內在於宇宙。因此一個徹底的量子宇宙論中,不能以正統解釋方式解釋宇宙波函數。這些考慮是量子力學多世界解釋的最根本出發點。

 「多世界的解釋」可總結為:

  1)存在著一個表徵整個宇宙狀態的總態;

  2)總態按照決定論的、線形的動力學方程演化,並且從不塌縮;

  3)宇宙是由許多相互不可觀察的,但卻同樣真實的世界所組成的;

  4)對物理實在的完備性描述要求人們分別定義宇宙的態矢量和動力學變數;

  5)在一個完美測量中代表總態的態矢量將自然地分解成相互正交的矢量,這些矢量表徵了不同世界的態;

  6)分解方式是唯一的,每一次完美測量都有記錄,但在每一個世界中的記錄是不同的,這就是對確定的測量記錄的解釋。

多世界解釋是有爭議的,因為這個解釋太奇特了,奇特的甚至都有點荒誕了,但卻是有一定說服力的。

  量子力學作為科學理論源還將成為越來越多的重大高新技術的孵化器。同時,20世紀的哲學尤其是科學哲學已經深深地捲入由量子力學所帶來的科學實在的建構性和科學方法的複雜性的討論之中。一大批世界級科學哲學大師,無不把自己的一般科學哲學建立於他們對量子力學的深刻理解和獨到見解之上。如果說沒有量子力學就不會有現代科學哲學這個提法過強,那麼,稱沒有對量子力學哲學問題的探討,20世紀的一半的科學哲學家的思想將成為無源之水,那將是可以被廣泛接受的中肯觀點。

&<摘抄自我多年前寫的一篇科普。如果你們在網上找到和這個一模一樣的版本,那就是我寫的&>


退相干(decoherence)是現在的主流解釋,在這裡測量被理解為被測對象與儀器所組成大系統的幺正演化換句話說,沒有神奇的坍縮和人類意識,只有嚴格的量子力學演化和歸因於儀器宏觀特性的准經典近似。用哥本哈根詮釋的語言來描述,那就是儀器和被測對象的總體波函數並沒有坍縮,只是被測對象的波函數看起來像坍縮了一樣。

當然,多世界也有很多支持者,但相比之下還是支持退相干的更多。

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如高票答案所說,直接把「退相干」和多世界詮釋拿來比較,嚴格說是不合理的。因為「退相干」是一個可觀測的物理現象, 因而本質上獨立於不同的詮釋。「退相干」現象讓我們得以選擇出無數自洽的「宏觀」歷史,但並不能告訴我們為什麼只觀察到了一個特定的「真實」歷史。實際上,Gell-Mann等人最早構造出「退相干歷史」理論時,本質上還是接受了概率假設:即物理量存在內稟的概率分布,量子力學計算物理量的可能取值、和取值概率,但不解答隨機性從何而來的問題。

然而,這也確實是大部分物理學家對量子力學的理解:這並不是嚴格意義上的詮釋,反而是把隨機性的來源「懸擱」起來,更像是一種自然科學中的不可知論。因為無論玻恩法則(Born rule)的根源是什麼,無論它是自然界內稟隨機性的結果,還是方便計算的簡化規則,我們至今所能觀測的也無非是實驗測量所構築起來的「自洽歷史」罷了。至於別的歷史是存在於平行宇宙中,還是在坍縮中消失殆盡,乃至於波函數在多大程度上「完備」地描述了宇宙的狀態?等到設計出得以檢驗這個命題的實驗時,它才算是一個物理上有意義的問題。


Update Log:

  1. 我不做理論,因此無法代替理論物理學家回答,僅此而已。
  2. 既然要爭論題主問的是什麼,那顯然「搞物理」的包括「搞實驗物理」和「搞理論物理」兩大類。我站在我的立場作了回答,也歡迎各位搞理論物理的同仁發表見解。
  3. @周子涵 兄和我的評論區都有不少拓展討論,但我認為不適合更新在答案里。有興趣的知友歡迎來論。

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搞實驗物理的人不相信任何哲學解釋。

如果已有的解釋都能在所有已知實驗結果下存活,那麼實驗物理學家會包容他們的存在,不會非得挑出一個來相信。如果某一天一個新結果否定了某種解釋,那就否定好了,實驗物理學家只尊重客觀事實,不關心什麼「哲學」。

