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1、非定域实在论量子力学批判涂润生【摘要】不少人对量子力学作过批判，但是，自EPR质疑以后，说到点子上的批判还是极少的，多数是就非决定论的现象和结果的批判，而很少涉及到本质上的批判。EPR质疑也只是强调：根据定域实在论的观点，我们不相信情况是那样。本文的批判是试图指出量子力学错误的根源。认为将量子力学引入歧途的是四件事：第一，不确定度关系及其解释的提出；第二，微观粒子衍射实验结果的几率解释的形成；第三，“量子退相干”和“波包塌缩”概念形成；第四，态叠加原理的提出及由此衍生的“主观介入”观念的形成。分别对这四个问题作了简单而深刻的剖析。2012年诺贝尔物理学奖抓住了薛定谔猫掴了老版量子力学一个耳巴。
2、关键词：量子力学批判；统计决定论；定域实在论；不确定度关系；衍射实验；态叠加原理；主观介入；EPR详谬。1.量子力学与传统实在论的矛盾量子力学在当代科学发展中既是成功的、也是神秘的。其成功之处在于，它以独特的形式体系与特有的算法规则，对原子物理学、化学、固体物理学等学科中的许多物理效应和物理现象作出了说明与预言，已经成为科学家认识与描述微观现象的一种普遍有效的概念与语言工具，同时也是日新月异的信息技术革命的理论基础；其神秘之处在于，与其形式体系的这种普遍应用的有效性恰好相反，量子物理学家在表述、传播和交流他们对量子理论的基本概念的意义的理解时，至今仍未达成共识（特别是出现了不少诡异性解释）。量
3、子物理学家在理解和解释量子力学的基本概念的过程中所存在的分歧，不是关于原子世界是否具有本体论地位的分歧，而是能否仍然像经典物理学理论那样，把量子理论理解成是对客观存在的原子世界的正确描述之间的分歧。在量子力学诞生的早期岁月里，这些分歧的产生主要源于对量子理论中的波函数的统计性质的理解。因为量子力学的创始人把量子力学理解成是一种完备的理论，把量子统计理解成是不同于经典统计的观点，将单一过程与因果律的偏离自我标榜成了“量子力学描述中的统计决定性”。实际上，理论描述的统计决定性与物理学家长期信奉的因果决定论的实在论研究传统相冲突。在当时的背景下，对于那些在经典物理学的熏陶下成长起来的许多传统物理学家
4、而言，对量子力学的这种理解是难以容忍的。这些物理学家仍然坚持以经典实在观为前提，希望重建对原子对象的因果决定论的描述。这种观点认为，现有的量子力学只是临时的现象学的理论，是不完备的，将来总会被一个拥有确定值的能够解决量子悖论的新理论所取代。量子哲学家普遍地把这种实在论称之为定域实在论，或者称为非语境论的实在论。从EPR悖论到贝尔定理的提出正是沿着这一思路发展的。这种观点把量子论中的统计决定论与经典实在论之间的矛盾，理解成是量子论与传统实在论之间的矛盾。贝尔不等式的成立与否并不是量子力学姓“非定域统计”还是姓“定域因果关系”的试金石。阿斯佩克特的“量子纠缠”实验现象是在一个狭小的范围内的信息传递
5、现象，并不能代表普遍规律，也就不能强硬地降低定域实在论在量子力学中的地位（同源的共轭粒子之间能够纠缠并不能决定不同源的广泛的粒子之间的相互作用和运动都是非决定论的）。2007年4月阿斯佩克特在Nature上的一篇文章中也承认：否定爱因斯坦的定域实在论思想不是由实验结果得出的必然结论，其否定还需有别的理由。穆尔敏(N. D. Mermin)：“鲁道夫佩尔斯爵士不相信贝尔定理证实了非定域性。”“对我来说，非定域性似乎为消除某些深深的困惑“太便宜地”提供了一条出路。”洛察克(G. Lochak)：“依我之见，贝尔不等式的实验违反无关于所谓的“非定域性”或“非分离性”。这种违反只不过表明量子几率不是经
