量子测量中的多世界解释理论研究

论文摘要

量子测量问题开始于量子理论之初。从那个时刻起,解决测量问题的各种尝试就不断出现。其中哥本哈根解释作为普遍接受的标准解释获得了正统解释的地位。但是这一解释内在固有的二元性、不彻底性以及反实在论特征不能够令人满意,尤其是随着量子理论向宏观,甚至宇观领域的发展,哥本哈根解释的界限被不断突破。致使这一解释的正统解释地位出现危机,也造成了在量子测量理论中多种解释并存的尴尬局面。事实上,自二十世纪九十年代以来,在量子物理学家、数学家以及一些物理学哲学家中,哥本哈根解释的正统地位就已经动摇了。在某种意义上,多世界解释理论正逐渐成为新正统解释。本文从量子测量的三大核心问题出发,全面梳理多世界解释的发展脉络。该理论立足于1957年埃弗雷特的博士论文,其本意是通过对量子测量问题的全面考证完善哥本哈根解释。埃弗雷特否认波函数塌缩,并认为波函数是一种真实的物理实在,提出相关态解释。他指出量子力学的形式体系可以提供自身的解释,这种解释是理论内在的,并不归结为哲学问题,多世界只是相关态解释的一个自然结论。虽然该理论的后期也出现一些分化,但是其基本立场——从客观一致性、实在论立场完善哥本哈根解释并没有改变,它也一直坚持玻恩的概率规则。但与哥本哈根解释不同,多世界理论认为波函数是整个宇宙中普遍的客观实在,它永远不会塌缩,而是出现了分叉。我们的世界是平行存在的,所谓的“可见”与“不可见”只有相对的意义,并不是绝对的。这些平行世界之间是完全等价的。多世界解释与哥本哈根解释的最基本的分歧就是围绕对波函数的理解展开。前者把测量还原为纯粹的物理过程、把观察者的特殊地位彻底取消,坚持了独特的实在论立场,坚持量子理论的普遍适用性,而且有助于解决量子力学与广义相对论的矛盾,并在一定程度上解除了由此引发的实在论危机。此外,它在很大程度上克服了“眼见为实”的局限性,突破了工具主义的理论观念。因为工具主义者把解释仅仅看作是心理道具,是为了有助于人的记忆以及获得乐趣才放到理论中的编造出来的东西。多世界解释的理论观认为,科学理论的发现以及确立并不过度地依赖于经验,相反真实的世界的构造可以通过不可见的理论揭示出来。量子力学打破了近代科学的基本原则,比如因果性、决定论、实在论。这样的突破常规从自然科学领域蔓延到哲学领域,引起了世界观、实在观的变革。对于量子测量的解释都是在为这些反常的、违背常规的现象寻找根源。多世界解释理论就是从量子力学的形式体系自身解释了量子世界与日常宏观世界的关系。没有增加任何多余的假设,没有波函数塌缩的设定。只是由于测量过程中所造成的“分裂”,产生了“多世界”的世界图景。该理论使得量子理论终于成为一个普遍适用的理论,可以运用于微观领域、宏观领域乃至宇观领域。许多研究者并没有对多世界解释理论给予应有的重视,把其与其他各种解释视作一样,强调量子测量解释的多元性,忽视埃弗雷特解释的新标准解释地位及其重要性。近年来,多世界理论得到了许多有力的实验支持和理论支撑,尤其是来自退相干理论的支持。在这个理论发展的大背景中,关于量子测量理论的诸多解释也面临着大检验。退相干理论解决了多世界解释的优先基问题。与多世界理论一样,退相干理论也是近年来量子力学中的理论热点。该理论认为量子性是普遍存在的特征,不仅仅存在于微观世界。只是由于我们实际的物理系统并不是孤立的,而是开放的系统,它会与环境之间发生相互作用而产生退相干,所以观察不到干涉现象。而现代实验也证实了宏观量子态的存在。本文在坚持新、旧两代正统解释地位的承继关系基础上,从十三个方面分析多世界解释与哥本哈根解释之间的差异与完善。它坚持了彻底的量子态实在论超越实证论;坚持一元论解构二元论;坚持决定论取消非决定论;以非塌缩取代塌缩。多世界解释蕴涵的量子态实在论克服了标准科学实在论在本体论上的模糊性。还包括观察者有无特殊地位,波函数的本性,概率问题与实在论的关系等。总之,虽然多世界的结论似乎充满了科学幻想性,理论本身也还存在一定的局限性。但是多世界解释理论是在理论物理学内部生发出来的自然而然的解释,是最简单的、严谨的、同时也是严肃的,是建立在迄今最成功的科学理论基础上。除了来自退相干理论和新实验的支持,该理论也得到现代宇宙学、弦论以及量子引力的支持。我们首先要做的应该是摒弃偏见,客观地、严肃地对待多世界理论。