物理,不是哲學。


當一個問題演變為「你信不信」的時候其實並不是科學問題。

理論物理學工作者一般也並不關心哲學意義。但是哲學意義對於闡述物理實在有不可替代的作用,畢竟在量子的世界,那種反經驗的特質,的確非常接近哲學中對存在的思考。

理論物理工作者選擇某種他認為還不錯的哲學解釋去檢驗和分析,存在N多哲學解釋的原因在於我們並不知道那是什麼,我們只知道可能是什麼。而且不同的哲學解釋中,最核心的問題是人在我們物理實在中的地位是怎樣的。這對於科學來講可能是比較難辦的一個事情。我們總希望能夠剔除看起來像是人類主觀意識的影響,但無論是歷史退相干還是平行世界理論,他確確實實是個形而上的假設,並不是科學假設。

在物理上,工作者大部分時間只關心我們所探討的過程是否符合理論的數學原理,符合的情況下我們挑最容易理解的哲學去解釋,在有疑問的情況下,我們挑聽起來最玄的哲學理論去探索。至於哲學上何以可能,並不是理論工作者思考的主要對象。

所以這是信不信的問題,因為除了信不信我們暫時沒別的選擇,迄今為止無論我們選擇哪一種解釋,量子理論的數學基礎還都是一樣的。所以說哲學理論只能說是一種潛在的發展模式。


我來湊個熱鬧吧,怒答一記。

先拋個結論:哲學對於物理學,至少在量子層面的物理學,是一種解說體系,或者說是一種解釋選擇。所以不涉及信或者不信的問題,其次,是否相信這個問題本身就不是因果層面的東西。

當科學主義盛行,哲學開始重視科學的實證主義之後,這個世界出現了要把現代哲學和現代科學捆綁的一種思潮。所以就出現了兩個混賬的悖論:

第一,科學就是哲學。(類似變種有科學是哲學的基礎,哲學是科學的最終形態)

第二,哲學和科學毛關係木有。

前者來源於探索人類主觀意識局限的反經驗主義思潮。

後者來源於科哲發展中數個矯枉過正的烏龍。

實際上哲學和科學實際相當微妙。理論家未必不相信哲學,但是實際工作中確實很少去可以關心哲學解說。因為物理學的主要研究方法是歸一法,其他自然科學主要是還原法,物理學主要目的還是根著於通過實證和觀察,以及推導,最終都要歸一到數學邏輯上。而在這個狹義之下,哲學更多的是一種解說體系,而非反經驗主義的指導體系。所以科學家樂於將已知的結果挑選一類哲學體系去解說,並且通過形而上的假設進行一些預想,儘可能去歸一到客觀本質,而非數學的抽象本質,但這個過程並非是非理性的判斷,更並非要通過哲學來做驗證。而是觀察實證主義進入哲學後的一種工具。

那麼,與其說科學家是信不信某類哲學,還不如說科學家樂於選擇某一類範疇的解釋來形成邏輯自恰以及一些預知構想。


哥本哈根解釋。


霍金《大設計》「基於現實的理論模型」。翻譯過來就是:腦子燒壞了才以為人類可以理解這個世界的本質,能夠準確預測就好啦~~~


剛重溫了《量子物理史話》,摘錄如下:

1997年,在馬里蘭大學巴爾的摩郡分校(UMBC)召開了一次關於量子力學的研討會。有人在與會者中間做了一次問卷調查,統計究竟他們相信哪一種關於量
子論的解釋。結果是這樣的:哥本哈根解釋13票,多宇宙8票,玻姆的隱變數4票,退相干歷史4票,自發定域理論(如GRW)1票,還有18票都是說還沒有想好,或者是相信上述之外的某種解釋。到了1999年,在劍橋牛頓研究所舉行的一次量子計算會議上,又作了一次類似的調查,這次哥本哈根4票,修訂過的運動學理論(它們對薛定諤方程進行修正,比如GRW)4票,玻姆2票,而多世界(MWI)和多歷史(DH)加起來(它們都屬於那種認為「沒有坍縮存在」的理論)得到了令人驚奇的30票。但更加令人驚奇的是,竟然有50票之多承認自己尚無法作出抉擇。在宇宙學家和量子引力專家中,MWI受歡迎的程度要高一些,
據統計有58%的人認為多世界是正確的理論,而只有18%明確地認為它不正確。但其實許多人對於各種「解釋」究竟說了什麼是搞不太清楚的,比如人們往往弄不明白多世界和多歷史到底差別在哪裡,或許,它們本來就沒有明確的分界線。就算是相信哥本哈根的人,他們互相之間也會發生嚴重的分歧,甚至關於它到底是不是一個決定論的解釋也會造成爭吵。


