王孟源:宣傳中國的量子衛星,別把「哥本哈根解釋」混進來

近日，觀察者網就一些熱點的基礎科研問題，再次請教了哈佛大學物理學博士王孟源先生，這些問答已經刊登在王先生的博客上，我們也刊載如下：

觀察者網：

1 今年中國大陸發射了量子衛星，量子力學的非定域性再次得到無漏洞驗證，具體報導見《愛因斯坦和玻爾的世紀爭論，在中國的「墨子號」量子衛星上得到檢驗》。愛因斯坦和玻爾的爭論真的被解決了嗎？

另外，一直致力於批評潘建偉實驗的北京大學王國文最近又寫了一篇文章，該如何評價？

2 在中國，玻爾的「哥本哈根解釋」經過朱清時院士的闡述，變成了「物理學步入禪境」、「客觀世界可能不存在」。清華大學的量子信息專家王向斌在為朱清時辯護的文章中說，在量子信息領域，經常要用到單次測量的結果，這會涉及到量子塌縮，並批評退相干即坍縮的說法。這種辯護該如何評價？

3 Wilczek提出的「時間晶體」的概念，近年來很火，但也有很多爭議。似乎概念的含義本身也沒有統一，許多說找到了「時間晶體」的實驗，算不算王先生所說的迎合熱點，追救護車？

4 上次我們就楊振寧投稿國際期刊遭拒，後在中國期刊順利發表的事情採訪了你，刊出後引起了許多讀者討論，你還有什麼要補充的嗎？

王孟源：

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首先，你提到的那篇有關「量子衛星」的文章，引用自《墨子沙龍》（大概源自墨子衛星的團隊），內容是完全錯誤的。

量子力學是量子力學，哥本哈根解釋是哥本哈根解釋；兩者是獨立的理論，甚至不在同一個學科裡：前者是實驗可以驗證的，所以是物理，後者則是對前者的邏輯解釋，屬於物理數學。愛因斯坦的確對前者和後者都有質疑，但是我們不應該像《墨子沙龍》那樣把兩個分別的反對意見混為一談。

愛因斯坦對哥本哈根解釋的不滿，原因很簡單，就是哥本哈根解釋甚至無法有數學意義上的定義：「觀察者」（和觀察者網無關）是什麼？「觀察」是什麼？「實驗」是什麼？它們和宇宙日常運行的其他無數個事件有什麼不同？所以哥本哈根解釋在邏輯上根本就沒有一個結構可以討論。正確的理論是量子去相干，這在30年前歐美的物理數學界就已經確定，但是因為是個冷門題目，沒有很多論文發表，而且不是發表在「主流」物理期刊上，中國物理界似乎只有極少數人注意到。

至於愛因斯坦在那篇EPR論文中對量子力學本身的質疑，則完全是另外一回事。從量子力學創立之初，就有實驗暗示著非局部性（Non-locality，也有翻成「非定域性「），但是局部性卻是愛因斯坦推導相對論的基本假設之一（做物理專業的人，可以仔細想想Equivalence Principle的設定條件是什麼？兩個」局部「的系統...），雖然相對論本身和量子力學的非局部性可以勉強達成共存，亦即後者不能以超光速傳遞信息或能量，但是為什麼會有這樣的邏輯衝突，為什麼一個勉強的共存會存在，卻不是愛因斯坦這種有嚴謹邏輯思維習慣和能力的人，會願意像波爾那樣，草率放到一邊的。

愛因斯坦的那篇EPR論文，就是為了解決相對論和量子力學的非局部性之間的邏輯衝突，所做的一個嘗試。他的出發點當然是前者，所以假設後者只是一個假象，來自量子力學內部的未知結構；也就是，比量子力學更基本一層的理論應該是服從局部性的。貝爾後來也考慮了這個問題，認為愛因斯坦的假設是錯的，寫下了他的定理，然後後世的實驗一而再，再而三地證實了貝爾的想法。換句話說，量子力學的非局部性是Irreducible（無可簡化的）。《墨子沙龍》裡，把這稱為哥本哈根解釋的勝利，真正是莫名其妙。就算他們忘記哥本哈根解釋不是物理，先天就不可能用實驗證實或證偽，也該知道玻爾根本就懶得討論非局部性和相對論之間的衝突，更對非局部性能否被簡化完全無感。貝爾則和愛因斯坦一樣，知道哥本哈根解釋是個胡扯，他相信的是與之敵對的Bohmian Mechanics。《墨子沙龍》的作者如此顛倒黑白，張冠李戴，用句中國常見的玩笑話來說，能壓得住貝爾祖師爺的棺材板嗎？

「墨子號」科學實驗衛星

我稱貝爾為祖師爺，是有道理的。現在流行的所謂「量子通信」，其實就是貝爾實驗把兩個粒子的距離拉開到幾百或幾千公裡的成果。在有這個工業應用之前的幾十年裡，潘建偉這樣的人都會被稱為貝爾實驗的專家。專門做了一輩子的貝爾實驗，卻始終沒有去讀懂貝爾的著作，以致至今仍然相信哥本哈根解釋，是件非常非常奇怪的事情。

至於王國文的文章，討論的是Bohmian Mechanics的一個引申，也就是把點粒子換成波包。這似乎是最近兩三年的一個新嘗試，我以前沒有注意到，王國文也沒有列舉這個新理論的出處和任何參考數據，所列的參考文獻都是早年量子力學的經典著作。他文章中提到的澤亞·梅拉利（參見https://www.nature.com/news/quantum-physics-what-is-really-real-1.17585）其實並不是牛津大學的教授，而是英國媒體界的一個科普作家，那篇《Nature》的文章，也不是專業論文，而是介紹牛津的Owen Maroney團隊的一個關於Bohmian Mechanics（王國文把它叫做德布羅意理論，其實是同一件事，Bohm繼承了de Broglie的思路而完善之）實驗（也就是觀察BM的數學模型在巨觀系統下的一個體現，邏輯上來說並不能證實或證偽BM，然而BM原本就是物理數學而不是物理）的新聞稿。不過除了前述無關宏旨的一些小毛病，他文章的主軸，也就是對貝爾實驗的詮釋，遵循愛因斯坦 - de Broglie-Bohm-貝爾一系的正統思想，沒有什麼可爭議的。

我對他所解釋的那個Bohmian Mechanics的引申，很有興趣，會繼續找資料來做深入了解。這是因為王國文宣稱把點粒子換成波包之後，就可以直接相對論化。Bohmian Mechanics唯一的大缺點就在於不能與量子場論兼容；過去60多年，一直有人努力不懈地鑽研這個冷門的題目，想要突破這個難關。把點粒子換成波包，對我來說，是一個很有潛力的點子，有可能會讓BM和相對性量子力學（量子場論又更複雜）兼容，那麼或許就能解答前面提到的為什麼相對論本身和量子力學的非局部性可以勉強達成共存的難題。

BM本身就是顯性的非局部（Explicitly Non-local），所以它的引申也同樣地會有顯性的非局部性。BM解釋貝爾實驗不但是小菜一碟，而且原本就是貝爾自己用的理論。貝爾實驗證偽的，不是潛變量（Hidden Variables），而是愛因斯坦的EPR論文裡面假想的遵守局部性的潛變量理論。