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雷奕安
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量子波函数概率诠释的逻辑陷阱
发布时间:2022-03-04点击次数:

虽然历史上量子力学的哥本哈根诠释并没有一个明确的定义,只有玻尔和海森堡的一些讨论,而且后来受到的批评越来也多,但它是教科书中唯一正统的诠释。哥本哈根诠释中的很多概念,不同人的表述并不一致,甚至相互矛盾,但是波函数的概率性和量子力学本质的不确定性却是多数人的共识,也是哥本哈根诠释的基本出发点。所以,概率性是量子力学的基本性质。

由于所有的物理客体都是量子,而量子是概率性的,也就是说,量子力学认为,所有物理客体都是概率性的。再加上基本的德布罗意物质波假定和波粒二象表述,以上说法可以完整地表述为:所有物理客体都是物质波,都具有波粒二象性,对客体的完整描述是其波函数,波函数体现了客体在测量时表达为特定值的概率。

量子或者波函数的概率性得到了实验的支持,比如在光子或者电子的双缝干涉实验中,实验数据符合概率描述。

但是这里有一个不易察觉的逻辑陷阱。

概率论的数学表达方式就是统计分析。许多看起来本来应该是确定的事件,比如掷硬币,明天什么地方是不是会下雨,海洋中鱼群会在哪里出现,某个星系一年会诞生几颗恒星,爆发几个超新星,在大量统计的情况下,都以统计结论出现。我们的所有实验,所有数据采集,都采用统计方法。我们分析数据的相关性,以p值确定某一结论的可靠性。统计分析方法的理论基础就是概率论。

我们对科学的基本立场是,实验是检验理论有效性的唯一标准。问题什么是实验呢?实验除了测量方法,它的表现方式就是统计数据。实验结论的直接和唯一表现方式,就是用统计分析方法得出的,所有实验数据的统计结论。我们说一个理论与实验观测符合,就是说它的计算值和实验数据的统计性质不矛盾。

也就是说,我们对量子力学理论的检验,是用概率统计方法检验概率统计理论。这是一个循环论证。

即使量子事件的发生是决定论的,在实验分析中,仍然只能以统计数据的方式出现,无法与随机事件区别。

实际上,我们的实验数据处理方法决定了,根本不存在区别随机事件和确定事件的实验方法。不只是量子波函数坍缩,任何一次不可重复的单次事件,概率预测既不可证实,也不可证伪。因为预测已经覆盖了所有的可能,而可能性大小是无法通过孤例证明或证伪的。而确定了时空位置的所有事件,都是单次事件,不可重复。

所以说,根本不存在一种实验分析方法,能够证明波函数是概率性的。但同时也不存在证明相反结论的方法。

这样的话,量子的本质不确定性,就成了一个无意义的假定。然而它是哥本哈根诠释最重要和最公认的假定。

可以举个例子说明概率预测的无效性。古人算卦,总是希望得到一个关于未来的明确结论,是凶是吉。绝对不会得到一个凶吉叠加态。如果卦师每次都给出凶吉叠加的答案,人们就不会找他算卦了。

量子力学的全局近似诠释中,我们认为波函数就是真实的波,只是物理和量纲都被薛定谔方程抽象掉了,但是它仍然反映了波的能量密度分布。波的振幅就是某一物理场量的振幅,平方后给出能量密度,而能量密度正是诱发量子事件的原因。至于被诱发的事件是确定的还是概率的,并不重要,因为实验表现是一样的。虽然我们认为事件是确定的。