来自 科技专栏 2019-01-20 18:49 的文章
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贺天平等:量子自杀实验的哲学探析

  尽管在理想实验中,在特定的限定条件下,我们可以推出凯特不会死的结论,但是一旦取消限定,回到现实情形中情况就完全不同了。从量子自杀这一匪夷所思的思想实验中,暴露出了多世界解释深刻的内在矛盾,主要体现在以下几个方面。

  最初泰格马克提出量子自杀实验,是为了检验多世界解释。因为在此实验中,正统解释认为叠加态的波函数会随机坍缩到其中一个结果,实验结果是dead or live;而多世界解释的预言结果则是dead and live。要区分这两个结果是很困难的,假如没有死亡消除,凯特进入实验箱只是客观地记录“砰”和“滴答”的出现次数,那么在一个很长的时间序列之后,每个分支中的凯特都会得出和正统解释一样的结果,无法验证多世界解释的预言。然而,即便引入死亡排除,量子自杀实验也无法真正验证多世界解释。一方面,凯特在实验箱中经历了很多次死亡实验后,活着出来并不能说明多世界解释是对的。用正统解释的观点看,虽然在多次实验后凯特能存活的概率很小,但是这样的事也是可能的。作为一个小概率的特殊事件,理论上与正统解释也是相容的,无法区分两个解释。另一方面,由于实验箱本身是封闭的,哪怕凯特在箱子里已经经历了无数次的实验,当他最后走出实验箱,宣称自己已经验证了多世界解释,恐怕也很难说服别人。因为实验只能在一个单向的分支中验证,无法重复验证,假如实验进行了5次,必须是“ ”这一分支中的人才能活着作出验证,而其他5个分支(这个分支估算不能按照无死亡排除的 来估算的,因为死亡排除实验中只有一个连续的分支,死亡的分支中无后续分支)中都看到一个已经死亡的凯特,无法验证,见图1。

  总之,可以验证多世界解释的只能是一个极为特殊的分支,在进行九次实验后,在一个分支中被验证的同时,也在n个分支中被证伪。有人主张用人择原理来进一步解释,但是我们几乎不可能处于那个被精心挑选过的分支,也就无法验证。更致命的是,从整体来看,多世界解释的验证度是很低的,而且每进行一次就降低一点,甚至随着无数次实验的进行,可以无限低。量子自杀实验不光没能验证多世界解释,反而证伪了多世界解释。泰格马克和路易斯等多世界解释的支持者,都注意到了凯特想要说服别人是很困难的,但是并没有注意到该实验反而证伪了它的前提。

  量子自杀实验揭示了多世界解释另一个致命的难题,即在多世界解释的框架下,概率该如何理解?除了上文所提到的归一化难题,多世界解释还面临着另外两个关于概率解释的困难:其一,在科学中,人们用玻恩规则来对量子行为进行预测和描述,玻恩规则下的概率预言的准确性,已经经过了大量的经验验证,然而实际中却很难使玻恩规则与多世界解释相调和。尽管在路易斯的论证中,通过限定条件和死亡排除,最终可以在某个分支中得到归一化后的期望分布,但是这种条件化概率处理无法推广到其他情形,只要对实验过程稍加改动结果就会显著不同。跳出量子自杀实验,从整体来看,薛定谔方程一直在连续地演化,叠加态的元素也不会选择性地重新分布。条件化操作通过移除部分事实的方式,来获得重新归一化后的概率分布,然而,条件化毕竟只是一种主观选择下的特殊操作,无法适用于任意情形。多世界解释作为一种量子力学解释,需要对量子力学的几率现象作出普遍的、客观的说明。其二,在通常的量子概率预言中,存在着各种各样的概率分布,而多世界解释中所有可能出现的结果都在不同的分支各自出现,而且这些分支元素都是“实在的”,没有哪个比别的更加“实在”[9]。埃弗雷特似乎在暗示所有的分支世界都是“平等”的,那么假如有一个(99%,1%)的分布,难道两者也是各代表一个分支?难道大概率值和小的概率值没有什么分别?那概率的振幅似乎也是不必要的,玻恩规则也就没有意义了,只需要给出可能的结果就行了,没必要给出每个结果的概率值。

  为了维护多世界解释,使玻恩规则与多世界解释相协调,多世界解释的支持者们做了大量的努力。戴维德·多义奇(David Deutsch)[10]提出了他的“决策论证”(decision-theoretic proof),后来戴维德·华莱士(David Wallace)又进行了大量的修正[11]。他们的论证又启发西门·桑德尔(Simon Saunder)[12]从操作假设(operational assumptions)出发进行了论证,希拉里·格里弗(Hilary Greave)用贝叶斯主义进行了论证[13]。所谓的决策论证,类似于一个赌博游戏,通过建立一个预测模型,将概率预测转化为一个理性决策者的主观偏好。首先,在一个首选基的作用下,经过线性演化推理,确立一系列可能的结果。其次,在不确定结果的前提下,决策者根据当下掌握的所有证据,对每个结果出现后的收益值进行评估,然后给每个值赋予一个主观概率。这个主观概率不是固定不变的,而是会随着证据的积累,可以用贝叶斯公式进行动态地修正。最后,决策者会根据自己通过模型计算得到的概率值,指导自己的行为。行为的内在不确定性不是由预测结果决定,而是由决策者的理性偏好所反映。多数情况下,决策论的概率是和玻恩规则相一致的,极个别情况下会略有不同。就这样,通过决策论证便将概率重新引入多世界解释;但是这个贝叶斯主义(或决策论证)下的概率模型是一个普遍的概率解释,其核心是为了解释玻恩分布与量子概率之间的关系问题,更多的是一种哲学的解释,而非形式体系上的解释。

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