量子力學(xué)是如今最成功的科學(xué)理論，但它也是一個(gè)“問題兒童”，這個(gè)充滿悖論與神秘色彩的理論潛藏著許多無法直觀闡述的東西。它的一個(gè)“癥狀”便是：當(dāng)我們越深入地理解現(xiàn)實(shí)，反而卻更不知道如果描述現(xiàn)實(shí)——比如我們?nèi)?，“粒子是什么？”，可以得到許多不同的答案。甚至可以說，量子力學(xué)動(dòng)搖了我們對現(xiàn)實(shí)本質(zhì)的看法，而對其詮釋會(huì)上升到對科學(xué)本質(zhì)看法的分歧，例如回答“自然世界是否對立于我們意識(shí)存在？”，“我們是否可以理解并描述這些性質(zhì)？”等問題。百年來，物理學(xué)家們給出了不同的答案。比如本文作者，理論物理學(xué)家、圈量子引力理論創(chuàng)始者之一李·斯莫林（Lee Smolin）給出了“是”的答案，與愛因斯坦一樣，他們被稱為現(xiàn)實(shí)主義者。另一派以玻爾（Niels Bohr）為首，屬于反現(xiàn)實(shí)主義者（其中包括量子認(rèn)知主義者和操作主義者），他們在20世紀(jì)的物理學(xué)發(fā)展中占據(jù)上風(fēng)。顯然，這并不能讓現(xiàn)實(shí)主義者滿意，斯莫林希望構(gòu)建一個(gè)更為真實(shí)的描述微觀世界的理論。

《量子力學(xué)的真相：愛因斯坦尚未完成的革命》（Einstein’s Unfinished Revolution：The Search for What Lies Beyond the Quantum）一書就介紹了兩派不同的觀點(diǎn)，全書主要分三部分：量子力學(xué)的基本概念；20世紀(jì)50年代后現(xiàn)實(shí)主義者的工作，例如玻姆和貝爾等人（返樸曾推送《玻姆力學(xué)——教科書外的量子理論》）；一些作者和他人的新的嘗試。本文即從基于約翰·惠勒（John Wheeler）“萬物源于量子比特”的信息角度闡述量子力學(xué)，介紹了“關(guān)系性量子力學(xué)”的基本思想。

撰文丨李·斯莫林（Lee Smolin）

翻譯丨王喬琦

最終，我們還是不得不去尋找那些有望成為正確的世界本體論的理論。畢竟，所有真正的物理學(xué)家靈魂最深處燃燒的欲望之火都是為了探明現(xiàn)實(shí)的本質(zhì)。

——盧西恩·哈代（Lucien Hardy）

在過去的幾年里，量子基礎(chǔ)方面的研究很活躍，并且熱度在不斷上升。這個(gè)領(lǐng)域沉寂了80 年之久，任何想要成為這方面專家的物理學(xué)家都難免會(huì)打退堂鼓，但現(xiàn)在，成為量子基礎(chǔ)領(lǐng)域的專家總算可以算作一份不錯(cuò)的職業(yè)規(guī)劃了。這當(dāng)然是一件好事，只是如今該領(lǐng)域的大多數(shù)進(jìn)展以及大多數(shù)年輕人都偏向于反現(xiàn)實(shí)主義一邊。目前，這個(gè)領(lǐng)域大部分新的研究工作的目標(biāo)并不是修正量子理論使其不斷完備，而只是給我們提供一種討論它的新方式。

這些進(jìn)展還加深了我們對量子理論構(gòu)建方式的理解。例如，哈代開創(chuàng)了一種新方法，用以尋找能從中推導(dǎo)出量子力學(xué)數(shù)學(xué)形式的最簡潔的公理集。在這些公理中，有幾條很簡單，并告訴我們所有理論都正確；還有一條公理則囊括了量子世界的所有怪異之處。

