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1700879034 因为有了哈迪、马萨纳斯、穆勒的早期工作,想要证明量子系统拥有最大化的自由就变得非常简单。我所做的,是将时间的真实性带入人们的视野。
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1700879036 当我向朋友和同事解释这一观点时,他们的第一反应常常是哈哈大笑。是的,这个理论还留有许多细节有待填补,其中包括:最早几个例子中的自由到底如何构造先例?如果有多个先例,到底要遵循哪一个?[9]除了以上细节问题以外,优先原则假说确实还有其他一些可疑之处。系统是怎么知道先例的?系统到底是靠什么机制从一堆先例中挑出某一元素的?想回答后一问题可能需要假设一种新的相互作用,即真实的物理系统与它过去拷贝之间的作用。
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1700879038 先例原则并没有告诉我们这个原则是怎么发生的;从这个方面来说,它同量子力学的传统形式半斤八两。在传统形式中,测量是个第一性的概念;而在我们的新形式中,同类量子系统是个第一性的概念(同类是指,两个量子系统的准备过程和变换过程完全一样)。然而无论新旧形式,还是有人会好奇地问:自然规律到底是如何作用于自然的?到底是如何产生运动和变化的?电子是怎么“知道”自己是电子的?为什么它受制于狄拉克方程,而不是其他什么方程?夸克是怎么“知道”自己的种类和质量的?一个诸如自然规律一样的永恒个体,到底是如何进入时间长河之中,作用于每一个电子之上的?
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1700879043 不含时间的自然规律作用于随时间变化的世界。对于这种观点,我们早已习以为常,见怪不怪。但退一步看,我们发现这一观点根植于一个极其隐晦的形而上学推定;先例原则同样也依赖这类推定。只是两相比较,我们更熟悉永恒自然规律所依赖的推定。如果先例原则的新颖之处仅仅在于形而上学,那在我看来,它比当下许多奇幻的量子力学诠释(比如假设同时存在无穷多个平行世界)要保守许多。一旦谈及量子理论,你总要接受一些奇怪的概念,除非实验物理能告诉你某一量子理论更为巧妙,你可以自由选择你的奇怪概念。我愿意在先例原则上下注,它会为实验物理学带来新的灵感,这些实验或许会将我们指向量子力学以外的全新物理学理论。
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1700879045 你或许会对此提出异议:量子力学已经预测了量子系统的新鲜属性。我的观点会和这些预言相冲突吗?如果有冲突,那很有可能意味着我的观点不对。假设我们在一台量子计算机中制造了一种自然界中从未有过的纠缠态。在传统量子理论中,我们可以在测量这一纠缠系统时预测它未来的行为。而在我的先例原则下,实验完全可以超出这些理论的预测。换句话说,先例原则认为,在自然界中,从未有过的量子纠缠态能够带来自然界中从未有过的相互作用,或使现有作用在这个新系统中发生变化。我们从未观测到这些新鲜作用,也从未观察到已有作用会随系统变化而变化,我们当然可以因此质疑先例原则。
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1700879047 纵观人类历史,古人的智慧并没有创造出新的量子纠缠态,我们才刚刚学会如何制作它。如果先例原则正确,未来的量子计算机实验将带来惊人发现。至少,我们可以对含有新量子态的量子装置进行测试,从而证伪先例原则。先例原则违背了还原论的基本原则。还原论认为,复合系统不管多么复杂,其未来可通过已知基本粒子的相互作用进行预测。不过,先例原则对还原论的违背是温和的、罕有的。在此,我认为还是应该让实验来判定这一原则的真伪。
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1700879049 这一量子力学新诠释符合新宇宙学理论的两点要求。它满足解释的自给自足性(严格来说,满足这一原则的特殊版本,即要允许新鲜情况下的真正自由)。先例原则认为,过去情况的集合决定了未来实验观测的结果。由于这些过去情况是真实的,所以未来的真实事物仅受过去的真实事物影响。先例原则还很明显地满足另一条新宇宙学原则,即自然规律随时间的演化。它对这一原则的拥护达到了挑衅的程度。先例原则认为,没有先例的测量不受此前的物理定律约束。随着实验结果的不断积累,先例不断被建立;仅当我们积累足够多的先例时,实验结果才会受定律的约束。
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1700879051 随着新的状态在自然界中产生,新的定律也会随之而来,这意味着,我们所观测到的标准模型相互作用是某种“禁闭”了的全新物理定律。这种全新物理定律可以描述大爆炸后刚刚演生出的电子、夸克和其他粒子态。
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1700879053 这一新原则并没有满足充足理由律。从某种程度上看,量子系统拥有真正的自由——单个实验的结果总是不确定的,因为单个实验的结果并没有相对应的理性解释,充足理由律因此受挫。放射性原子核的衰变,或其他任何只给出概率式预言的量子力学实验结果,就是简简单单地没有任何相应的理由。
