牛津通识读本：量子理论 [12]
如果说量子理论鼓励我们持续改进对合理性的认识，那么它也鼓励我们承认，没有普适的认识论，也没有一个万全的方法，通过它我们可以期望获得全部知识。我们能以牛顿的清晰性了解日常世界，但是只有在准备好按照海森堡不确定性原理接受量子世界后，我们才能认识量子世界。坚持以朴素的客观性来解释电子只能导致失败。存在这样一种认识论循环：我们如何认识一个实体必须遵守那个实体的性质，而实体的性质则是通过我们对它的认识来揭示的。没有什么能逃离这个精巧的循环。量子理论就是一个例子，它鼓励我们相信该循环是有益的，而不是有害的。
形而上学标准
成功的物理理论，最终必须能够展示它符合实验事实的能力。最终保全颜面是一个必要的成就，尽管在达到那个终点的途中，可能会有一些临时性的困难（如狄拉克一开始面对电子负能态预言时，该预言在经验上明显是灾难性的）。当一个理论被证明能预言或理解新现象或未预料到的现象时（例如，狄拉克对电子磁性质的解释，以及他对正电子的预言），特别有说服力的是其持续结出的硕果。
然而，这些经验上的成功仅靠它们自身，并不总能成为理论被科学界接受的充分标准。拿量子理论来说，在不确定解释和确定解释之间的选择，就不能建立在这些基础上。玻姆像玻尔一样保全了颜面。他们之间的问题必须依靠其他原因来解决。最终，决定所依赖的是形而上学的判断，而不是单纯依赖于物理测量。
在评估理论的重要性时，科学界非常重视的形而上学标准包括：
（1）范围
理论必须说清楚适用现象的最大可能范围。在玻尔和玻姆的情形中，这个标准并不能解决他们之间的问题，因为两组结果在经验上是等价的（不过我们应该注意到，玻姆思想需要更好的证据去完善它的解释，以证实波函数计算能正确给出初始几率这个观点）。
（2）经济
理论越简单明了，看起来就越吸引人。玻姆理论在这一点上得分就要少很多，因为它给可观测粒子假设了隐波。这种对象的倍增，当然被许多物理学家看作该理论不吸引人的地方。
（3）高雅
没有过分的人为设计，就有了这个概念，可以给它加上自然这一属性。正是基于这些理由，大多数物理学家发现了玻姆思想面临的最大困难。尤其是，不得不专门将薛定谔方程挪用为玻姆波方程，使它有一种不受欢迎的投机取巧的感觉。
这些标准不仅存在于物理学自身以外，对它们的评价也是依个人判断而定的事情。满足这些标准，不能被简化成遵循一个定式化协议。对此判断的评估，我们也无法交给计算机来完成。量子物理界大多数人赞成玻尔而反对玻姆，这个判断后来成为一个范例。科学哲学家迈克尔·波拉尼将其称为“个人知识”在科学中的作用。波拉尼在转向哲学之前本身就已是一位杰出的物理化学家，他强调，尽管科学研究的对象是客观的物理世界，但是做科研不可避免是人的活动。这是因为它涉及许多判断行为，需要练习一些隐性技能才能完成，而这些技能只有在追求真理的科学界经过长时间学习的人才能获得。这些判断，不仅关系到我们已经讨论过的那类形而上学标准的应用，在更日常的层面上，它们还包括其他一些技能，如实验者评估和排除虚假“背景”影响的能力，否则这些影响将会损害实验结果。没有一本小黑皮书告诉实验者该如何去做。这是从经验中学到的事情。用波拉尼经常重复的一句话来说，我们都是“所知道的比能言传的多”，不论这表现在骑自行车、鉴赏美酒这些隐性技能上，还是表现在成功设计和执行物理实验上。
整体论
在第五章我们已经看到，EPR效应显示，在量子世界中存在固有的非定域性。我们也已经看到，退相干现象会使一般环境作用在量子对象上的相当惊人的强大效应变得平淡无奇。量子物理学是关于极小对象的物理学，但它绝不赞成对实在做出纯粹原子论的、“零零碎碎”的解释。
物理学不决定形而上学（更广的世界观），但是物理学无疑会约束形而上学，就像房子的地基一样，它约束但不完全决定上面建造的大厦。哲学思想并不总会充分考虑到量子理论的这些整体性方面的含义。毫无疑问，它们鼓励人们承认，获得对自然界的解释是有必要的。这种解释在两方面获得成功：不仅认识到它的结构单元确实是基本粒子，还认识到它们结合所产生的实在，比单纯一个成分自身所揭示的更完整全面。
观测者的作用
一个经常被重复的陈词滥调是量子理论是“观测者创造的”。若仔细考虑，将会大大限制和减少那个说法。如何陈述关键取决于如何解释测量过程。这是中心问题，因为在多次测量之间，薛定谔方程规定量子系统以极其连续、确定的方式在演进。测量的一般定义是事物微观状态信号的不可逆的宏观记录。记住这一点也很重要。这个事件可能会涉及观测者，但是一般不需要。
只有意识解释给有意识的观测者的行为分派了一个独一无二的角色。所有其他解释都只关心物理过程的各方面，对人的出现并不感兴趣。即使在意识解释中，观测者的作用也被限制在对测量对象的有意识选择，然后再无意识地引出实际出现的结果上。实际情况仅能在已存在的量子潜能所限定的范围内进行转换。
