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概率的烦恼：量子贝叶斯拯救薛定谔的猫 [:1700964162]
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概率的烦恼：量子贝叶斯拯救薛定谔的猫 第15节 物理现象都是定域的
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量子力学中并没有明显的超距作用。例如，在GHZ实验中，用来描述三个电子自旋的波函数是由三个量子位组成。在这个描述中位置和时间甚至都没有被提到，所以根本就和距离不相关，更别说超距作用。相反，牛顿的万有引力定律则是一个明显的、瞬时超距作用的例子。因为它声称，当我移动时，我对你的吸引力也会瞬时发生变化。但是你如何用GHZ波函数，你用它来做什么以及如何解释它，这些可能导致你相信其中也暗含着超距作用。前面我们已经看到，如果你坚持认为波函数是真实的，你就被迫得出结论——探测器必然以某种方式相互交流，而测量结果是依赖于遥远的其他探测器的。如此幽灵般的相互作用是怎么发生的？这似乎和牛顿的引力理论一样的神秘。
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爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论明确地抛弃了物理现象中的超距作用。改述一句美国的格言：“所有的政治势力都是地方性的。”从根本上来讲，所有的物理现象都是定域的。
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理查德·费曼为了把这个问题说清楚创造了一种聪明的方式。原子中的电子遭受原子核的吸引力和其他电子的排斥力。在粗糙的经典理论中，这些力都是用类似于牛顿引力的超距作用描述的：同荷排斥、异荷吸引。在量子理论的初期，为了得到原子的波函数，这些近似已经足够好。然而，最终电磁相互作用被量子化，因此不仅是电子，就连它们之间的力也要遵循量子力学的规则。完成这个任务的理论最终在20世纪中期完美呈现，它结合量子力学和经典电动力学，因此适当地被命名为量子电动力学（QED）。它能够以极高的精度描述光子和电子的行为。在第8节中我提到过电子的磁场强度就是它其中一个成功的标志。
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为了更好地符合实验，这个理论被不断改善，同时它的复杂性也迅速地增加。最终由于需要大量繁杂的计算，结果不可避免会出现一些错误。费曼用他那敏锐的眼光发现了省力技巧，他注意到方程中隐含的共有的模式，并发展出了一套图形的语言——用于量子场论计算的数学速记法。费曼图（Feynman diagrams）是如此简单，以至于物理学家在餐厅讨论时，在餐巾纸上也能够潦草地画出它，以用来展现隐藏在艰深的数学背后抽象的观点。同时，费曼图中的每一条直线或者波浪线也能够通过一个详细的“菜单”转化成方程式。因此，费曼图迅速地被全世界粒子物理学家接受，成为通用的符号语言。
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我学会解译的第一张费曼图是由两条实线和一条波浪线组成，它描述的是两个电子碰撞的过程（见图3.3）。电子之间的相互作用不再被认为是电荷之间的排斥力，而是由其中一个电子发射光子然后被另一个光子快速吸收而引起的（这种作用有时被比拟为两个冰球运动员传递球时所感受到的排斥力；抛球引起的反冲和接球受到的冲击力将两个运动员分开）。在这个图里面，时间是垂直向上的方向，随着电子彼此靠近，之后相互排斥，最终分离开来。在波浪线末端的两个黑点代表的是物理相互作用发生的时空点。对这个过程更精确的估算对应着更复杂的图形，它们都是由实线和波浪线组成，形状像蜘蛛网一般。每一个内部的交叉点都由一个黑点标记。四个悬挂着的端点代表入射和出射的电子——其他的一切像蜘蛛网一样坚固地连在一起。图形的内部没有“不牢固”的端点。
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图3.3
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费曼图最终被扩展到包含其他粒子，如中微子、夸克和胶子（见图3.4），还有最近刚被发现的希格斯玻色子。新的规则和图形符号也被制定出来。最终，整个理论在实验中被充分证实，以至于它获得了粒子物理标准模型的美称。为了探测标准模型，成批的物理学家、工程师夜以继日地工作，花费了数以亿计的金钱，造出了巨大的机器。虽然物理学家一直期待这个理论有一天会出错误，这样他们就可以发现新的东西，但是迄今为止，它依然表现得非常出色。
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在之前半个世纪，成千上万个实验中用到的费曼图都有一个值得注意的共有特征：所有的外线都在一个黑点上结束，所有的内线的两端都有一个黑点。这意味着在理论描述中每一次相互作用都是在时间和空间的某一点发生，也就是说这是严格定域的。量子物理的数学表述也显然是定域的。
