真实的意义

( 罗兰德·奥姆尼斯 )

1905年是物理学的“奇迹年”，在这一年，26岁的爱因斯坦发表了论文《论动体的电动力学》，标志着狭义相对论的诞生。但是这篇论文在诞生之初并未受到物理学界的太多关注，原因在于这篇只有一个作者，没有任何参考文献的论文看上去并不像是一篇标准的物理学论文，作者花了大量篇幅进行“同时性”的论证，这种论证在很多物理学家眼中是纯哲学性的，与物理学并没有太大关系。

与爱因斯坦同时代的物理学家之后才逐渐理解了爱因斯坦对“同时性”进行论述的原因，这是爱因斯坦对于牛顿创造的“绝对时间”概念的深刻反思：并不存在所谓神创的绝对性的时间——时间跟观测者所处的坐标系，具有相对性。正是这种对于时间本质的看似形而上学式的思辨，改变了人类对于时空的认识，并且开创了相对论，开创了物理学的新时代。

如今，物理学家们对于时间相对性的思考已经结束，狭义相对论已经被人们所广泛理解和接受，但是，与相依相对论同时代发展起来的量子力学，给物理学家和哲学家带来的关于“真实”本质的思考还远未结束。量子力学从诞生至今的100多年里，对于微观世界令人充满迷惑的描述与它的准确性同样让人印象深刻。量子力学的准确性使它的计算公式令人信赖，但是量子力学所描述的概率性的微观世界，加上至今令人迷惑的“波函数”和当人们对一个微观系统进行测量时，微观系统的波函数会忽然发生“塌缩”，这些令人迷惑的概念使人一直对量子力学的本质有所怀疑，同时也开始思考在微观领域中量子力学所描述的“真实”的意义。

美国物理学家罗伯特·格里菲斯（Robert Grifiths），诺贝尔物理奖得主默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann）、詹姆斯·哈妥（James Hartle）和法国物理学家罗兰德·奥姆尼斯（Roland Omnès）从1984年开始，试图在不改变量子力学运算方式的基础上，修改量子力学的描述，从而修改人们对于事物本质的看法。他们所推行的理论叫作“一致性量子理论”，这个理论试图通过量子力学的数学方式解释“真实”的意义，同时弥合宏观与微观之间的间隙，也对量子力学中令人迷惑的波函数塌缩做了与众不同的描述。总之，一致性量子力学试图建立起一个从理论基础到实际运算都没有悖论的物理学基础理论，但是这些物理学家的努力是否成功，至今仍然难下结论。

纽约大学的物理学家皮埃尔·霍恩贝格（Pierre Hohenberg）在拥有崇高地位的物理学杂志《现代物理评论》发表综述论文，介绍一致性量子理论，这种对于量子理论的阐述，正如之前爱因斯坦对于时间相对性的阐述一样，改变了人们对于“真实”的理解，真实不再是一个绝对化的概念，真实也具有了某种相对性。这种对于真实的阐释是否成立尚没有定论，而它的意义也尚未展现出来。

( 默里·盖尔曼 )

一致性量子理论的作者们认为，这个原理是最为清晰和正确的非相对论性量子力学，并且它也应该是最正统的量子理论。它可以明确告诉人们，在量子理论中，哪些是假定的，哪些又是衍生出来的。人们在现实生活中所习以为常的“真实”，于量子世界中则开始变得不可依靠：比如说物体的动量和位置，这些最基本的性质在量子世界受到测不准原理的制约，多种彼此不相容的存在表现出了“真实”的不同侧面，在一致性量子理论的作者们看来，这正需要通过量子力学中的“互补原理”来进行解释。

在一致性量子理论的描述中，对于量子系统的预测不再是决定性的，而是变为概率性，虽然波函数根据薛定谔方程，随时间进行决定性的演化，但是它所给出的结论仍然是概率性的。同时，物理学中的“单一性”原则也不再适用，也就是说，对于一个物理系统或是一个物理过程，不再存在一个单一的物理学描述——“真实”只能通过多种彼此互不相容的方式进行描述，称为“框架”，这也正是哥本哈根学派论述的“互补性原理”的精髓。也就是说，在这个理论中，物理系统的性质独立于观察者或者测量，一个物理系统拥有多种不同的，而又彼此互不相容的“真实层面”——绝对的“真实”并不可知，因为并不存在长久以来存在于人们大脑中的绝对的、单一的真实形象，人们只有在某个框架之内，了解真实的某一个侧面，也就是说，“真实”对于人们来说，同样具有相对性。

( 詹姆斯·哈妥 )

关于框架的论述起码在形式上解决了量子力学的很多悖论，对于量子理论的预测必须始终局限于某一个框架之内，而混淆了其他框架中的元素的论述，就必将导致在量子力学中的无意义的假说。

在传统的量子力学中，一个量子系统的性质完全由它的波函数所描述，但是只有在测量之后，人们才可能得知一个系统的状态：测量发生后，一个量子系统塌缩为它的一个本征态，而它的值则是其相应的本征值。但是这一套理论一直被很多物理学家所批评：波函数的塌缩是一个根本没有物理学含义，也无法定义的过程，而且一个量子系统的性质，要依赖于外界的测量手段。一致性量子理论解决了在量子系统中的测量问题：测量并不具有任何特殊的含义，量子系统的性质独立于测量行为。因为测量是一种相互作用，那么就必须在一个适当的框架中去理解——对于系统某一种特性的测量，就必须在某一种相应的框架中去理解，而这种测量在其他框架中则毫无意义。

对于波函数的塌缩，一致性量子力学同样有自己的解释：在某一个框架中，系统的某种性质的不同值有不同的概率，当我们在相应的框架中去理解测量值，得到的结果会遵从概率，而如果在一个不相关的框架中，得到的结果就无法理解，并且没有任何意义。

任何对于量子力学本质的严肃思考，都无法避开爱因斯坦关于量子力学“鬼魅般的超距作用”的批评。爱因斯坦、波多尔斯基和罗森对于量子力学的批评（EPR Paradox）基于两个假设，物理系统的真实性和局域性，对于一个坚信量子力学的科学家来说，对于这两个性质必须放弃其中的一个或者两个全都放弃。很多哲学家和物理学家选择放弃物理学的局域性，但是根据一致性量子理论，则会保留局域性而放弃物理学中经典的真实性。

放弃物理学中经典的真实性，意味着通过量子力学的互补原理，改变人类对于“真实”的理解。但是人们应该记取的是，目前人们对于真实的意义所做的思辨，都是基于量子力学是正确的假设。这个假设对于一个物理学理论来说可能太过冒险。另外，关于一致性量子理论是否可以解决量子力学的一切悖论，也仍然有很多的争论。对于一种物理理论的形而上学式的思考，固然有可能使人们深入对于自然的理解，但最终仍需要实验的检测。（本文参考了霍恩贝格在《现代物理评论》中发表的论文《一致性量子理论介绍》）（文 / 苗千） 真实意义