與此同時(shí)，在這樣一種受操作主義方法支配的環(huán)境中，幾乎沒有什么空間留給那些苦苦尋找完備的量子理論以解釋各種事件的老派的現(xiàn)實(shí)主義者了。在這些現(xiàn)實(shí)主義者中有一些是多世界理論的支持者，但也有一小部分支持玻姆的人，還有少數(shù)現(xiàn)實(shí)主義者則發(fā)展了波函數(shù)坍縮理論，而嘗試脫離這些現(xiàn)存的方法來搜尋量子力學(xué)現(xiàn)實(shí)版本的人就更少了。研究這個(gè)問題的大部分人本身都是其他領(lǐng)域的專家，有些還在自己的專業(yè)領(lǐng)域中取得了極高的成就，比如斯蒂芬·阿德勒（Stephen Adler）注釋1和1999年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者特·霍夫特（Gerardus't Hooft）。我們無法完美融入目前已經(jīng)頗為活躍的量子基礎(chǔ)領(lǐng)域，主要是因?yàn)槲覀兊年P(guān)注重點(diǎn)和最終目標(biāo)以及我們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)而提出的理論無法用操作主義語言表達(dá)，而精通這種語言正是量子信息理論專家的標(biāo)志。即便如此，我們?nèi)詻]有停下搜尋量子世界現(xiàn)實(shí)主義完備圖景的腳步。

我認(rèn)為，就像哈代在本章章首語中所說的那樣，相比于操作主義觀點(diǎn)，很多物理學(xué)家還是更喜歡現(xiàn)實(shí)主義解釋，并且一定會(huì)對能夠克服現(xiàn)有方法缺點(diǎn)的量子力學(xué)的現(xiàn)實(shí)主義版本感興趣?，F(xiàn)階段操作主義方法盛行的部分原因在于，可供我們選擇的且接近真相的現(xiàn)實(shí)主義方法還是少了一些。

本書的其余部分介紹的就是量子物理學(xué)現(xiàn)實(shí)主義方法的未來。在我們忘卻非現(xiàn)實(shí)主義方法之前，先來看看近來它們的盛行是否提供了一些值得我們深思的地方。

回避測量——萬物源于量子比特

我能從中吸取的第一點(diǎn)教訓(xùn)是：描述量子世界與適用牛頓物理學(xué)的經(jīng)典世界之間差異的方法有很多。如果你愿意采納量子力學(xué)的反現(xiàn)實(shí)主義觀點(diǎn)，那么你就有很多選擇。你可以選擇站在玻爾這一陣營，他激進(jìn)地提出：科學(xué)只不過是我們用以相互交流各自實(shí)驗(yàn)結(jié)果的共同語言的延伸。你也可以投入“量子貝葉斯主義”（quantum Bayesianism）的懷抱，這種理論認(rèn)為，波函數(shù)無非就是對我們心中想法的表征，而預(yù)測不過就是賭博的另一種說法。你還可以站在純操作主義觀點(diǎn)一邊，也就是只討論準(zhǔn)備工作和測量操作等過程，純操作主義的相關(guān)理論也正是基于這些過程的。

這些理論派別有一個(gè)共性，那就是都回避了測量問題，或者說得更準(zhǔn)確一點(diǎn)，都從定義上拿掉了測量環(huán)節(jié)，因?yàn)楦静淮嬖谟昧孔討B(tài)描述觀測者及其觀測工具的可能性。

部分新理論的核心概念是認(rèn)為世界由信息構(gòu)成，我們從約翰·惠勒的名言“萬物源于比特”中就能總結(jié)出這一點(diǎn)。他這句名言的現(xiàn)代版本為 “萬物源于量子比特（qubit）”，其中量子比特是量子信息的最小單位，在我們前面有關(guān)寵物偏好的故事中就可視為一種量子二元選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，這種模式設(shè)想所有物理量都可以簡化為數(shù)量有限的量子“是否問題”，并且規(guī)則——約束下的時(shí)變演化過程可以理解為量子計(jì)算機(jī)世界中的量子信息處理過程。這就意味著，系統(tǒng)的時(shí)變過程可以表達(dá)為在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上將一系列邏輯運(yùn)算應(yīng)用到一兩個(gè)量子比特上的操作。

約翰·惠勒對此是這樣表述的：

萬物源于比特意味著物理世界中的所有物件在本質(zhì)上都擁有非物質(zhì)來源和非物質(zhì)解釋。我們所稱的現(xiàn)實(shí)歸根結(jié)底來自“是否問題” 的提出以及對儀器反應(yīng)的記錄。簡而言之，一切物質(zhì)理論上都起源于信息，并且這個(gè)宇宙有我們所有人的參與。[1]