下劃線部分是對問題的直接回答,其他部分選讀。

我始終覺得,即使是sb民科,其話語權也不應該被忽視,畢竟這是科學,不是政治,真相自會大白。

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我發現現在網上對於物理和哲學的關係出現了一種矯枉過正的現象。 誠然,物理離不開數學理論,離不開推導,離不開嚴禁的理性。誠然,網上有很多毫無物理素養的人,一知半解便大放厥詞,發明所謂的新的宇宙規律。但是,同時我們也要注意到,有時候理論的突破確實需要一些直覺,一些洞察力,物理中以直覺出名的有費曼,數學中有拉馬努金,可以自行百度。理性的推導,嚴禁的實驗能擴展,證明,證偽一個理論,但是也許很難發明一個理論。

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題主既然問的是物理,而不只是實驗物理,我覺得還是不要因為主觀的原因對哲學有這麼大的意見為好。

其實當物理學家們爭論哥本哈根解釋,多世界解釋,隱變數解釋這些所謂的哲學意義,他們只不過是在爭論量子力學公式背後的物理意義。在物理中,我們經常討論某個公式的物理意義,卻不會有任何講哲學,假大空的感覺。

比如,v=x",他的物理意義就是反映物體的運動的快慢和方向。

比如,圓周運動的向心加速度a=v/r^2,反映線速度方向變化的快慢。(雖然我個人覺得角速度其實是反映線速度方向變化快慢的,而向心加速度反映的其實是在線速度從方向a變到方向b時,方向a上的速度分量的大小變化快慢。)你看,爭論就來了吧。即使是a=v/r^2這種簡單的公式,都可以爭論一下物理意義。

那麼對於薛定諤方程這種東西,對其物理意義有爭論真是再自然不過了。

由於對於給定時刻,薛定諤方程只能給出物體出現在每個位置的概率,那麼問題就來了,這說明什麼?是我們的理論不完善,缺少變數(隱變數解釋),物體的位置和時間無法同時確定(哥本哈根解釋),還是每次需要用到概率的時候,世界都會對任何可能出現的情況分離出一個新的宇宙(多宇宙解釋)?

再比如波函數坍塌的物理意義到底是什麼?是人的意志可以影響物理世界嗎?還是說粒子只在比較少的數量級能明顯的表現概率性,當人加入到該系統,由於該系統的粒子數數量級遽增,導致了一定的確定性?

由於該理論本身是描述極為基本的位置和時間的關係,這種物理意義的爭論很容易上升到哲學的高度:決定論,平行宇宙,不可知論。。。等等等等概念都延伸出來。

像目前排名第一的答案,以及其他一些答案,言語中處處露出高貴的實驗物理的優越感,似乎談論解釋是一種很無謂的事情。可是要知道,當初爭這些解釋爭的最凶的就是愛因斯坦和波爾,當然也可能因為他們主要是搞理論物理的,低一個等級,所以當然要做這種無謂的事情。不過假如沒有他們把實驗數據組合成相對論和補完量子力學,那麼還真不知道做實驗去驗證什麼呢。

當然,現在網路上魚龍混雜,很多人根本沒有任何物理素養,看個百度百科就大談哲學。這種情況確實是令人反感的,但是這種反感最好還是不要地圖炮。

好了,既然談論這些解釋並不是一些不堪的事情,那麼到底物理學家們都相信什麼理論呢。 其實我也沒接觸過很多物理學家,唯一耳熟能詳的可能就是Brian Greene,他是相信哥本哈根解釋,決定論,無自由意志的:雖然世界的確切狀態不可預測,但是任何事情的概率都可以預測,所以世界的本質是概率決定,而不是我們的意志決定。

