有点意思的量子力学的交易诠释

Roogle 2019-6-22 7270

1986 年,美国物理学家约翰·克拉默(John G. Cramer,1934– )提出了一种对量子力学的新诠释,称为交易诠释(Transactional Interpretation)[1]。1988 年,克拉默再次对他的诠释进行了更简明的介绍[2]。本文主要基于这篇介绍进行综述。

交易诠释基于惠勒-费曼吸收理论(Wheeler-Feynman absorber theory)提出。该理论指出,所有辐射过程都产生了相当的滞后波(retarded waves,量子力学中 e−iωt 的形式,顺着时间行进)与超前波(advanced waves,e+iωt,逆着时间行进)。是两种波在时空中的对向交流,才使得能量从辐射体转移到吸收体。(但传统的物理学不承认超前波)

例如,我们去看一颗距我们一百光年远的星星,不仅有滞后光波从星星发出,经历了一百年到达我们的眼睛;在我们的眼睛吸收这一光波的过程中,也同样产生了超前光波发往过去,逆流一百年来完成这场交易,以确保星星能向我们的方向发光。


克拉默将吸收理论的思想推广给了所有的事件。他 1986 年的叙述中还使用了更直观的名称:请求波(offer wave。offer 也是出价的意思)和确认波(confirmation wave),更像交易的流程。所有事件的发生,都涉及了一对波的交易:过去发往未来的请求波与未来发往过去的确认波。

对于波函数的二阶偏微分方程,哥本哈根学派只选择滞后波作为方程的解。我们知道,超前波和滞后波是互为复共轭的,波函数 ψ 和 ψ* 总是成对出现的,那么只选其一自然显得有些不公平(“交易”则是公平的)。克拉默指出,薛定谔方程(式 1)是不完全的,它只是一种非相对论性的极限情况。它对时间是一阶的,因此只有一种解,为滞后波。
1  (1)
如果要将一个相对论性的波函数方程约简为非相对论性的形式[3],那么结果应该是两个共轭的方程(式 1 和式 2)。
2  (2)
这样,ψ 和 ψ* 就分别是两个方程的解了。ψ1 和 ψ2* 的组合(两种波的相互作用)代表着 1 和 2 发生交易的概率。


克拉默声称交易模型能够解决数个量子悖论,并且还去除了哥本哈根诠释中的观察者。

以薛定谔的猫为例,其中一个重要的问题就是叠加态何时发生坍缩(猫由半死半活变为其中一种确定状态)。哥本哈根诠释认为是在观察者打开箱子的瞬间。这也就“过分地”强调了观察者的作用。而交易诠释认为,猫的生死在打开箱子之前就确定了。

尽管箱子关着,但是箱中的放射性原子一直在尝试向盖革计数器(计数器接受到衰变的信号会触发毒气瓶)发出请求波,并有一半的可能收到确认波,完成交易(猫死);另一半的可能是没有收到确认波,交易失败(猫活)。请求波的发出是使得猫陷入半死半活的叠加态,但一场完整交易(成功或失败)的结果是只有一种态。坍缩持续地发生在整个交易过程中,但它不必等到观察者到来之后才完毕(即交易完成)。观察者去看之前,交易就已经完成了。


初次接触到这个诠释时,我非常惊讶,惊讶于它补全了哥本哈根诠释中所缺乏的对称性。这个诠释具有很好的对称美,但是实际上可能也仅此而已。

我认为,交易诠释没能成功地去除观察者的存在。仍然以薛定谔的猫为例,克拉默说“坍缩不必等到观察者到来之后才完毕”是完全没有依据的。反而,我认为按交易模型,薛定谔的猫实验的整个过程是先由放射性原子与盖革计数器完成了一场交易(计数器“知道”了猫的死活),再由计数器与观察者完成了另一场交易(观察者知道了猫的死活)。如果不进行第二场交易,观察者还是不知道第一场交易的结果。仅仅只有第一场交易是不够的!

克拉默的文章中只对比了交易诠释与哥本哈根诠释的不同。但我认为,交易诠释和多世界诠释是等价的,它没有比多世界诠释增加什么新花样。假如我们最后观察到了猫死,可以来对比一下两者的叙述,以及其中的因果性:多世界诠释说,你看到了猫死是因为你处于猫死的那个世界,猫死了是因为猫也处于猫死的那个世界,即你和猫处于同一个世界;交易诠释说,你看到了猫死是因为你接收到了一个“猫死了”的请求波,猫死了是因为你向过去发送了一个“看到了猫死”的确认波,即你和猫发生了一场交易。这两者只是说法、用词不同而已,但是它的本质是一样的。

在 H. Moravec 等人提出的“量子自杀”实验[4]中,交易诠释也遇到了与多世界诠释同样的尴尬。一个人对自己开枪,(在他自己作观察者的世界里)无论如何也不会把自己打死,否则一切请求波的最终目标(观察者)就消失,交易也就没有意义了。可以类比“最强”人择原理的说法:唯一有意义的世界就是观察者活着的世界。尴尬之处是,在可证实性或可证伪性上,这两种诠释是同对同错而且无法验证的——只有观察者自己才知道两种诠释的正确性,他也没法告诉其他世界的人他还活着[5]