第一次聽到這種觀點(diǎn)時(shí)，你或許會(huì)覺得說這話的人只是隨便說說，但惠勒的確是認(rèn)真的。這個(gè)觀點(diǎn)還有一種更簡潔的表述：“物理學(xué)讓觀測者參與了進(jìn)來，觀測者的參與產(chǎn)生了信息，信息產(chǎn)生了物理學(xué)?！?span id="s0sssss00s" class="font-size-12">[2]

惠勒曾說：“這個(gè)宇宙有我們所有人的參與?！彼侵赣钪嬲Q生于我們對其展開的觀測或感知。沒錯(cuò)，對此你可以這樣回應(yīng)：“可是，在我們掌握觀測或者感知能力之前，我們必須先誕生于宇宙之中，并且還要借助宇宙的力量?！被堇談t會(huì)回應(yīng)道：“沒錯(cuò)，這有什么問題嗎？”

我們能從類似上述這種對話中得到何種啟示？某些演化結(jié)果數(shù)量有限的系統(tǒng)可以用這種方式表述，并且這么做的確能指引物理學(xué)的前進(jìn)方向，例如，量子物理學(xué)中糾纏概念的重要性就可以借此走上前臺(tái)。不過，如果一個(gè)系統(tǒng)涉及的物理變量擁有無窮多個(gè)演化結(jié)果，那就沒法輕松套用這種模式了，比如電磁場。盡管如此，這種研究量子力學(xué)基礎(chǔ)的量子信息方法已經(jīng)對多個(gè)物理學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了積極影響，從居于核心地位的固態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域到關(guān)于弦理論、量子黑洞等的研究，無不如此。

微觀世界需要什么樣的信息定義？

我們應(yīng)該小心謹(jǐn)慎地區(qū)分有關(guān)物理學(xué)與信息間關(guān)系的幾個(gè)不同概念。在我看來，其中有些概念的確有作用，但很瑣碎；還有一些則頗為激進(jìn)，仍需進(jìn)一步論證。我們就從信息的定義開始。信息理論的奠基人克勞德·香農(nóng)（Claude Shannon）給出過一個(gè)相當(dāng)有用的關(guān)于信息的定義。他的定義建立在通信框架之內(nèi)，設(shè)想從發(fā)送者到接收者的信息傳遞通道。按照設(shè)定，這類通道共享一種語言，正是這種語言讓符號(hào)有了意義。信息接收者收到信息后，要通過一系列“是否問題”來理解該信息的含義。這些“是否問題”的數(shù)量就決定著所傳遞的信息量。

按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，只有很少的物理系統(tǒng)可以看作共享某種語言的發(fā)送者和接收者之間的信息傳遞通道。從整體來看，宇宙并非這樣一種信息通道。香農(nóng)關(guān)于信息的定義的威力在于它可以從語義環(huán)境中，即從信息的意義中衡量究竟傳輸了多少信息。按照香農(nóng)的定義，信息的發(fā)送者和接收者共享一套賦予了信息含義的語義學(xué)規(guī)則，但你無須掌握這套規(guī)則就能衡量一則信息所攜帶的信息量。如果缺少了這樣一套語義學(xué)規(guī)則，一則信息也就不會(huì)具有任何意義。例如，若要衡量某則信息的信息量，你首先得對該信息所使用的語言有所了解，比如在使用這種語言的社群中各種字母、單詞或者詞組出現(xiàn)的相對頻率。這種有關(guān)語言環(huán)境的信息并不一定需要編碼進(jìn)每則信息中，如果你沒有指定這種語言，該信息就失去了香農(nóng)定義下的信息。尤為重要的是，這意味著被傳遞的信息必須使用發(fā)送者和接收者共有的語言，脫離了雙方共享語言的無規(guī)則符號(hào)無法攜帶任何信息。香農(nóng)定義對信息的衡量依賴于消息所用的語言以及其他各個(gè)方面，這些規(guī)則由信息的發(fā)送者和接受者共有，但不必然被編碼進(jìn)信息本身之中，并不是純粹的物理量。

