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量子理论本身

2020年7月18日  来源:世界观:现代人必须要懂的科学哲学和科学史 作者:(美)理查德·德威特 提供人:heidong86......

量子事实

当我谈到量子事实时,我所指的只是涉及量子实体的经验事实。这样的事实将包括有关电子、中子、质子和其他亚原子粒子的实验结果;有关光子,也就是光线单元的实验结果;以及有关放射性衰变时释放出的粒子等的实验结果。

在本章后续篇幅中,我们将看到这些事实都非常出人意料,但并不存在争议,也就是说,对于这些事实是什么,不存在争议。存在争议的是如何诠释这些事实,比如,什么样的现实可以带来这样不同寻常的事实。但是,涉及诠释的命题需要与对量子事实本身的描述区分开来。

值得指出的是,对于什么物体可以被精确归为量子实体,我故意保持了模糊。前面提到过的实体,也就是包括电子和质子在内的亚原子粒子和光子及与放射性衰变有关的粒子,都很明确是量子实体。因此,在接下来的大部分讨论中,我们讨论的量子事实都将是关于这些粒子的事实。但是,请记住,所有物体,包括你、我、桌椅等,都是由这些较小的实体组成的。然而,正常大小的物体是否应该被当作量子实体,存在一定争议。因此,接下来,我将主要强调的量子事实所涉及的都是不存在争议的量子实体,比如上面提到的那些粒子。

量子理论本身

与大多数自牛顿著作和其他17世纪晚期科学家著作问世以来出现的物理学成果一样,量子理论是一个以数学为基础的理论。当我谈到“量子理论本身”时,我脑中出现的主要是在量子理论中处于核心地位的数学部分。量子理论的核心数学部分发现于20世纪20年代末期,它与其他物理学分支中的数学差不多。最值得注意的是,量子理论数学是用来预言和解释前面提到的那些量子事实的。

最后,我还想简要讨论的一点是,量子理论数学到目前为止取得了巨大成功。量子理论数学在过去70年中几乎从来没有发生过变化,也没有做出过不正确的预言。在预言和解释方面,量子理论可以说是我们所遇到过的最成功的理论了。

对量子理论的诠释

对量子理论的诠释实际上是一个关于现实的本质的哲学话题,具体来说,对量子理论的多种不同诠释,其核心都围绕一个问题,那就是“什么样的事实可以同时与量子事实和量子理论本身保持一致”。也就是说,可能量子事实是由某种业已存在的现实造成的,而且鉴于量子理论数学在预言和解释这些量子事实方面非常成功,那么认为量子理论数学从某种意义上说与现实有联系就是非常合理的。因此,诠释所围绕的问题就变成了,“什么样的现实既与已知量子事实和量子理论数学相一致,又可以导致这些量子事实”。

在接下来的几个小节中,我们将更详细地探讨量子理论的事实、数学和诠释。我在前面提到过,这些内容很容易被混为一谈,如果出现了这种情况,你就很容易对围绕量子理论的命题和这个理论可能的影响感到困惑,并对它们产生误解。接下来,我不会要求你保持快速,以确保你可以对量子事实、量子理论本身和对量子理论诠释之间的区别保持清醒。

某些量子事实

在这一节中,我们将看到通过涉及电子、光子和其他量子实体的实验所得到的某些相当直接明确的经验结果。下面描述的实验,或者与之相似的其他实验,通常被用来表达与量子事实有关的某些奇妙之处。这些实验主要涉及电子和光子。电子是原子的组成部分,用一支电子枪就可以轻松发射出来。电子枪是用来发射电子束的设备,非常常见。举个例子,老式电视机(非平板电视)背部有一个电子枪,电视画面就是通过引导电子枪发射出的电子运动到屏幕上合适的位置而产生的。而光子则是光线的单元,当然,可以由多种方式产生,比如手电筒。

为了便于讨论,我暂时不想把关注点局限于量子事实本身,也就是实验结果本身,而是对现实进行一个简短的讨论。请注意,这将让我们短暂接触与诠释有关的命题,但是这样做将会使我们的讨论更简单。很快我们就会回到对事实本身直接明确的思考上来。

量子理论 / 经验事实

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