從牛頓力學到分析力學看量子態坍塌是什麼?會出現新的理論工具嗎

對於任何經驗,人類其實都可以發明出無數種理論工具來對原經驗的加工放大,理論僅僅是人類意識工具化的結果,但是幾乎99.9999999999999999999999%的人都會把工具本身的“構件”當作真實的存在,並且還會向其他人解釋這些構件為什麼存在,以怎樣形式的存在。

Brain Koberlein說過,對於一個非相對論的量子理論,至少有九個數學模型可以用來描述量子行為。儘管數學上方法不同,但是預測的結果是一樣的。這樣的情形其實不僅僅出現在量子力學中,同樣的對於宏觀系統,牛頓力學也並不是唯一的理論工具,現在如果還把牛頓力學中的“力”概念當作真實存在,那基本上可能還不知道後來還有分析力學,分析力學使用的基本概念是約束量(如能量),而不是力。一個空中呈現拋物線的運動物體,它的運動軌跡是由動能和勢能所約束的。這裡沒有用到力的概念。其實除了這樣的數學方法,還有高斯的最小約束原理和阿佩爾方程。這些理論,用不同的原理出發,用不同的數學工具,可以給出同樣的預測結果。

從牛頓力學到分析力學看量子態坍塌是什麼?會出現新的理論工具嗎

所有這些在科學探索中出現的理論多樣化現象,其實本質是意識工具化與意識固定化、系統化之間的矛盾。意識工具化可以描述我們的經驗,但是工具的構件有時卻不能與傳統經驗一一對應,需要反過來重新更正或者顛覆傳統觀念。這樣的例子其實很多,如狹義相對論時空觀就是意識觀念化與意識工具化矛盾下的新生的理論。早在愛因斯坦之前,經驗的數學工具化早已出現,如洛倫茨變換,人們以傳統的時間與空間的觀念對此十分不解。愛因斯坦則以實驗(經驗)事實為基準,改變了時空觀,可以說是已經實現對經驗的意識工具化之後,再反過頭來對工具的“構件”進行重新整理(即相對論時空觀),以適應意識工具化的結果。

我在之前有過一篇文章,說過疊加性、量子態坍塌是一個數學上的概念,所有的本質是事物隨機性變化的數學描述。從量子力學誕生至今,對於疊加性和量子態坍塌的解釋非常有意思,愛因斯坦都對此不解“難道月亮我們不看的時候就不存在了嗎?”,今天更是有些人越來越玄,把宗教和這些概念結合在了一起。

人類的意識工具化很多時候走到了意識固定化、系統化的前面,這是因為隨著人類技術和思維的飛速發展,觀測和實驗工具以及思維工具遠遠把人類觀念甩在了後面。如非歐幾何學的出現的時代,人們無法將這種思維工具和來自人類傳統經驗的觀念一一對應,直到愛因斯坦廣義相對論的出現。再比如,人工智能的飛速發展,可能加速了這個過程,或許在未來,下一個愛因斯坦出現之前,當有重大的實驗和觀測結果之時,在人類的科學家按照傳統觀念無法理解困惑中,作為科學家的人或許還來不及分析,人工智能就已經快速通過自我的組合運行整理出了“經驗公理化理論”。而人的工作,則是後期反過頭來對這種由人工智能運行整理出來經驗基礎上的意識工具化再做意識固定化、系統化,即將工具的“構件”概念化,或全新概念,或修正傳統概念,這些工作,其實都是觀念上的內容變革。

從牛頓力學到分析力學看量子態坍塌是什麼?會出現新的理論工具嗎

我們再會過來談論一下疊加性、量子態坍塌。今天的人,甚至包括很多科學家絞盡腦汁的進行解釋這些觀念(概念其實都是觀念的一種,而神也是觀念的一種),他們把觀念當作真實存在。但是已經有一些知名的科學家開始反思,著名科學家、1979年諾獎得主、物理學標準模型的奠基者之一史蒂文·溫伯格(Steven Weinberg)近年來就轉入到對量子力學基本概念的新的思考。他以前曾經同大多數物理學家一樣,認為量子力學只要實用就夠了,無需深入探討其基本概念和含義,但最近,他對量子力學的各種詮釋越來越不滿意,呼籲科學家發明新的理論來解釋一些存在已久的問題。

我很有理由相信,量子力學,未來一定會有新的工具進行詮釋。今天我們用動量、能量以及參照系等“基本構件”來描述才會有疊加、坍塌等概念,類比分析力學對比牛頓力學可以知道,未來需要新的大框架建立的概念。要知道,能量、動量等概念都需要前提條件的,時間的均勻性導致能量守恆、空間平移的均勻性導致動量守恆、空間旋轉的均勻性導致角動量守恆。

上面只是說的建立新的工具(新工具必然會出現新概念),還不是對物理機制的更深刻理解,如果有了更深刻理解,恐怕所謂疊加、坍塌等概念會成為一種歷史上的概念,如同遠古巫術、後來的宗教那樣,進一步就像今天人們對力這樣概念的理解一樣了,這些都僅僅是人們意識上的固定化、系統化了的結果,而且只是一種結果。

對於同一個經驗,人可以構建出無數種工具去放大,關鍵的不是工具和工具內部的“構件”,而是工具的可靠性。


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