理解說話的人表達(dá)的意圖、傳遞含義的方式是語言哲學(xué)中的一個(gè)老大難問題。這個(gè)問題棘手不代表說話意圖和含義并非這個(gè)世界的組成部分，它們的確是這個(gè)世界的組成部分，只是它們的存在依賴于思維。香農(nóng)定義下的信息就是對這個(gè)含義和意圖世界中所發(fā)生之事的衡量。即便我們沒有深入了解信息的含義和意圖是如何嵌入自然世界之中的，這種信息定義也相當(dāng)不錯(cuò)。

為了介紹得更清楚一些，我再舉一個(gè)例子。一場大雨過后，我聽到水滴從漏水的污水管中斷斷續(xù)續(xù)地滴落下來。水滴滴落的節(jié)奏似乎很不規(guī)律，但無論是對我還是對其他任何人來說，這種水滴聲都沒有攜帶任何信息，因?yàn)椴]有發(fā)送者，而我也根本不是接收者，因此，按照香農(nóng)定義，水滴中當(dāng)然沒有任何信息。另外，我們也可以利用水滴滴落時(shí)的長短間隔編制摩爾斯密碼來傳遞消息。這兩種情況之所以會(huì)產(chǎn)生大相徑庭的結(jié)果，就是因?yàn)榍罢呷鄙賯鬟f信息的意圖，而后者正好具備，這種意圖很重要：香農(nóng)定義下的信息必然伴有傳遞信息的意圖。對一個(gè)想要了解的知識(shí)超越了人類已知世界的現(xiàn)實(shí)主義者來說，信息的香農(nóng)定義在應(yīng)用于原子所處的微觀世界時(shí)用處不大注釋2。

英國人類學(xué)家格里高利·貝特森（Gregory Bateson）給信息下了一個(gè)不那么精確的定義，他稱信息為“帶來差異的差異”，有時(shí)也表達(dá)為“帶來差異的區(qū)別”。這個(gè)定義應(yīng)用在物理學(xué)中可表述為：如果某個(gè)可觀測物理量的改變導(dǎo)致物理系統(tǒng)的未來出現(xiàn)了可以觀測到的變化，那么我們就認(rèn)為這個(gè)物理量構(gòu)成了信息，按照這個(gè)思路，幾乎所有物理量都有傳遞信息的可能。這個(gè)定義意味著，如果兩個(gè)物理量的值相關(guān)，那么它們之間就存在“信息”。這也沒什么深?yuàn)W之處，畢竟它并沒有表明物理世界的各個(gè)部分之間存在本質(zhì)上的相互依賴關(guān)系。此外，我們對這種相關(guān)性已經(jīng)有了測量的方法，現(xiàn)在改稱其為“信息”，不過是換了一個(gè)弱化這種概念的特殊性的名字，但這似乎并不能給這個(gè)世界的原有概念帶來變革，反而更可能讓人混淆。

計(jì)算機(jī)按照香農(nóng)定義來處理信息，它們從信息發(fā)送者那兒獲得輸入信號(hào)，然后應(yīng)用某種算法將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)變成供信息接收者閱讀的輸出信號(hào)，這類過程個(gè)性化程度非常高。植入的算法是定義計(jì)算過程的關(guān)鍵組成部分，然而，大多數(shù)物理系統(tǒng)都不是計(jì)算機(jī)，并且，物理系統(tǒng)中初始數(shù)據(jù)演化成后續(xù)數(shù)據(jù)的過程并不總能用算法或者一系列邏輯操作來進(jìn)行解釋。

有些學(xué)者似乎混淆了信息的這兩種定義，他們希望把大自然描述為計(jì)算機(jī)，把這個(gè)世界在不同時(shí)期的各種狀態(tài)之間的關(guān)系描述為計(jì)算過程。我認(rèn)為這種激進(jìn)的假設(shè)是存在問題的。