之前接觸的清華一位物理教授,似乎是仍在尋找自己認可的解釋階段,他做的工作由於涉及大量的物理的推倒,數學的計算,我並不是很理解。但是我確定的是他是想尋求到一個合理的解釋的。

當然也有很多物理學家,就像一些答案中說的,對這些解釋持不可知論的態度。霍金提出的」基於模型的唯實論「,也許是這種態度的一個體現,但我並不認為霍金本人對量子力學是沒有任何哲學概念的,畢竟霍金是個理論物理學家,他要做的事情主要還是思考。

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不說那些有的沒的, 事實是大多數理論物理科學家都比較傾向於退相干(Quantum Decoherence, MWI的一種),這也是多世界至於原因我覺得應該主要是它便於數學模型化和量化計算。但說實話,從哲學上來看它並沒有什麼特別(這我不關心)。

而且一旦你學了李代數和群論這些東西之後, 一個有很多維度和層面並對稱演化著的世界應該是想像起來最美的, 也是最容易被接受的概念了吧。

然而在找到任何具有傾向性的證據之前, 只要他們的數學形式是一樣的, 真沒人會關心是哪種哲學。。


哥本哈根詮釋


想了想還是放到回答里好了…雖說純屬挖墳。

wikipedia裡面做了一個簡單的比較表格,雖然並不怎麼precise而且混入了一些奇怪的東西:Interpretations of quantum mechanics

簡單地說一下其中一些我個人有點了解的詮釋:

【Ensemble interpretation/系綜詮釋】如果我們有一大堆一模一樣的系統,然後我們去測量它,那麼我們所得到的測量結果符合一定的統計規律。別的什麼也沒說。其實這才是學界的主流觀點,因為…它幾乎等於「沒有詮釋」,非常符合物理學家「不管黑貓白貓,抓到耗子就是好貓」的實用主義精神,雖然他們一般不敢堂而皇之地聲稱「關於這個問題,其實我什麼也沒想」。

後來由於愛因斯坦拿這個詮釋說事,說量子力學不完備,於是大家提出了系綜詮釋的各種各樣的改進版,然而都沒怎麼成氣候。

【Copenhagen interpretation/哥本哈根詮釋】教科書裡面通常都會列出的詮釋,「波函數會坍縮」的老巢。別的什麼也沒說。大體可以算作「系綜詮釋」的單粒子對應版。

【von Neumann interpretation/馮·諾依曼詮釋】明確提出波函數是實在的,所以「坍縮」也是實在的。與前面那兩個「什麼也沒說」的詮釋不同,馮·諾依曼詮釋在邏輯上是完備的,因而很受科普讀物青睞,甚至偽裝成正統的哥本哈根詮釋滲透到了教科書中。最大的困難是誰會引發波函數的坍縮,而且EPR佯謬如何處理。

【De Broglie–Bohm theory/德布羅意-玻母理論】最著名的全局隱變數理論,雖然很複雜而且變種很多但在現象預測方面與薛定諤方程嚴格相同。

【Many-worlds interpretation/多世界詮釋】該詮釋將世界分割為「微觀」與「宏觀」兩部分,「微觀」部分服從量子力學,「宏觀」不知道服從什麼規律但總之必須有確定性,不能處於疊加態。每當微觀量子態與宏觀相互作用的時候,世界為了保證「宏觀」的確定性(不能產生糾纏)就一分為多。問題在於如何分割「微觀」與「宏觀」,而且EPR佯謬處理得並不漂亮:世界的分裂是局域的,分裂以光速傳播,但各個分裂必需協同一致,不能相互抵觸,比如在相距遙遠的A、B兩地嚴格同時地測量一對EPR糾纏粒子的自旋,A地與B地的世界將各自一分為二,但當兩處的「分裂信號」相互交匯的時候,它們需要某種相互作用以使世界的總數保持為兩個,而非乘為四個。支持者不見得很多但很高調——多世界聽起來很浪漫(SF)嘛。