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不管我们日常的经历，还是现代的理论物理学家或者爱因斯坦的直觉对定域性的理解都高度一致，这是很罕见的。
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图3.4
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先暂且不谈数学。虽然我们看到的基本方程都是严格的、局域的，但是仍需要给出相应的解释。爱因斯坦、波多尔斯基和罗森暗示我们如果坚持定域性，而且认为量子力学是正确的，那么就必须放弃实在论[1]。量子贝叶斯理论确实那么做了，但是仍有问题：根据量子贝叶斯理论的观点，相互作用到底是在哪一点（拉丁语中的loci）发生的？费曼图中的黑点毕竟不是时空中真实的点，而只是为了计算概率使用的数学描述。或者更直白地说，量子贝叶斯理论认为相互作用是在哪里发生的？
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量子贝叶斯者的回答是非常规的，也是让人大吃一惊的。大卫·梅尔明和最初的量子贝叶斯者福克斯与沙克（Schack）解释道：“量子贝叶斯理论是定域的，因为它整个的目的就是使单个代理人能够建立起关于他自己经验的置信程度。”[2]个人的经历都被（局域地）记录在代理人的内心。他们会适时地倾听彼此，但是按照定义从不会在分离非常远的位置发生。他们彼此的关系与牛顿力学中两个有质量的物体有本质的差别。一个量子贝叶斯者不会声称当一个人移动时，远处的另一个人会感受到变化，因为量子贝叶斯理论只涉及一个单独的代理人的经验。
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GHZ实验正好说明了这一点。假如一个叫爱丽丝的代理人操纵三台分离开来的探测器中的其中一台。根据以往的经验她明白三个自旋的关联方式，概括为GHZ规则。她的探测器测量了三个电子中的一个，发现结果为向上（up）。然后她接到另一台探测器的操作者鲍勃的电话，鲍勃告诉她测量结果也为向上。如果她是一个传统的量子物理学家，此刻她可以根据经典物理或者量子力学来预测查理最终读到的结果。如果她是一个量子贝叶斯者，那么就不会如此。这种情况下她顶多会说：“我非常肯定的是，当我收到查理的信息时，他会告诉我结果为向下（down）。”而当查理确实告诉她时，她才能下结论——经典物理是错误的。她知道量子力学确实起作用，除此之外她不能“解释”更多，但是她并不会试图将它讲成一个幽灵般的故事。根据福克斯等人的观点，对于爱丽丝“非定域性的问题根本不会出现”。
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[1]Arthur Fine,“The Einstein-Podolsky-Rosen Argument in QuantumTheory”,The Stanford Encyclopedia of Philosophy,Winter 2014，http://plato.stanford.edu/archives/win2014/entries/qt-epr/.
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[2]Christopher A.Fuchs,N.David Mermin,and Rüdiger Schack,“An Introduction to QBism with an Application to the Locality of Quantum Mechanics”,American Journal of Physics 82,no.8(2014):749–754.
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概率的烦恼：量子贝叶斯拯救薛定谔的猫 第16节 信念与必然
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关于量子力学，爱因斯坦三分之二都是对的。爱因斯坦、波多尔斯基和罗森（EPR）的文章暗示了我们现在所知道的量子理论并不能解释为对自然定域的同时也是实在的描述。
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定域论是由爱因斯坦提出的狭义相对论要求的。而他坚持的某种物理实在论却致使他“走向歧途”。
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包括量子贝叶斯者在内的大多数人都和爱因斯坦一样有一种常识性的感觉：外界有一个真实的世界。对于那些声称世界只有思想和精神的人，著名的词典编纂者塞缪尔·约翰逊有一个坚决而据理力争的反驳。他踢到一块大石头然后声称：“我因此反驳了它。”由于他强有力的动作其实没有证明任何事情，类比于归谬法（argumentum ad absurdum），这通常被称为诉诸顽固（argumentum ad lapidem），被认为是不加修饰的否认。但是作为对直觉的表述，约翰逊博士的戏剧性行为则无疑有一种特别的吸引力。