誠然，某些物理系統(tǒng)的確能夠通過計(jì)算模擬達(dá)到某種程度的近似，這顯然是可以做到的。你可以給物理學(xué)中的重要方程（如廣義相對論和量子力學(xué)中的一系列方程）取近似并將其編碼成算法，然后放在數(shù)字計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。這常常是一種得到方程近似解的非常有效的辦法，但也只能是近似，而不可能得到準(zhǔn)確的答案。例如，我們可以通過數(shù)字化手段在某種程度上將交響樂團(tuán)演奏的聲音近似地捕捉下來，但這永遠(yuǎn)只是近似，數(shù)字化手段只能截取一定頻率范圍內(nèi)的聲音，現(xiàn)場聆聽交響樂的全部體驗(yàn)永遠(yuǎn)無法通過數(shù)字模擬手段完整地呈現(xiàn)出來。這就是現(xiàn)在仍有許多觀眾更樂意親臨交響樂團(tuán)演奏現(xiàn)場的原因，也是黑膠唱片仍有市場的原因，因?yàn)樗羌兇獾哪M錄音。物理學(xué)也是如此，對愛因斯坦的方程進(jìn)行“數(shù)字模擬”可以非常有用，但它永遠(yuǎn)也無法囊括這個(gè)方程組的所有精華。

雖然我們不能把物理學(xué)整體理解為信息處理過程，但或許可以這么說，量子態(tài)代表的不是整個(gè)物理系統(tǒng)，只是我們掌握的系統(tǒng)信息。這顯然符合規(guī)則二注釋3，因?yàn)橹灰覀兊玫接嘘P(guān)系統(tǒng)的新信息，波函數(shù)就會(huì)突然發(fā)生變化。如果波函數(shù)代表我們掌握的系統(tǒng)信息，那么就必須把量子力學(xué)預(yù)言的概率視為主觀的、具有賭博性質(zhì)的概率。我們還可以進(jìn)一步把規(guī)則二視為一種更新規(guī)則，即當(dāng)做出測量動(dòng)作后，我們對未來實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主觀性概率預(yù)測會(huì)按照規(guī)則二發(fā)生變化，這就是所謂的“量子貝葉斯主義”[3]。

關(guān)系性量子理論

還有一種相當(dāng)精妙的方法也認(rèn)為量子態(tài)傳遞了系統(tǒng)間的信息，即所謂的“關(guān)系性量子理論”（relational quantum theory）。這個(gè)理論介于操作主義和某種形式的現(xiàn)實(shí)主義之間。它認(rèn)為，量子態(tài)與宇宙的分裂、觀測者以及被觀測者有關(guān)，并且代表了觀測者可以知曉的關(guān)于被觀測者的信息。關(guān)系性量子理論以量子引力理論為基礎(chǔ)，誕生于20世紀(jì)90年代初我與路易斯·克萊恩（Louis Crane）、卡洛·羅韋利（Carlo Rovelli）的討論中。

克萊恩等數(shù)學(xué)家之前就已經(jīng)提出了一種極簡宇宙學(xué)理論——“拓?fù)鋱稣摗保╰opological field theories），關(guān)系性量子理論就是一種對拓?fù)鋱稣摰暮喚毜臄?shù)學(xué)描述。這兩個(gè)理論不涉及任何對整個(gè)宇宙的量子描述，當(dāng)然也不涉及描述宇宙整體的量子態(tài)。這兩個(gè)理論中的量子態(tài)描述的是宇宙分裂成兩個(gè)子系統(tǒng)的各種方法。我們可以這樣理解這類量子態(tài)：它們攜帶了某一側(cè)子系統(tǒng)中的觀測者可以掌握的關(guān)于另一側(cè)量子系統(tǒng)的信息。

這讓我們想起了玻爾的觀點(diǎn)。玻爾認(rèn)為，量子力學(xué)必然要求世界一分為二，一部分遵循經(jīng)典力學(xué)，另一部分遵循量子力學(xué)，并且任何分裂過程都會(huì)產(chǎn)生這樣的結(jié)果?？巳R恩等數(shù)學(xué)家研究的模型則更進(jìn)一步，他們提出，系統(tǒng)的每一次分裂都會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)量子態(tài)，即分裂產(chǎn)生的兩個(gè)子系統(tǒng)都各有一個(gè)量子態(tài)，這是因?yàn)槲覀冇袃煞N方式解讀每一次分裂。假設(shè)愛麗絲生活在分裂后的一側(cè)，而鮑勃生活在另一側(cè)，那么愛麗絲會(huì)把自己視為經(jīng)典觀測者，測量另一側(cè)的“量子鮑勃”；而鮑勃的視角則正好相反。

