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特定的代理人经验、整个的概率分配网络与世界上其他人是不一样的。概率网就像雪花一样,每一个都是错综复杂且独一无二的。但是代理人之间的一致性呢?如果每一个代理人都活在自己做的个人概率的“茧”里,且内在一致,但是彼此之间却没有任何一致性,那么科学将在个人爱好的泡泡中瓦解。被当作科学经验的东西视野的扩大,将科学和人类精巧技艺结合在一起。在过去和现在将我和我的同事以及合作者,甚至是其他科学圈子的人联系在一起的是我和他们交流的个人经验和我所阅读的每一本书、每一篇文章,我所听到的每一个报告,参加的每一个对话,以及所看到的每一幅图,目睹的每一次测量,都是加入到我清醒意志的一个新经验,这些都是修改我概率分配的背景信息。因此,尽管每一个代理人的经验集合是独一无二的,每一个都包含有很大的等同共享的核心。举例而言,我了解并遵循牛顿法则,因为我们学习并且使用它们计算我们未来的先验概率。基于共同的经验,个人经验分配网络之间重叠的巨大碎片给科学带来了秩序。小的个人分歧有利于革新与进步。
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根据量子贝叶斯理论,量子力学不是描述这个世界,而是一门理解它的技巧。我们的未来经验将只能用概率去描述。根据环境的不同,它们可以是经典或者量子的概率,但它们都是贝叶斯概率。举例而言,在我们的试验中,电子或许被认为是一个传播波函数的量子系统,但是在一定条件下,它的运动就像高尔夫球一样。相反的,在量子力学框架下,魏格纳也许将他的朋友当作一个经典物体,直到他被迫构建一个将他朋友和电子纠缠在一起的波函数。
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发展一个包容的、一致的世界观是一项艰难的任务。这段征程任重道远,但是量子贝叶斯理论给出了如何抵达目的地的方法。
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采用量子贝叶斯理论作为新的世界观的基础给我带来深层次的满足感。它最终将我和自然法则以及创造它们的人联系在了一起。它使我以一种不曾参与甚至可能去思考的方式卷入了这个物理的伟大篇章。
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我也不再进行科学研究,如果我之前仍在做这个,那么我或许一生将继续做着过去一直做的事。也许会把量子力学当作一种可靠的工具,计算着波函数,从波函数中推断概率,并且催促着我的实验同行将它与实验数据比较。
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我所追求的是根据“科学的方法”去研究。现在一些小学教室中挂着五颜六色的挂图,这些挂图列出了差不多标准形式的科学方法的步骤:“(1)思考问题。(2)做背景研究。(3)做出假设。(4)进行一个实验。”为什么挂图的边上不会起名艺术方法?因为即使是哲学家也无法准确以一个广泛接受的方式去定义艺术,更遑论艺术的方法。艺术的事业只是太人性而无法在海报上描述。它以最基本的方式涉及感觉、特质以及个体的差异,以致将艺术方法套进定义之中不仅不可能而且副作用明显。
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如果艺术方法太人性而难以标准化,那么标准化的科学方法则面临着相反的问题。在科学领域的标准描述中,并没有给予个体以及个体差异的容身之处。它更像是一系列草坪割草机的指南而不是描述人类大胆冒险的绘画。
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量子贝叶斯理论给予了更吸引人的观点。将量子力学的每个使用者和每个地理的个体放置在这个活动的中间,“量子贝叶斯理论将科学家放回了科学”,如同大卫·梅尔明2014年在期刊自然(Nature)中写的那样[2]。对我来说,这意味着作为一个物理学家,不仅仅是遵循着演化千年却没有我参与的一套规则。相反,量子贝叶斯理论允许我感知到我在独立地工作,而这是由我自己的经验与思想所引导的。当然,我也受到了杰出的前辈的思想启发以及滋养。最终,重要的是我个人的概率分配。量子贝叶斯理论内化了它们,因而人性化了科学。
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量子贝叶斯理论意味着观念的根本上的变化。它将传统的自上而下的观点颠倒过来,提供了自下而上的关于宇宙的描述。传统物理学将客观和主观彼此分离,尝试着从有个普遍而有优势的观点去审视这个世界。自然法则是固定且不可变的。物质的宇宙就在那里,由这些法则统治着,并且不会受到我们这些冥思苦想它的微不足道的人的影响。时间也是客观的,在这种意义下,它与个人感觉、信仰,以及观点无关,尽管有相对论所描述的速度和引力的效果使它的流逝变得复杂。人类的思考尽管永远无法达到上帝的才智但总希望能捕捉到一点点神圣的智慧。在剩下的五节中,我将探索量子如何复兴这种世界观,并替换成更简单的一种观点,即不是从一般到特殊,而是尝试着寻找特殊的个人经验中的一般性。
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[1]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.