论文目录

摘要

Abstract

引言

第一节问题的提出

一、“多世界解释”理论渐成国际学术界的一个理论热点

二、本人的专业研究关注点所在

第二节研究现状综述

一、国外研究

二、国内研究

第三节研究的意义与方法

一、研究意义

二、主要研究思路与方法

第四节研究的创新点与不足

一、研究视角创新

二、研究内容创新

三、不足之处

第一章多世界解释理论提出的理论背景

第一节 “量子测量问题”（Measurement Problem）及其分析

一、测量与经典测量

二、对量子测量问题的考察

第二节作为正统解释的哥本哈根神话及其困境分析

一、哥本哈根解释的基本思想

二、哥本哈根解释的困境分析

第三节量子测量问题对传统实在论（客观实在性）的挑战

一、本体论层面上对实在论的放逐

二、在认识论层面对实在论的放逐

第二章从哥本哈根解释到相关态解释

第一节休·埃弗雷特（Hugh Everett）简介

一、早期生活和教育（1930年——1953年）

二、普林斯顿时期（1954年——1959年）

三、学术沉默期（1959年——1968年）

第二节埃弗雷特对量子测量问题的考察

一、对“波函数塌缩”的最初困惑

二、对正统量子力学形式体系的审视

三、提出量子测量的相关态解释

第三节相关态解释的哲学意义

一、测量问题是一个哲学问题吗？

二、相关态解释的意义

第三章从量子测量的相关态解释到多世界解释

第一节量子测量的相关态解释被忽视的原因分析

一、量子力学的形式体系与哲学思辨的对抗

二、传统物理学思想的束缚以及实验的局限性

第二节 “多世界解释”理论的确立

一、狄维特命名多世界解释

二、多心解释

第三节平行世界

一、平行世界

二、平行世界的实验依据

三、探求多世界的理论支撑

第四章多世界解释的主要议题及其新进展

第一节量子态实在论

一、量子力学危机与实在论

二、量子态实在论

三、量子态实在论是伪问题吗？

第二节退相干（Decoherence）、多世界与本体论复兴

一、退相干与多世界理论

二、对退相干理论的质疑与反驳

三、本体论的复兴

第三节关于“唯一结果”概率问题的争论

一、概率的本质

二、多世界理论中是否存在“概率”空间

第五章成为新正统解释的多世界理论

第一节多世界解释成为新的主导性理论

一、三代物理学家的书信及英国广播公司（BBC）的访谈

二、世纪之交时期的相关调查结果

第二节多世界解释与哥本哈根解释比较研究

一、以普适性克服二元论思想

二、以量子态实在论取代实证论

三、多世界取代单一经典世界

第三节多世界解释的的局限性

一、不解释性

二、多余的本体论与科学幻想

三、退相干问题与模拟世界

第六章实在论视域下的多世界解释

第一节对实在论的一般理解

一、科学实在论与反实在论的主要分歧

二、科学哲学家们的理论观

三、科学实在论与反实在论的基本立场

第二节多世界解释的量子态实在论立场

一、实在论的主要特征

二、量子态实在论的实在观

三、多世界解释所蕴涵的世界观

第三节多世界解释的反实在论特征

一、反实在论的主要特征

二、多世界理论对“可观察性”标准的异议

三、多世界解释所蕴涵的理论观

结语

参考文献

量子测量中的多世界解释理论研究

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