這類模型非常簡單，但有一個(gè)問題：這兩種視角之間的相似度如何？愛麗絲對鮑勃的量子描述有多大概率與鮑勃對愛麗絲的量子描述相同？數(shù)學(xué)家們認(rèn)為，無論宇宙如何分裂，這個(gè)答案都不會(huì)改變。以此為前提，兩側(cè)觀測者描述相同的概率就測度了某些普適的性質(zhì)，這些性質(zhì)表征了宇宙內(nèi)部的聯(lián)系方式，數(shù)學(xué)家們稱其為宇宙拓?fù)鋵W(xué)，這也是拓?fù)鋱稣撨@個(gè)名稱的由來。

克萊恩意識(shí)到，拓?fù)鋱稣撝猩婕暗臄?shù)學(xué)結(jié)構(gòu)經(jīng)過拓展可以囊括圈量子引力，所以就把這個(gè)宇宙模型拿出來與羅韋利和我一同研討。事實(shí)證明，克萊恩的觀點(diǎn)完全正確，不過那是另外一個(gè)故事了。他還提出，這種全新的數(shù)學(xué)方法提供了一種將量子力學(xué)拓展到宇宙整體的方法，關(guān)于這一點(diǎn)他也是正確的，這種方法就是關(guān)系性量子理論。

我們兩人都很受啟發(fā)，并把這個(gè)方法應(yīng)用到了一般量子理論上，然后各自發(fā)表了相關(guān)結(jié)果[4]。羅韋利的版本更具普遍意義，也更為大家所熟知，所以我在此介紹一下他的理論。玻爾認(rèn)為，量子物理學(xué)家必須始終從兩個(gè)世界的角度思考問題。我們這些觀測者生活在被經(jīng)典物理學(xué)支配的世界中，但我們研究的原子處于量子世界中，這兩個(gè)世界遵循的物理規(guī)則是不同的。尤為重要的是：量子世界中的客體能以疊加態(tài)的形式存在，而在我們所處的世界中，事物的可觀測屬性總是只能取確定的數(shù)值，而不可能疊加起來。玻爾認(rèn)為，這兩個(gè)世界對科學(xué)來說都是必需的。

從某種意義來說，我們用來操控和測量原子的儀器處于我們這個(gè)世界和原子世界的邊界，玻爾強(qiáng)調(diào)，這個(gè)邊界的位置并不固定。目標(biāo)不同，劃定的邊界也不同，只要它能把整個(gè)世界劃分為兩個(gè)區(qū)域就行。

還是以薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)為例。劃定邊界的一種方法是把原子和光子看作量子系統(tǒng)，而把蓋革計(jì)數(shù)器和貓視為經(jīng)典系統(tǒng)。在這幅圖景下，原子可能以疊加態(tài)的形式存在，但蓋革計(jì)數(shù)器總是會(huì)呈現(xiàn)確定的狀態(tài)：要么顯示“是”——表征它探測到了光子；要么顯示“否”——表征它沒有探測到光子。不過，我們也可以重新劃定這條邊界，把蓋革計(jì)數(shù)器也劃入量子世界。這樣一來，貓要么活著，要么死了，即總是處于這兩種狀態(tài)中的一種，但蓋革計(jì)數(shù)器可能處于一種與原子的糾纏疊加態(tài)?；蛘撸凑昭Χㄖ@的說法，我們可以把邊界劃在盒子四個(gè)垂直面上。這樣一來，貓也成了量子系統(tǒng)的一部分，并且可能與原子和蓋革計(jì)數(shù)器產(chǎn)生糾纏疊加。此時(shí)，經(jīng)典世界中的一個(gè)叫薩拉的人打開了盒子探查其中的情況，由于薩拉是宏觀世界的一個(gè)主體，因此，我們認(rèn)為她總是處于某種確定的狀態(tài)中。從她的視角來看，薩拉會(huì)覺得自己身處經(jīng)典世界這一側(cè)，所以在她看來，貓要么死了，要么活著，總是兩者居其一。

尤金·維格納（Eugene Wigner）建議我們更進(jìn)一步，我們可以把薩拉和盒子、貓以及盒子中的其他物件一起劃到量子系統(tǒng)中，而我本人作為旁觀者則劃分到邊界之外，這樣我就能看到薩拉成為糾纏疊加態(tài)的一分子。在這種疊加態(tài)的一部分中，貓活著且薩拉看到它活著；而在另一部分中，貓死了且薩拉看到它死了。