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[2]N.David Mermin,“QBism Puts the Scientist Back into Science”,Nature 507(March 27,2014)
:421–423.
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概率的烦恼:量子贝叶斯拯救薛定谔的猫 第18节 自然定律
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这是人类最古老的谜题之一:人类意识独立,是否能与我们作为整个宇宙的一部分,必然要遵循自然严格的定律这一事实之间协调?
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——马克斯·普朗克,《科学的走向?》(Where Is Science Going?)[1]
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发现自然定律并不像找到一个新的行星或者一类新物种的蚂蚁那么简单。相反,一般它们都是基于有限的观测和实验凭空构造出来。从普朗克这个难得的例子中我们知道,它们的构造需要的不只是逻辑和数学,也需要想象力、直觉、洞察力以及悟性。以归纳法——根据特例推断出一般结论——发现这些定律,往往和人类任何努力一样很容易犯错误。
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我们可以将一次简单的观测结果记录下来,然后就可以和其他人分享,而发现一个新的科学原理往往不同,它通常源于一个假说(或者一个猜想,理查德·费曼称之为“一种生硬的方式”),然而在它得到“自然定律”这个崇高的地位之前仍需要长时间的磨炼。以牛顿的引力公式为例,它是物理学中被选定为定律的最早假说之一。最初遭受怀疑时还会有人嘲笑,经过10余年的时间科学界和公众才接受它。一个接一个成功的解释和预言(潮汐力、地球赤道区鼓起、对日食和彗星的预测等)使引力逐渐获取了信任,最终走向了科学的圣殿。
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假说结晶成为定律的方式类似于预测转变为爱因斯坦、波多尔斯基和罗森意义下的实在的要素。两种情况下都是一种信念不断增强并且逐渐走向确定。一旦假说被赋予享有盛名的自然定律,它的意义也会开始变化。定律不只是被用来描述事物而且是用以控制或支配它们。它开始以“法律的名义”统治世界。或者反过来,如普朗克表达的,宇宙开始受定律施加的严格规则支配。
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我们知道人类社会的法律来自哪里以及如何制定,但是自然的定律来自哪里?对于像牛顿那样的信徒来说,上帝颁布了这样的“法令”并使之到我们能理解它的程度,我们只能试图理解并感激上帝那一丁点的智慧。这种观点认为自然定律是神圣的法令,如此而已。不幸的是,宗教解释有避免争论的倾向而不是刺激好奇心和新发现。
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而对于像普朗克这样的经典物理学家,包括现在我绝大多数同事都认为自然定律带有绝对事物的意味。诚然,我们都知道并且接受这样一个事实:理论发展,突变,并且也有被召回的可能,但是在没有被证实是错误之前,定律总是被假定为拥有绝对的影响力。例如,狭义相对论是绝对的,虽然这听起来似乎和它的名字矛盾。我们尚未发现与之矛盾的现象,因此它被认为是普遍有效的。所有的物理定理都必须服从狭义相对论,除非发现有说服力的事实证实它是错误的。同样,所有自然定律都是绝对有效的,直到有更进一步的发现。
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自然定律掌控世界这一见解遍及科学教育中。当一个学童被问到冰球和球棒撞击后为什么仍一直滑动而不是立刻停下来,他被期望按照这样的方式回答:“因为动量守恒定律。”我们相信定律会控制无生命的物质,冰球只是在按它无上权力的主人——一条自然定律——的要求做应该做的事情。这种意义下,是定律“引起”冰球持续的运动——就像交通法规使司机遵循速度限制一样。但是既然冰球并没有自由意识,它所“遵守”的自然定律一定和高速上的速度限制有某些意义深远的差异。
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所以自然定律的地位是什么?它从哪里来?是谁编造了它?它存在于哪里?它是否以某种方式隐藏在物质或者宇宙的时空之中?它是如何强制执行的?在它被规定之前它也是有效的吗?如果我们对自然定律的来源一无所知,它难道不是一个真正的奇迹吗?最初牛顿万有引力就是一个奇迹。自然的定律本身是否可能是超自然的,存在于科学之上?
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通常,和在生活中一样,在科学中你总是通过学习一个事物是如何产生的,进而学习它到底是什么;一个现象的历史会透露出它的含义。由于自然定律诞生于科学家的思想中,或许我们应该在那里寻找能够揭示它们本质的线索,而不是在自然界本身或者超越它的地方寻求答案。
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量子贝叶斯理论对自然定律地位这个问题的答案比起宗教或者超自然解释要接地气得多。量子贝叶斯理论者将概率解释为对未来经历的期望的测量,这暗示着传统观念中将自然定律提升到如此超常的地位应当反过来。量子贝叶斯者认为事物并不是因为自然定律才按照它们的方式发展,而是因为事物按照它们的方式发展所以相应的自然定律才被发明出来。
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