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1700879055 如同其他许多新观点一样,先例原则可能行不通。我们应对此做好思想准备。然而,无论这一新观点的命运如何,我们可以看到假设时间的真实性所能带来的丰厚回报。时间的真实性并不仅仅是一个形而上学的假设;这个假设可以激发崭新的物理学观点,也能推动扎实的科研项目。
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1700879066 充足理由律在我们将物理学拓展到整个宇宙的过程中至关重要,它要求我们为自然世界的每一次选择都找到一个合理的理由。然而,量子系统的行为却常常貌似是自由的、毫无理由的,这对充足理由律来说,是一个严峻的挑战。
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1700879068 量子物理学到底能不能满足充足理由律的要求?这个问题的答案取决于量子力学能否拓展到整个宇宙,能否在最基本的层面上描述自然,又或者只是某种全然不同的宇宙理论的近似。如果能将量子力学拓展到整个宇宙,那么我们就能在宇宙尺度上应用自由意志定理。我们假定没有比其更基本的物理理论,这就意味着,自然世界拥有真正的自由。倘若宇宙尺度上的量子系统是自由的,就意味着充足理由律是存在局限的。如果量子系统有五花八门的自由选择,世上就没有理性或充分的理由。
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1700879070 然而,在给出以上量子力学拓展时,我们犯下了宇宙学谬误。我们再也无法将理论与实验相比较,它被扭曲地拓展到适用范围之外。如果我们更为小心,我们需要探索一下到底量子力学是不是某种深层次理论的近似,它是否只适用于小规模的子系统。或许在宇宙的某处,还有一些我们错过了的信息,它们可以决定量子系统的未来行为。在我们将小系统的量子描述拓展成整个宇宙的理论时,这些信息将会发挥作用。
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1700879072 是否存在这样一个决定论式的宇宙学理论,当我们将其应用于孤立的子系统并忽略掉子系统外的一切事物时,它会变成量子力学?这个问题的答案是肯定的。但我们马上会看到,为了这个肯定的答案,我们将付出高昂的代价。
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1700879074 在这样的理论中,量子力学中的概率起源于我们忽视了作为整体的宇宙。如果能站在整个宇宙的层次上思考量子问题,概率将让位于确定性的结果。在将宇宙学理论截断成描述宇宙局部的理论的过程中,量子不确定性油然而生。
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1700879076 人们称这样的理论为“隐变量”理论(hidden variables theory)。在隐变量理论中,实验者所关注的孤立量子系统以外的宇宙信息将解决量子不确定性。人们提出过许多此类理论。这些理论所给的量子现象预言同量子力学的预言相符。所以我们知道,至少从原则上说,此类量子力学的诠释是可能的。此外,在将量子力学扩展到宇宙学理论的过程中,如果决定论得以恢复,那么与其说隐变量和单个系统的超精确描述有关,不如说隐变量和这个系统同宇宙其余部分的关系有关。我们称这样的隐变量为“相对关系隐变量”(relational hidden variables)。
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1700879078 根据第12章提到的最大化自由原则,量子力学是内在不确定性极大的概率式理论。换句话说,如果我们想在一个原子上重现决定论,就需要最大化的信息量。这里,信息指这个原子和宇宙整体的诸多相对关系。对于宇宙中的每一个粒子来说,它们的属性都最大限度地取决于它们与宇宙整体的隐藏关系。于是乎,量子力学诠释紧密关联于本书的主题——寻找一个新宇宙学理论。
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1700879080 在进入这个主题前,我们先要支付一笔“门票费”:我们要放弃同时的相对性,回到旧有的世界图景。那里,同时性在整个宇宙中有着绝对的定义。
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1700879082 我们必须对此万分小心——我们不想与相对论的诸多成就相矛盾。这些成就中,有一个名为“量子场论”(quantum field theory)的理论。它是狭义相对论和量子力学的成功结合,也是粒子物理标准模型的基础。它对实验物理作出了许多精确的预测,得到了大量实验结果的支持。
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