于是，我們就有了5種區(qū)分量子世界和經(jīng)典世界的方法。我們在此用 “量子”一詞表明事物可以處于疊加態(tài)，而“經(jīng)典”一詞則表明物理量只能擁有確定值。這些看似不同的描述似乎互相矛盾，比如我們看到薩拉處于疊加態(tài)時(shí)她卻始終覺得自己處于確定狀態(tài)。

根據(jù)羅韋利的理論，所有這些理論都是正確的，都描述了這個(gè)世界的一部分，也都是事實(shí)真相的一部分。它們都各自有效地描述了這個(gè)世界的一部分，至于具體是哪個(gè)部分，則由劃定的邊界定義。薩拉是否真的處于疊加態(tài)，又或者她是否確定無疑地看到了一只活貓或聽到了一只貓的聲音？羅韋利不想在這兩者之間做選擇。他認(rèn)為，對物理事件和物理過程的描述總是與劃定量子世界和經(jīng)典世界邊界的某些特殊方式有關(guān)。羅韋利假定，所有劃定邊界的方式都同樣有效并且都是對世界的完整描述的一部分。簡單來說，羅韋利認(rèn)為：在薩拉看來，貓活著，這一點(diǎn)沒錯(cuò)；而在我看來，薩拉處于“看到死貓”和“看到活貓”的疊加態(tài)中，這一點(diǎn)同樣沒錯(cuò)。

那么，是否存在不會(huì)受到觀察者觀察視角的影響的事實(shí)？依我看，羅韋利對這個(gè)問題的回答是否定的。在上述例子中，雖然薩拉和我對檢視結(jié)果有不同看法，但我們一致認(rèn)為，她打開了盒子并且檢查了貓的狀態(tài)，不過，薩拉打開盒子的決定是否可能取決于某些量子事件的結(jié)果，比如某種不穩(wěn)定原子是否衰變。這種情況下，我就能稱薩拉處于已經(jīng)打開盒子和尚未打開盒子的疊加態(tài)，但薩拉本人不是已經(jīng)開了盒子就是還沒開，兩者只能居其一。

請注意，其中存在一種微弱的一致性，因?yàn)槲覍λ_拉的描述并沒有完全與她自身的描述相抵觸。我們還得注意到的關(guān)鍵一點(diǎn)是：所有劃分邊界的方法都會(huì)讓這個(gè)世界分裂成兩個(gè)不完備的部分。不存在宇宙整體的視角，即我們無法跳脫到宇宙之外來觀察整個(gè)宇宙，也不存在能夠描述宇宙整體的量子態(tài)。

如果關(guān)系性量子理論有口號(hào)的話，那一定會(huì)是“眾多局部視角定義了一個(gè)宇宙”。我們可以從多種角度來看待這個(gè)理論。務(wù)實(shí)的操作主義者會(huì)把每個(gè)通過劃定邊界將世界一分為二的方法視為定義一個(gè)可以用量子力學(xué)處理的系統(tǒng)。每一次邊界的選擇都會(huì)帶來一種全新的描述，它包含處于經(jīng)典世界一側(cè)的觀測者所能掌握的關(guān)于邊界另一側(cè)量子系統(tǒng)的所有信息。對這些務(wù)實(shí)的操作主義者來說，所有這些量子態(tài)包含了每個(gè)層級(jí)上的觀測者所能掌握的信息，而這些層級(jí)則由分隔觀測者的邊界確定，而且每一位觀測者都用量子態(tài)編碼他們掌握的有關(guān)邊界另一側(cè)系統(tǒng)的信息。這些量子態(tài)之所以會(huì)各不相同，是因?yàn)樗鼈兠枋龅木褪遣煌淖酉到y(tǒng)。

