“量子互文性”是物理定律的界限吗？

发布时间：2023-03-29 09:54:37 所属栏目：外闻来源：

导读：经典物理学中的每个对象，不管是地球还是电磁场，都有若干自身固有的属性，比如动量或者能量。这些属性在每个时刻都有唯一确定的值，我们可以随时对其进行测量。即使我们不进行测量，属性的数值也一直存在。所谓测量

经典物理学中的每个对象，不管是地球还是电磁场，都有若干自身固有的属性，比如动量或者能量。这些属性在每个时刻都有唯一确定的值，我们可以随时对其进行测量。即使我们不进行测量，属性的数值也一直存在。所谓测量，只是去发现一个存在的事实。

对于习惯了经典世界的头脑来说，第一条还勉强可以忍受，毕竟我们经常听到天气预报用一个百分数概率来告知明天是否下雨。但是第二条实在过于挑战，难道量子测量不是“发现”了测量结果，而是参与“创造”了它吗？

包括爱因斯坦在内的许多物理学家都不愿意接受这个观念，并尝试了各种回归经典图景的努力。那些假设不进行测量，物理属性仍然具备数值的理论被统称为“隐变量理论”。从某种意义上说，量子理论基本诠释方面的发展史，就是这么一个逐渐发展的否定各类实验室隐变量实验室理论的历史。。

经过几十年对量子现象抽丝剥茧的细致研究，尤其是近几年来量子计算领域的研究，目前所有可能的隐变量理论几乎已被排除一空。而硕果仅存的玻姆力学虽然仍占据一隅，但它需要引入的“量子势”概念却是一个对经典观念更大的挑战。

不过这并不妨碍测量结果的客观实在性，我们仍然可以使用量子理论对各种现象进行足够精准的预测，当然我们所预测的只是不同测量结果之间的关联关系。至于那个被测量的对象本身，无论称其为“波函数”也好，“量子态”也罢，都只是一个服务于计算的数学对象，而不具有现代物理意义上的实在性。

一句话解释就是，量子测量结果中存在诡异的概率分布，无法与实在性在逻辑上相容。这个道理有点像由神迹推知神灵的超自然性，只不过神迹既无理论又无实验验证，而量子理论中的各种诡异表现和逻辑悖论，却在不断得到验证。

需要指出的是，这个悖论在提出之初原本是想证明隐变量一定存在。粗看起来，一对距离很远的纠缠粒子之间，之所以在测量结果上存在关联关系，那一定是因为这对纠缠粒子就像一幅手套一样，他们的测量结果由底层的某种变量事先确定。

贝尔的结论只是说，对一个量子系统进行的多个测量，如果他们之间类似空间隔的话，那么测量结果就存在经典实在观念无法解释的关联关系。而KS定理则不需要类空间隔这个限制，只要是对量子系统进行多管齐下的测量，那么各测量结果之间就存在超越经典实在观念的关联。换句话说，量子力学的基本理论就是一个超越经典实在观念的理论。

也许有读者会感到不屑。这有什么了不起！量子力学第一节课上，老师就说过位置和动量不能同时具有确定的数值，这叫量子力学的不确定性关系，在数学上的体现形式就是位置和动量算符的非对应性。

这太有趣了。在经典世界里，我们测量一个篮球体积的结果，肯定与是否还同时测量它的颜色毫无关系。然而在量子世界中，偏偏就存在这样非常奇特的关联。

可对易的多个测量之间的这种关联关系，很像语言中多义词的含义随着周边语境搭配的变化而变化，所以就被命名为“量子互文性”（Quantum contextuality）。这个特性所揭示的可不仅仅只是量子系统中暗戳戳的相互影响，它甚至可以带领我们走进一个逻辑混乱的迷宫。

借用牛津大学教授Samson Abramsky的话来说，“量子互文性就是只有局域的逻辑一致性，没有整体的逻辑一致性。”我们之所以感受到有逆时间传递的影响，正是出于我们对逻辑整体一致性的坚定信念，错误地以为存在某个逻辑能够贯通实验中的所有现象并形成闭环。

相信读到此处的许多读者已经开始拼命抓头皮了。为了不把话题上升到哲学高度，我们可以借彭罗斯三角形来辅助理解一下，什么叫做局域有一致性而整体无一致性。

（编辑：汽车网）

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