對量子力學的新詮釋:現實不取決於測量它的人

2020-12-13 量子認知

量子力學始於100多年前,從那時起,科學家就試圖如何最好地來解釋這個奇異的量子力學提出了不同的詮釋。許多詮釋,包括玻爾和海森堡提出的哥本哈根詮釋,尤其是馮·諾依曼詮釋,指出進行測量的人的意識會影響其結果。另一方面,卡爾·波普爾和愛因斯坦則認為,存在客觀的現實,不以測量的人為轉移。薛丁格提出了著名的思想實驗,其中涉及一隻不幸的貓的命運,旨在描述量子力學詮釋所具有的缺陷。

兩位芬蘭公務員:Jussi Lindgren和Jukka Liukkonen,在他們的業餘時間研究量子力學,在最近所發表的研究論文中,研究了海森堡於1927年提出的不確定性原理。

根據對該原理的傳統解釋,位置和動量不能同時以一個任意精度確定,因為進行測量的人總是會影響測量值。

他們通過研究得出結論,位置和動量之間的相關性,即它們之間的關係是固定的。換句話說,客觀的現實是一個不依賴於測量它的人的對象。 他們在研究中利用了隨機動態優化理論。如圖所示四位置和四動量的局部化之間的權衡:(a)位置局部化; (b)動量局部化。

隨機動態優化(stochastic dynamic optimization),是控制理論中的一個領域,是針對有不確定性的動態系統進行優化控制,不確定性可能是在測量上,也可能是因為本身噪聲的影響,可以滿足所要求的最優化準則。最優控制理論是變分法的推廣,著重於研究使控制系統的指標達到最優化的條件和方法。

在這樣的理論參考框架中,他們的研究得出,海森堡不確定性原理是熱力學平衡的一種體現,其中隨機變量的相關性不會消失。

他們的研究結果表明,沒有邏輯上的理由使結果依賴於進行測量的人。根據他們的研究,沒有任何跡象表明測量者的意識會干擾結果或創造出某種結果或現實。

該研究論文利用數學分析作為詮釋量子力學的工具。他們所使用的方法是隨機最優控制理論(stochastic optimal control theory),該理論廣泛應用於工程、金融等領域,在工程中如用於解決諸如如何將火箭從地球發射到月球之類的挑戰,在金融領域中,隨機微分方程的狀態變數多半是財富或是淨值,控制變數是不同時間下各資產的配置情形。給定任一時間下的資產配置,財富變化的決定因素是資產的隨機收益以及無風險資產的利率。

這項研究的理論基礎可追溯到1941年,物理學家、數學家厄恩斯特·斯蒂克爾堡(Ernst Stueckelberg)所提出的參數化相對論動力學方程。

這種解釋支持經典科學原理的量子力學詮釋。研究人員表示:「這種解釋是客觀和現實的,同時要儘可能地簡單。我們喜歡清晰、喜歡消除所有神秘主義。」

遵循奧卡姆剃刀的簡約法則,研究人員從最合適的方法中選擇最簡單的解釋。奧卡姆剃刀(Occam's Razor),意思是簡約法則,是由14世紀邏輯學家奧卡姆提出的一個解決問題的法則,他主張:「切勿浪費較多東西,去做『用較少的東西,同樣可以做好的事情』。」換句話說,如果關於同一個問題有許多種理論,每一種都能做出同樣準確的預言,那麼應該挑選其中使用假定最少的。儘管越複雜的方法通常能做出越好的預言,但是在不考慮預言能力,即結果大致相同的情況下,假設越少越好。

研究人員解釋說,「我們將量子力學作為一種統計理論進行研究。數學工具很清晰,有些人可能認為這毫無意義。但是,如果某一量子力學詮釋是一個模糊的詮釋,那真的是一種詮釋嗎?」

按照網絡流行語,這兩位論文作者是典型的「民科」,完全是業餘研究量子力學的,都是在職的芬蘭政府公務員。我們許多「專科」的,要在國際學術刊物上發表論文得到正式審議認可通過,都不是那麼容易,更何況是「民科」。兩位在讀高中時是同一數學俱樂部的成員,都做過研究生研究,其中一位完成了博士學位,發表過關節上的內窺鏡超聲方面的論文,現在是政府放射和核安全局的稽查員。

參考:The Heisenberg Uncertainty Principle as an Endogenous Equilibrium Property of Stochastic Optimal Control Systems in Quantum Mechanics,Symmetry(2020).DOI: 10.3390/sym12091533

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