【Many-minds interpretation/多意識詮釋】多世界詮釋的細化版,將「宏觀」定義為「有意識的物體」。遇到的困難大體類似。

【Consistent histories/一致性歷史詮釋】多世界詮釋的改進版,認為世界並沒有分裂,而是本來就有一大堆。某個人具體呆在哪個世界裡服從一個可以計算並定義的概率分布。雖然說得很隱晦,但實際上它把除了測量者自己以外的整個宇宙、以及宇宙中的任何一部分均視為服從量子規律(薛定諤方程)的物體,亦即「微觀=宇宙」「宏觀=自己」。

【Relational interpretation/相關性詮釋】把一致性歷史詮釋裡面的多世界假設換成了「波函數坍縮」理論,但認為每個人看到的「坍縮」不盡相同。事實上徹底拋棄了物理實在性。

【Transactional interpretation/交易詮釋】最神奇的詮釋,有影響力的詮釋中唯一一個將左矢賦予了與右矢地位對等的含義的詮釋:右矢指向未來,左矢指向過去,波函數坍縮發生從產生直到消滅的整個時間區間中。後果也是嚴重的:為了保持波函數的實在性,不僅定域性,連因果律都被扔掉了。警告:沒有相對論性思考習慣的人切勿嘗試理解交易詮釋。

至於各種Objective collapse theories…嚴格地說,它們不是詮釋,而是不同的物理規律(就像多年前的局域隱變數理論那樣),因為它們會給出不同於薛定諤方程的預測。

於是,對於題主提出的問題,我可以很明確地說:

今天的物理學家比較認同系綜詮釋,因為懶。


Susskind 支持多世界, 科學美國人上的文章也是越來越傾向多世界


既然都沒有滿意的解釋,那為何不另闢蹊徑呢?

我提供一個大膽的猜測,可稱之為『』空間交變詮釋『』。

這個詮釋的基本思路是:宇宙中許多空間共存,而人居其一。牛頓定律是一個特例,它僅符合宏觀空間,其它空間遵循著完全不同的規律。

當不同空間發生交變的時候,量子現象出現了。

簡單的說就是,微觀粒子與宏觀物體分別處於兩個空間。而所謂『』退相干『』,即是連接兩個空間的橋樑。

人類生活在由宏觀物體組成的空間中。

但不同層次的微觀粒子,自身卻又各自組成了不同層次的空間。

雖然科學的手段能夠觀察到微觀粒子的特定體現形式,但微觀粒子卻並不屬於宏觀物體所處的空間範圍,而是處於自身境界的空間中,但同時它又參與了宏觀物體的構成。

假設上述猜測成立的話,那麼一個特定的微觀粒子就具有了『』雙重身份『』。

一方面,從『』縱向『』看:微觀粒子參與組成了宏觀物體;另一方面,從『』橫向『』看:微觀粒子同時又構成了自身層次的平行空間。

或許,這就是這個宇宙複雜交叉的空間結構?

