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第四编 实验台

第四十一章 为什么不是量子测量


一、这个候选为什么看起来最合适

量子测量是被援引得最多的候选,而且它的表面吸引力极大。

玻尔学派的主张听起来像现成的判决:被测量的属性在测量之前没有确定值;测量装置参与了属性的构成;问”电子在被测量之前究竟在哪里”这个问题,是把一个在那个语境中无意义的问题当作有意义的。

这不正是造成论?而且不是一个哲学声明,是一个被实验反复确认、被整个物理学接受的结论?

要先承认这个候选的分量。

它不是一个粗糙的类比。它提供的是一个真实的、可操作的现场:装置的选择改变了被观察到的东西,而且这种改变不能被解释为”我们原本就不知道,测量只是揭示了它”——各种检验实验的结果明确排除了那一类解释。

若本案能在这里被判,那将是最省事的结果:本书不必去找一台新装置,物理学已经提供了。

二、按四条清单逐条检查

可重跑:通过。 同一个实验可以被跑无数次,而且这正是量子实验的常态——单次结果是随机的,结论建立在大量重复之上。

可干预:通过,而且极好。 可以改变测量装置、改变基的选择、改变测量的时序,并且可以做得非常精确。这是物理实验的强项。

可消融:通过。 可以去掉某个元件、某条路径、某个屏障,看结果如何改变。双缝实验的全部变体就是在做这件事。

可观测:部分通过。 中间状态在特定的意义上不可观测——这恰恰是这个现场的核心内容之一。但实验装置的全部配置、时序、统计分布都是被完整记录的。

四条里有三条半通过。按第四十章的规则一,这个候选应当不通过。但问题不在那半条上——真正的问题在规则二。

三、被干预的不是形成过程

规则二说:判断一个候选是否通过某一条,要看它对本案所关心的那个对象是否通过。

现在问:在量子测量实验里,被干预的是什么?被构成的是什么?

而两者之间的统计规律——波函数、算符、玻恩规则——在整个实验中被当作给定的、不受干预的。

换言之,量子力学提供的是:

在给定的先在结构下,个别结果如何被装置共同决定。

而争论的焦点恰恰是那个结构本身是不是被造成的。

这个错位可以用一句话说清:

物理学家从不重跑量子力学的形成史,他们在量子力学之内做实验。

在量子力学之内做实验,能判的是量子力学之内的问题。要判”量子力学这套结构是被发现的还是被造成的”,需要的是另一种实验——把那套结构的形成过程重跑一遍,换一条路径,看得到的是不是同一套结构。

那个实验没有人做过,也没有人知道怎么做。

四、这个错位有一个可检验的后果

上一节的诊断若成立,它有一个后果:玻尔与爱因斯坦的争论,在近百年后应当仍然是解释学争论,而不是判决。

这正是实际情况。

关于量子力学该如何理解,今天仍有若干互不相容的立场并存,而它们在经验上等价——它们对一切实验结果给出相同的预测。这与第七章所描述的那种局面完全同构:不是证据不够,是两种叙事对同一批事实各说各的。

要把这个论证说得公道,必须补两句。

其一,近几十年的一系列实验确实在若干具体问题上做出了判决——某些类型的替代解释被实验排除了。这是真实的进展,本书不打算把它说成没有。

其二,那些被排除的,是关于量子力学之内某些解释假设的;而不同的整体解释立场之所以仍然并存,正是因为它们在那一层是等价的。

这两句合起来,反而加强了本章的诊断:在一个现场里,能被判的是那个现场内部的问题;那个现场自身结构的起源问题判不了。

五、一个更接近的量子候选,以及它为什么也不行

上面处理的是标准的量子测量现场。有一个更接近本案的变体值得单独处理,因为它绕开了第三节那个诊断。

变体是这样的:不看单次测量,而看一套物理描述本身如何在实验传统中被确定下来——测量基的约定、可观测量的选取、什么算一次”测量”的判准。这些不是由自然界给定的,它们是在具体的实验实践中被固定下来的。

这个变体确实更接近本案:它把注意力从”在结构之内做实验”移到了”结构本身怎么被定下来”。

它仍然不行,理由有两条,都落在四条清单上。

理由一:不可重跑。 那一套约定只被确定了一次。物理学史与知识史在这一点上处境相同——第十三章对人类知识史的诊断原样适用。

理由二:不可干预。 无法构造一个”其余一切相同、只有约定次序不同”的物理学共同体。

于是这个变体的处境不是量子力学特有的,它就是本案本身——它只是把本案换了一个领域重述了一遍。

这一节的用处在于它把第三节那个诊断推广了:

在任何一个已经成形的科学领域里,你能重跑的是该领域之内的实验,不能重跑的是该领域本身的形成。

这句话对物理、化学、生物同样成立,因此它一次性排除了”到某某成熟科学里去找实验台”这一整类提议。

而它也解释了本编为什么要找一个新的现场:不是因为已有科学不够精密,而是因为任何已有科学都只能提供它内部的实验。要重跑一个领域的形成,需要的是一个其”领域形成”本身发生在可控条件下的系统——而那样的系统,直到很晚近才存在。

六、一件要补的公道话

本章两次说量子测量”不行”。要补一句公道话,因为这样说容易给人一个错误的印象:仿佛这个候选是被轻易打发掉的。

它不是。它是四个候选里唯一一个在概念上真正触及本案核心的。

前一节说的那个变体——测量基的约定、可观测量的选取、什么算一次测量——这些问题在物理学内部是被认真讨论过的,而且讨论的深度远超本书能达到的程度。

本书之所以能”排除”它,靠的不是比那些讨论更深的见解,而是一条很机械的清单。 四条性质,逐条对照,第一条不通过。仅此而已。

这个方法有它的价值,也有它的局限,两样都要写。

价值在于它不依赖判断。 一条清单可以被任何人拿去重新核对一遍,而不需要先同意本书的立场。第四十章第八节那三条使用规则,全部是为了让这份清单不被私下放宽或收紧。

局限在于清单只能排除,不能理解。 本书排除量子测量,不等于本书理解了那个现场里发生的事;它只说明那个现场不满足本案所需的条件。一个被清单排除的候选,完全可能在别的问题上极有价值。

把这两句合起来,得到本编方法的一个自我描述:

本编做的是筛选,不是评价。

这一点在第四十三章会再次用到——那里被排除的那个候选,同样是在它自己的领域里做得很好的工作。

七、这一章排除的是什么,保留的是什么

排除的:量子测量不能充当本案的实验台。它在四条清单上表现优异,但被干预的对象不是知识的形成过程。

保留的,而且要保留得明白:量子测量提供了一个概念上的先例——它表明”被观察的东西在何种程度上依赖于观察的安排”这类问题,可以从思辨变成实验。这个先例对本书是有用的,第八十七章那条一般观察(可重跑的人工系统改变问题的类型)与它同族。

还要保留一条对本书不利的:有人可以主张,量子测量的教训应当被推广——既然在物理的基础层面上装置已经参与构成,那么在知识的层面上也当如此。

本书不接受这个推广,理由与第七十七章那一记相同:那是一个类比论证,而类比论证在本案上不产生判决。本书的论证结构是反例式的,它需要一个实例,而实例必须落在本案所关心的那个对象上。

把这一条写出来,是因为它是本书自己一侧最容易被使用的一个论证,而本书拒绝使用它。

下一章处理第二个候选,它比这一个更接近本案。


《可判性的到来——发现还是发生?》· 王德生 著 · 德麦国际专著第 124 号 · ISBN 979-8-90690-092-0