6、典几率!”佩雷斯(A. Peres)等：“贝尔定理并不意味着量子力学本身存在任何非定域性。特别是，相对论量子场论明显是定域的。简单而显然的事实是，信息必须被量子化或不量子化的物质携带。因此量子测量不允许任何信息传送快于实验中发射的粒子格林函数中出现的特征速度。”阿德尼尔(G. Adenier)：“虽然证明贝尔不等式违反的实验愈来愈准确和无漏洞，但必须强调，不管如何地准确和接近理想，它们能证明的不外乎量子力学的有效性，而不是那定理的有效性。”有关量子纠缠的实验结果及其对非定域性的支持，是由对量子纠缠本质的误解加上不严肃从事实验工作导致的。那些结果即使不是“黄帝的新衣”，也是将鬼魅隔空作用等同于非
7、定域性（这就像仅凭远程男女网友有感情纠缠而否认他们各自有稳固的婚姻的情况一样）。可是，自从1982年阿斯佩克特等到人完成了那一系列实验之后，人们就迫不及待地认为那些实验结果不支持定域隐变量理论的预言，而是支持非决定论的量子力学预言。这使量子论与传统实在论之间的矛盾焦点，由对量子理论中的统计决定性特征的质疑，转向了对更加基本的量子测量过程中的“波包塌缩”现象的理解。因为量子测量问题是量子理论中最深层次的概念问题。冯诺意曼在本体论意义上引入量子态的概念来表征量子实在的作法，直接导致了至今难以解决的量子测量难题。量子力学诞生之前，人们习惯于“试图站在传统实在论的立场上，对量子测量过程作出新的解释”。
8、玻姆的本体论解释在承认量子力学的统计性特征，把量子世界看成是由客观的不确定性、随机性和量子纠缠所支配的世界的前提下，通过假设非定域的隐变量的存在，寻找对量子测量过程的因果性解释。量子哲学家把这种实在论称为非定域的实在论。1多世界解释在承认现有的量子力学的形式体系和基本特征是完全正确的前提下，通过多元本体论的假设来对具有整体性特征的量子测量过程作出整体论的解释。量子哲学家把这种实在论称为非分离的实在论。2如果我们认为量子力学的形式体系是正确而完备的理论，那么，就能够用量子力学的术语描述包括观察者在内的整个测量过程。通过主体对客体有严重干扰的有限的几个量子力学测量实验而得到“观察者成为整个测量系统
9、中的一个组成部分参与了测量中的相互作用”的普遍结论。这样照顾了量子力学的完备性，却又犯了以偏盖全和从特殊到一般的仓促归纳的错误。如果我们仍然渴望像“以可分离性假设为基础”的经典测量那样，在“以整体性假设为基础”的量子测量系统中，也能够得到确定而纯客观的测量结果，那么，我们必须要在观察者与被观察的量子系统之间作出某种分割，观察者才有可能站在整个测量系统之外进行观察。例如用电子枪以直线发射高速电子打向远处的一个屏（如电视机中的电子管显示器的工作）。我们只测量电子的出发点和着屏点（即起点和终点），对电子在电子枪出口与屏之间的运动过程没有受到干扰，位置也可以通过出发点和着屏点以及直线运动状态而确定下来
10、（这就是间接测量，并不是没有测量运动过程中的电子。原子、分子中的电子更接近此处所说的运动过程中的电子而与穿过窄缝或被光子撞击的电子差别更大）。然而，在量子测量的具体实践中，量子力学测量观的开拓者仅通过存在严重干扰的少数几个直接的测量就认为“分割观察者与被观察客体的这个重要的阿基米德分割点是永远不可能得到的”。不但如此，还用“薛定谔猫”悖论强化上述观念。要知道“薛定谔猫”悖论中的态叠加是永远不可能实现的臆想的无对应物的叠加，不能代表可以真实发生的状态。不能实现（即使取近似也不能实现）的过程所反映的情况不能成为普遍的规律。一些人为了圆滑或附和而将“特殊量子测量现象的非定域性和非分离性”归结为“量子
11、测量的整体性”。最终在错误的思想方法和观念下越走越远，从而坚定而错误地认为“相对于科学哲学研究而言，如果把量子测量系统理解成是一个包括观察者在内的整体，我们将永远不可能在观察者与被观察系统之间作出任何形式的分割。而观察者与被观察系统之间的分界线的消失，将会使我们在不考虑观察者的情况下，对物理实在进行客观描述的梦想彻底地破灭”。2012年诺贝尔物理学奖获得者在不破坏单个量子的前提下实现了对其直接观测，抓住了薛定谔的猫，就是实现了“观察者与被观察的量子系统之间的分割”。以玻尔为代表的传统量子物理学家在创立了量子力学的形式体系之后，并不追求从量子测量现象到量子本体论的超越中提供一种本体论的理解。而是
