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2022年诺贝尔物理学奖背后的故事

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爱因斯坦眼中的概率同哥本哈根诠释中的一样客观。虽然它们没有出现在运动的基本定律中,但它们表现了世界的其他特征,因而并不是人类无知的产物。在写给波普尔的信中,爱因斯坦举了一个例子:一个匀速圆周运动的粒子,粒子出现在某段圆弧的概率反映了粒子轨迹的对称性。类似地,一个骰子的某一面朝上的概率是六分之一,这是因为六面是相同的。“他知道在统计力学中概率的细节里包含有意义重大的物理,在这方面,他的确比那个时代的大多数人都理解得更深。”霍华德说。从统计力学中获得的另一个启发是,我们观察到的物理量在更深的层次上不一定存在。比如说,一团气体有温度,而单个气体分子却没有。通过类比,爱因斯坦开始相信,一个“亚量子理论”与量子理论应该有显著的差别。tKe拜客生活常识网

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他在1936年写道:“毫无疑问,量子力学已经抓住了真理的美妙一角……但是,我不相信量子力学是寻找基本原理的出发点,正如人们不能从热力学(或者统计力学)出发去寻找力学的根基。”为了描述那个更深的层次,爱因斯坦试图寻找一个统一场理论,在这个理论中,粒子将从完全不像粒子的结构中导出。简而言之,传统观点误解了爱因斯坦,他并没有否定量子物理的随机性。他在试图解释随机性,而不是通过解释消除随机性。tKe拜客生活常识网

各位朋友,读到这里,你应该有很明确的意识了。就像EPR之争一样,这里面的矛盾性是不可消除的。爱氏说:“上帝不掷骰子!”玻尔用爱氏自己的话反驳说:“你又要来充当上帝掷不掷骰子的角色!”各位仔细体味这两句话。我的问题是:“哪句话中的上帝是自然的?”所以我在开篇时候就说了:“上帝不掷骰子,上帝让人类来掷骰子!”我时常思考,有人参与的理论,人一定要谨慎自己。tKe拜客生活常识网

虽然贝尔不等式没有站在爱因斯坦这边,但是他对于随机性的基本直觉依然成立:非决定论可以从决定论中导出。量子和亚量子层次——或大自然中其他成对的层次——各自包含有独特的结构,所以它们也遵从不同的定律。支配某个层次的定律可以允许真正的随机性存在,即使下一层次的定律完全是秩序井然的。“决定论的微观物理不会导致决定论的宏观物理。”剑桥大学的哲学家杰里米·巴特菲尔德(Jeremy Butterfield)说。tKe拜客生活常识网

虽然更高的层次建立(用术语来说,就是“随附”supervene)于低层次上,但它是自己独立运行的。为了描述骰子,你需要在骰子所在的层次上努力,而当你做这件事的时候,你只能忽略原子和它们的动力学。如果你从一个层次跨越到另一个层次,那么你就出现了“范畴错误”,用哥伦比亚大学哲学家戴维·Z·艾伯特(David Z.Albert)的话说,就像是在询问金枪鱼的政治立场一样。“如果有某种现象可以在多重层次上描述,那么我们在概念上就要非常谨慎,以避免层次上的混淆。”利斯特说。tKe拜客生活常识网

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层次的逻辑反过来也管用:非决定论的微观物理可以导致决定论的宏观物理。组成棒球的原子随机地运动,但棒球的飞行轨迹却完全可以预测,因为量子随机被平均掉了。同样地,气体中的分子有复杂的运动(实际上是非决定论的),但气体的温度和其他的特征可由非常简单的定律描述。还有更大胆的推测:一些物理学家,例如斯坦福大学的罗伯特·劳克林(Robert Laughlin)提出,低层次是完全无关紧要的。无论基础组分是什么东西,都能有相同的集体行为。毕竟,像水中分子、星系中恒星和高速公路上的汽车这些多种多样的系统,都遵循流体运动定律。tKe拜客生活常识网

当你从层次的角度思考,非决定论标志科学的终结的顾虑就荡然无存。我们周围并没有一堵墙,把遵守物理定律的宇宙整体与其他不遵守定律的部分隔开。相反地,世界是由决定论和非决定论组成的层状蛋糕,而人类就存在于这个层状蛋糕中。即使粒子的所有行为都是已经注定的,我们的选择依然可以完全由我们自己决定,因为支配粒子行为的低层次定律与支配人类意识的高层次定律是不同的。这种观点化解了决定论与自由意志的困境。

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