這種只能意會,卻難以用語言描述的存在方式,足以刷新我們對於物質普遍聯繫與空間構成形式的概念。

假設,真正的宇宙有一個(或N個?)由不同層次微觀粒子構成的空間,我們稱之為『』本體空間『』。

而實證科學認識的遵循牛頓定律的宏觀物體,它是由本體空間經過宇宙演化,從而派生出來的一個附屬空間。

我們從一出生,就生活在這個附屬空間之中。

當本體空間的規律向下進入附屬空間的時候,『』量子規律『』隨即裂變成『』牛頓規律『』。

就是說,在『』本體空間『』與『』附屬空間『』之間存有一個邊界——正是有了這個界限的存在,才保證了兩類空間的相對獨立,使二者各自遵循自己的定律,相安無事。

當『』本體規律『』逾越這個界限,將要進入『』附屬空間『』的當口,有一個設定。

按照這個設定的要求,物質必須由符合『』量子規律『』的高能態,『』墮落『』為符合『』牛頓定律『』的低能態。

這個過程對於人而言是無法觀察的。

這是由一個人類尚未知曉的、由微觀粒子組成的高層空間,向人類己知的、遵循宏觀物理定律的低層空間過渡的邊緣地帶。

就是說,高層的『』存在『』湮滅,瞬間轉化為低層有形的實體。

這個神秘的過程——物理學稱之為『』退相干『』,或『』波函數的坍縮『』;道家說成是『』無中生有『』;佛教中描述為『』由空界生出色界『』。

這樣一來,就將量子力學的難題轉化成了兩個空間的交變。

假設,高層空間是靈動、自如、整合的;低層空間是機械、制約、分裂的。

那麼簡單的說法就是,『』坍縮『』之前屬高層空間;『』坍縮『』之後屬低層空間。『』坍縮『』——是兩個空間邊界的設定。

如此看來,量子理論就像是一扇讓人得以窺見那個神秘的另外空間的窗口。

痴人說夢,權當一笑。

以上。


人家來問搞物理的喜歡哪個解釋,結果一群人跳出來說哲學沒意義,要不就是說搞物理的不關心哲學,我真是服了……看了那麼多科普書,基本上每個作者都會有自己相信的解釋,愛因斯坦要不是自己的哲學理念會至死都不願意承認量子力學?本來解釋這個世界是物理的事情,但是現在物理還沒有發展到解釋一切,所以把這些問題歸為哲學問題,那搞物理的人就可以像鴕鳥一樣埋進沙里醉心於各種數學描述,忘記物理是幹什麼用的了?這些解釋不是不可區分的,總有一天物理會挨個檢驗這些解釋,然後我們才算是了解了這個世界,而不是了解了我們自己創造的數學。

PS:我也很想知道理論物理學家贊同哪個解釋,求一個真的懂的人來說說吧


現有答案都沒真正回答問題,這個問題涉及兩個概念:

1 量子物理 2 哲學

量子物理的基礎是測不準原理,說的是微觀粒子位置和能量無法同時精確測定。而哲學就複雜了,古希臘哲學包括天文學數學樂理學雄辯術等等一切學問,但若以現在的角度看哲學只是從理性出發研究表象背後規律性的一門學問,它與物理學的終極命題是一致的(即尋求真理)。

那麼搞物理的人不可能不知道測不準原理,而測不準原理由於本身揮之不去的"神秘性"而具有很強的形而上哲學氣息,我想正是這個原因才引出了這個問題。那麼哪種哲學理念(哲學比較喜歡講理念,而不是理論。其實一回事情,雖然搞哲學的絕逼不會承認這一點)能比較完美的解釋量子物理的測不準原理呢?我覺得應該是黑格爾有關對立面統一的理念,即人類對真理的認識永遠在矛盾統一中發展前進:兩個參數無法同時觀察得到,可以認為這兩個參數是一對矛盾,這對矛盾被量子物理學家用測不準原理統一起來,這就是理論的進步,推動理論物理學向大統一理論發展----這都完全符合黑格爾對立面統一的說法。現代最前沿的物理學都是:第一步,觀察數據與現有理論不符(矛盾的產生);第二步,思維出新的模型(矛盾的運動);第三步,新模型完美解釋觀測數據(矛盾消失,對立面統一),人類對自然的認識更進一步。

綜上所述,我相信絕大多數的理論物理學家或量子物理學家都是黑格爾主義者。


很高興看到這裡有很多人對量子力學的基礎和哲學感興趣。前兩年我在國科大開研究生選修課「量子力學的哲學」時也有很多學生選學,而且感興趣並認真學習的學生都可以很好地理解這個領域的研究。我最近建了一個微信公眾號「量子研究」,專門介紹這方面的最新研究進展。主要目的是希望能促進國內這方面的研究,吸引更多年輕人參與。

對於上面的問題,從我的經驗來看,絕大多數物理學家並沒有認真思考過量子力學的意義。他們只是把這個理論(嚴格說是量子力學的內核,主要由薛定諤方程和玻恩規則組成)看做計算和預測測量結果幾率分布的一套演算法。實際上,上述問題中的「解釋」一詞並不合適。原因在於,我們還沒有一個大家普遍接受的完備的量子力學,從而很難直接談及量子力學的解釋。我們目前有的是幾種不同的量子力學理論,如玻姆理論,埃弗雷特理論,坍縮理論等。而對於每個理論,又有一些不同的解釋存在。例如,坍縮理論中有GRW模型,CSL模型,DP模型等,而GRW模型又有GRW0,GRWm,GRWf等不同的本體論解釋或圖像。

不過,值得指出的是,相比於玻姆理論和埃弗雷特理論,量子坍縮理論近年來越來越受到主流物理學界的關注和認可。最近PRL主編推薦了這方面的文章(https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.110401)就是一個例證。我本人也是坍縮理論的支持者和研究者。

如果想了解更多有關量子力學的基礎和哲學方面的最新研究進展,請關注公眾號「量子研究」。希望更多的年輕人對這一領域感興趣,甚至投入到其中做研究。謝謝!