12、在认识论和现象学的意义上做文章。玻尔认为，观察的“客观性”概念的含义，在原子物理学的领域内已经发生了语义上的变化。在这里，客观性不再是指对客体在观察之前的内在特性的揭示，而是具有了“在主体间性的意义上是有效的”这一新的含义。这种把“客观性”理解成是“主体间性”的观点，在认识论意义上，所隐藏的直接后果是，使“客观性”概念失去了与“主观性”概念相对立的基本含义，从而使量子力学成为支持科学的反实在论解释的一个重要的立论依据（“科学的反实在论解释”这种哲学思辨有诡辩之嫌）。与此相反，近几十年发展起来的多世界解释，试图以多元本体论的假设为前提，恢复对客观性概念的传统理解；玻姆的本体论解释则是以粒子轨道与
13、真实波的二元论假设为代价，把测量过程中的整体性特征归结为是量子势的性质。这两种解释虽然在理解量子测量现象时坚持了传统实在论的立场。但是，这些立场的坚持是以在量子力学中增加某些额外的假设为代价的。这正是为什么近几十年来，反思与研究量子力学与量子测量的概念基础问题，成为不计其数的论著和论文所讨论的中心论题的主要原因所在。到目前为止，在守旧和/或无奈的量子物理学家的心目中，微观客体的非定域性特征和量子测量的非分离性特征已经成为不争的事实。如果我们站在科学哲学的立场上，像当初接受量子统计性一样，也接受量子力学描述的微观系统的这种整体性特征。那么，量子测量过程中被测量的系统与测量仪器（包括观察者在内）之
14、间的整体性关系意味着，在微观领域内，我们所得到的知识，事实上，总是与观察者密切相关的知识。这个结论显然与长期以来我们所坚持的真理符合论的客观标准不相容（“主观介入”观念承认人的主观意识参与到客观的自然之物的发展变化过程之中。这样，自然之物的发展变化也就不全遵守相同的自然规律）。因此，接受量子力学的整体性特征，就意味着放弃了真理符合论的标准，而不惜寻求对传统实在论的核心概念理论和真理的性质与意义进行重新理解。作为今日中国大学物理研究生教材的量子力学第四版序言中讲到：“对待量子力学基本概念和原理诠释，一直存在着持续的争论”；“在进一步的探索中，人们对自然界物质存在的形式和运动规律的认识或许还有更根
15、本的变革”（见量子力学曾谨言著第四版序言）。这就是说，量子力学始终存在着争议，或许离真理有相当的距离。首先提出“光量子”的爱因斯坦讲到“整整50年有意识的思考，还没有使我更接近光量子是什么的答案，然而当今有一些人说他们知道答案了，其实他们是在欺骗自己”。提出能级跃迁理论的玻尔讲到：“谁不对量子力学困惑，谁就不懂量子力学”。提出波函数的薛定谔坚决反对状态共存。海森伯认为量子力学不是对自然的真实描述。波恩将电子的干涉和衍射解释为发现粒子的概率。狄拉克认为量子力学的形式不是最终的形式。第一个发现光的非连续表现的普朗克至死都对量子力学持怀疑态度。费恩曼则断言：“我想我可以放心地说，没有谁理解（懂得）量
16、子力学”（物理定律的本性美R.P.费曼关洪译湖南科学技术出版社2005P133）。可见，历史上量子力学的创立者和对量子力学作出过贡献的人们没有一个人对量子力学持肯定态度，对于量子力学的形式只是一种无奈。从这些物理大师们的态度上可以看出：一切有理性的人们都坚持物理的实在性，他们都没有把量子力学当作真理。爱因斯坦还说：“我坚定地相信，有人会找到一种比我的命运所能找到的一种更加符合实在论的方法，说得妥当点儿，是一种明确的基础”。对于由量子力学演绎出来的被当作最有希望的前沿理论“超弦”，诺贝尔奖获得者温伯格讲到：“所谓超弦（superstring）理论，最终提供了一个数学框架。它能用量子力学的术语描述引力，就像描述其它场一样。但是必须承认的是，所有这些辉煌的纯物理，还不能用精确的数字预言任何新的东西，更谈不上实验的验证，因而也不能让我们确信我们走在正确的路上”（亚原子粒子的发现美斯蒂芬温伯格杨建邺肖明译P209）。以上这些应该是量子力学在今日物理中的现状，然