新哥本哈根观点认为，实验者能选择使用什么设备、要测量什么物理量，但是在这之后测量结果则是在设备内由宏观物理过程决定。相反，如果是新GRW物理学起作用，实际结果将由随机过程产生。如果玻姆理论是正确的，观测者的作用就和经典物理中一样，即观看早已清清楚楚的事实。在多世界解释中，观测者成了物理实在作用的对象，并被克隆到所有其他平行宇宙中。在这些大量的平行宇宙组合中，所有可能的结果都会在某处或其他地方被实现。
这些对观测者作用的可能解释互不相同，没有共同因素能将它们联合起来。似乎恰当的是，最多我们只能谈论“观测者影响的实在”，避开谈论“观测者创造的实在”。不是已经在某种意义上已经潜在存在的东西，永远不可能变成现实。
关于这个问题，还必须质疑如下断言，即量子世界是非实在的“消逝的世界”。这个断言经常声称与东方思想中的玛雅概念类似。这个说法只对了一半。我们先前讨论过，量子是“蒙着面纱的”，此外潜在性在量子理解中起着众所周知的作用。然而，量子世界中也有一些继承经典物理的方面，同样需要被考虑进来。在量子理论中，能量和动量这些物理量是守恒的，就像它们在经典物理中一样。再回想一下，量子力学的一个最初胜利就是解释原子的稳定性。量子不相容原理支撑着元素周期表的稳定结构。绝不是所有量子世界都消逝到虚无缥缈中去了。
量子炒作
用一个对精神健康的警告来结束这一章看来比较合适。量子理论确实比较奇怪和令人惊讶，但是它并没有怪诞到根据它“任何事情都能发生”。当然，没有人真的会与这样粗泛的观点争论，但是有一种论调非常危险地接近于采取这种夸张的态度。你可以叫它“量子炒作”。我想提醒的是，当要把人们吸引到量子的内在含义上时，应当采取严肃谨慎的态度。
我们已经看到，EPR效应并不能为心灵感应提供解释，因为它的相互纠缠度并不能促进信息传输。大脑中的量子过程可能与人类意识思维的存在有某种联系，但是随机的亚原子不确定性实际上非常不同于人的自由意志活动。波粒二象性是个非常令人惊讶但又富有启发意义的现象，它看似自相矛盾的特征已经由量子场论的洞见替我们解决了。然而，它并未允许我们去随意接受任何我们喜欢的明显矛盾的成对概念。就像强效药物一样，当我们正确使用时，量子理论是美妙的，但是当我们滥用、误用时，它就会带来灾难。
术语表
大体而言，本术语表仅限于定义在本书中反复出现或对量子理论的基本理解有特别意义的术语。其他仅出现一次或不太重要的术语，仅在文中对应的地方给出定义，读者可以通过索引来找到它们。
angular momentum 角动量 一个衡量旋转运动的动力学量
Balmer formula 巴耳末公式 描述氢原子光谱中著名谱线频率的简单公式
Bell inequalities 贝尔不等式 在特定理论中必须被满足的条件，该理论在特征上是严格定域的，没有非定域关联
bosons 玻色子 一种粒子，其多粒子波函数是对称的
Bohmian theory 玻姆理论 量子理论的一种确定性解释，由戴维·玻姆提出
chaos theory 混沌理论 对环境细节极其敏感以致其未来行为在本质上无法预测的物理学体系
classical physics 经典物理 由艾萨克·牛顿发现的一类确定的、可描画的物理理论
collapse of the wavepacket 波包塌缩 由测量行为引起的波函数的不连续变化
complementarity 互补性 尼尔斯·玻尔特别强调的事实，即存在明确的且相互排斥的方式来考虑量子系统
Copenhagen interpertation 哥本哈根解释 一组量子理论解释，源自尼尔斯·玻尔，强调不确定性和经典测量仪器在测量中的作用
decoherence 退相干 作用在量子系统上的环境效应，能快速诱导出近乎经典的行为
degrees of freedom 自由度 多种不同的独立方式，一个动力学系统在运动过程中能够按照这些方式改变
epistemology 认识论 关于我们所能知道事物的意义的哲学讨论
EPR effect EPR效应 两个相互作用的量子实体的反直觉结果，即不管这两个量子实体相互分开有多远，它们间都保持强大的相互影响
exclusion principle 不相容原理 没有两个费米子（如两个电子）能够处在相同的状态
fermions 费米子 一种粒子，其多粒子波函数是反对称的
hidden variables 隐变量 不可观测的量，它在对量子理论的确定性解释中，帮助确定究竟发生了什么
inteference phenomena 干涉效应 由波结合产生的效应，可以导