高山,2017/9/18


這個問題似乎需要物理學家回答才比較靠譜. 能說自己是"物理學家"的人並不多. 量子理論發展到今天, 似乎已經不是"哥本哈根"解釋那個年代的事情了, 所以如果根據哥本哈根解釋來說當今的物理學家的認同, 似乎不是很嚴謹吧? 因為從哥本哈根以後, 量子理論發展的很多了.

很奇怪還有牽扯到哲學解釋的. 自從相對論和量子理論產生以後, 科學界, 尤其是物理界, 或者說是實驗物理和理論物理聯合得出的結論, 已經使得諸如絕對的時間, 空間, 存在的方式, 有沒有不以人們意志為轉移的客觀存在等等這樣的基本概念發生了很大的變化, 新鮮產生的不確定原理, 波粒二象性, 波函數的坍塌的含義等等, 很少見到有哲學家在這些方面的見解, 從而根據科學的認識形成一套完整的哲學認識(或者是半套. 有見過一些哲學家用大部分數學公式闡述哲學含義的, 那個似乎不屬於哲學的推演. 否則哲學家都可以改行了). 其實連物理學家都還在摸索的某個階段.

感覺, 目前比較科學的認知觀點(也就是所謂"認同"的基點), 是霍金的"依賴模型的實在論". 這個在他寫的&<&<大設計&>&>裡面有詳細的描述. 簡單的說, 就是我們的對於現實世界的認知, 是基於我們給現實世界建立的(有意或者無意但是是我們大腦建立的)一個模型. 現實世界是未知的現實世界, 模型是模型, 對於模型的認知就是我們的理論. 如果我們模型錯了, 認知錯了, 兩者都可以改. 如果模型的理論描述的狀態非常符合對於現實世界的觀察和預言, 那麼這個關於模型的理論是一個好的理論. 它並不是說明現實世界的畢竟和真實, 但是因為和我們的現實世界符合的如此之好, 人類或許把這個理論譽為現實的理論或者真理. 當然, 這個讚譽在以後認知發展了, 發現這個理論局限了, 那麼我們就去找能被讚譽的新理論了.

如果按照這個認知的說法, 我們可以發現很多解釋都有道理, 但是他們的模型都不同. 別把理論當現實, 那只是對於模型的認知. 在目前, 標準粒子模型, 量子力學模型, 相對論, 弦論這些這種模型都處於各自的"平行宇宙"且我們對於"未來"的觀察和對於歷史的疊加的觀察還有相干的不確定的時候(這只是語言上玩笑的繞一下, 不存在邏輯上的真實的關係), 我們或許還處於模型的打造階段. 似乎哪種已有的解釋都在被科學家們依據模型的改變而被改造, 並藉此產生出新的更完整的理論. 比如M理論. 如果要是說什麼解釋時尚, 我知道有這個M理論.

至於如果我們從哲學家的那種存在先於存在者這類的存在的理念性的精粹邏輯來推演現實當中的真實的理, 我們這樣做, 或許只是能把我們在語言邏輯上變得嚴謹, 不至使我們比如用英文這樣的語言來描述或者理解一個理論的時候, 產生不必要的邏輯錯誤.語言的真實的正確表達和它表達的內容的真實和正確是否一定關聯? 很難說. 至少哲學家需要先給我們定義出他們就時空物質變化等這些基礎概念有什麼新的見解再說. 從牛頓時代的根基發展到今天的登峰造極的那些哲學, 恐怕不是很能用好, 雖然依然在某些領域非常有用.

當物理學家還在建立和揣摩模型的時候, 很難說哲學家用什麼材料來認知. 而當模型正在被實驗物理不斷證實以及改變的時候, 理論又不停的進步. 所以, 現在物理學家認同什麼? 呵呵, 問題太大了!


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