從操作主義的視角來看，關(guān)系性量子力學(xué)與埃弗里特最初提出的關(guān)聯(lián)態(tài)詮釋有一些共同之處。兩者都以編碼不同子系統(tǒng)間相關(guān)性的條件語句來描述世界，而這種相關(guān)性在子系統(tǒng)發(fā)生相互作用時(shí)就已經(jīng)建立，然而，這并不是羅韋利看待關(guān)系性量子力學(xué)的方式。在他看來，他的這個(gè)理論應(yīng)該符合現(xiàn)實(shí)主義，但卻不是我在前文中闡述的那種樸素現(xiàn)實(shí)主義。羅韋利認(rèn)為：現(xiàn)實(shí)由一連串事件構(gòu)成，邊界一側(cè)的系統(tǒng)通過這些事件獲取另一側(cè)世界的信息，因此，我們可以稱羅韋利是一名基于因果關(guān)系的現(xiàn)實(shí)主義者。在他的理論中，現(xiàn)實(shí)取決于邊界的選擇，因?yàn)樵谀硞€(gè)觀測者看來確定發(fā)生的某些事—確定事件可以是另一個(gè)事件疊加態(tài)的一部分。由此我們可以看出，羅韋利的現(xiàn)實(shí)主義與樸素現(xiàn)實(shí)主義之間顯然存在一些差異，因?yàn)樵跇闼噩F(xiàn)實(shí)主義中，構(gòu)成現(xiàn)實(shí)的事件是所有觀測者都會(huì)一致認(rèn)為確實(shí)發(fā)生了的。

羅韋利認(rèn)為，這種樸素現(xiàn)實(shí)主義不可能存在于我們的量子世界中，因此，他建議我們接納他的這個(gè)完全不同的現(xiàn)實(shí)主義：世界的分裂定義了觀測者，而對現(xiàn)實(shí)的定義又總是相對于這種分裂而言的。羅韋利的描述與玻爾大相徑庭，并且得到了一種更為精準(zhǔn)的闡釋，但他們運(yùn)用的邏輯是相似的，他們都認(rèn)為量子系統(tǒng)中不可能有樸素現(xiàn)實(shí)主義的容身之地。

注釋

1. 本書譯文有誤，將物理學(xué)家Stephen L. Adler和美國路透社前社長兼總編輯Stephen J. Adler混淆了?！幷咦?。

2. 這里我需要進(jìn)行一些補(bǔ)充說明，非專業(yè)讀者可以跳過這部分內(nèi)容?？赡苡行＜視?huì)反對我對香農(nóng)關(guān)于信息定義的描述，指出那個(gè)量等于該信息熵的負(fù)數(shù)。他們會(huì)辯稱，熵是一種客觀存在的自然物理屬性，（在系統(tǒng)處于熱力學(xué)平衡態(tài)時(shí)）由熱力學(xué)定律約束。既然香農(nóng)定義下的信息與熵存在聯(lián)系，那么它就一定得是客觀且符合物理學(xué)規(guī)律的。我對此有三點(diǎn)要說明：首先，熱力學(xué)定律約束的不是熵本身，而是熱力學(xué)熵的變化。其次，就像卡爾·波普爾幾年前指出的那樣，與香農(nóng)信息定義相關(guān)的熵的統(tǒng)計(jì)學(xué)定義并不是一個(gè)完全客觀的量，它取決于粗粒度的選擇，而粗粒度能近似地為我們描述系統(tǒng)。就特定狀態(tài)來說，如果能準(zhǔn)確描述系統(tǒng)，那么它的熵一定是零，這種近似描述特定化的需要就給熵的定義帶來了主觀元素。量子系統(tǒng)的熵取決于形成兩個(gè)子系統(tǒng)的分裂過程，我們在這類過程中就能看到主觀元素的存在。最后，信息的熵屬性是一種定義，用香農(nóng)給信息下的定義來定義。

3. 本書給出了三條規(guī)則，規(guī)則二：這個(gè)定律描述了量子態(tài)如何回應(yīng)測量操作，即立刻坍縮成可被測量的具有精確值（這個(gè)值由測量操作決定）的狀態(tài)。規(guī)則二表明，只能用概率性描述預(yù)言測量操作所得到的結(jié)果。不過，在測量結(jié)束之后，被測系統(tǒng)的量子態(tài)就改變了——測量操作把系統(tǒng)放到了與測量結(jié)果對應(yīng)的狀態(tài)之中，這個(gè)過程叫作波函數(shù)坍縮?！幷咦?

參考文獻(xiàn)

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