最后,我们还可以尝试用 S. Mitchell 提出的科学定律的维度[6]来评判一下交易诠释与多世界诠释。这两种诠释在本体论维度(稳定性、力度)上是等同的,因为它们等价;但是在表征维度的简单性与认知上,却有所差别。即使是一个完全不了解量子物理的人,也多多少少了解“平行世界”的概念(通过文学影视作品);但是对于逆着时间行进的超前波,人们就不了解了。因此,多世界诠释是更易于使人们认知的。在简单性上,交易诠释总要把一场交易说两遍(波一来一去),但多世界诠释只需要说同一个世界就好了。所以说,在表征维度上,交易诠释略逊于多世界诠释。

参考文献

[1] Cramer JG. The transactional interpretation of quantum mechanics[J]. Reviews of Modern Physics, 1986, 58 (3): 647–688.
[2] Cramer JG. An overview of the transactional interpretation of quantum mechanics[J]. International Journal of Theoretical Physics, 1988, 27 (2): 227–236.
[3] Bjorken JD, Drell SD. Relativistic Quantum Mechanics[M]. New York: McGraw-Hill, 1965.
[4] H Moravec. Mind Children: The Future of Robot and Human Intelligence[M]. Harvard: Harvard University Press, 1988: 188.
[5] 曹天元. 上帝掷骰子吗?:量子物理史话[M]. 北京: 北京联合出版公司, 2013: 241.
[6] Mitchell SD. Dimensions of Scientific Law[J]. Philosophy of Science, 2000, 67 (2): 242–265.


🐏阳了
最新回复 (21)
  • Roogle 2019-6-22
    0 2

    好像懂了又好像没懂,距离我们一百万光年远的星星被我们看到的时候事实上他已经不存在了,如果有超前波存在是否意味着我们眼光到达和星星交接的时候我们也已经死了,毕竟人的寿命达不到一百万光年或者中间交汇在50万光年的点,在星星的那端我也是不存在了,那么我现在是谁?

    🐏阳了
  • 柠檬柠檬酱 2019-6-22
    2 3
    遇事不决,量子力学;风格跳跃,虚拟世界;解释不通,穿越时空;不懂配色,赛博朋克;篇幅不够,平行宇宙。
    异瞳兽耳白发贫乳萝莉控
  • Ghost_D_K 2019-6-22
    1 4
    所以在我一开始接触量子力学的时候,觉得这是玄学。也曾有一段时间,对一个封闭二极管内的电子跑出来深表怀疑,觉得雷达都是骗人的。。。
    舍断今生与来世,如蛇蜕去旧皮
  • 喀秋莎 2019-6-22
    0 5
    观察和波坍缩是量子力学最难懂的部分。
    我在上班,别发骚图了。
  • Silence 2019-6-22
    0 6
    Roogle 好像懂了又好像没懂,距离我们一百万光年远的星星被我们看到的时候事实上他已经不存在了,如果有超前波存在是否意味着我们眼光到达和星星交接的时候我们也已经死了,毕竟人的寿命达不到一百万光年或者中间交汇在50 ...
    这是否意味着,星星需要知道一百年后有个叫Roogle的人在地球上观测它(对星星来说是来自未来的信息),否则它便不会发射出能被Roogle观测的光(没有了Roogle,光便没有了意义)。
    一个莫得理智的方舟Doctor
  • Silence 2019-6-22
    0 7
    Ghost_D_K 所以在我一开始接触量子力学的时候,觉得这是玄学。也曾有一段时间,对一个封闭二极管内的电子跑出来深表怀疑,觉得雷达都是骗人的。。。
    雷达骗人什么鬼?(虽然它有延迟)
    一个莫得理智的方舟Doctor
  • Ghost_D_K 2019-6-22
    0 8
    无线原理
    舍断今生与来世,如蛇蜕去旧皮
  • 联盟X 2019-6-30
    0 9
    woc,里世界都是些什么人啊……
    匡扶汉室!
  • Silence 2019-6-30
    1 10
    联盟X woc,里世界都是些什么人啊……

    13-08-36-7c26ea529eb64fb2a17b9456526d58e2.jpeg

    一个莫得理智的方舟Doctor
  • 联盟X 2019-6-30
    0 11
    Silence
    真实
    匡扶汉室!
  • 薛定谔 2019-6-30
    0 12

    QQ图片20190630175554.jpg

    现在学习中,非常忙。偶尔还是回来看看的!
  • 联盟X 2019-7-1
    1 13
    AJhkris
    em~我和你一样懂!(笑)
    匡扶汉室!
  • 稀里糊涂 2019-8-8
    0 14
    里世界里面都是大佬啊(。ò ∀ ó。)
    菜鸡一枚,啥也不懂
  • Hentai 2019-8-9
    0 15
    大佬是跟我一样,冲完了然后思考世界本质吗?😂
    已融合因果律线路,免疫一切诅咒( ̄へ ̄)
  • Ghost_D_K 2019-8-13
    0 16
    Silence 雷达骗人什么鬼?(虽然它有延迟)
    不好意思,不是雷达(口糊了),是无线通讯
    舍断今生与来世,如蛇蜕去旧皮
  • Silence 2019-8-13
    0 17
    Ghost_D_K 不好意思,不是雷达(口糊了),是无线通讯
    您回复的消息,
    有着悠久的历史……
    一个莫得理智的方舟Doctor
  • 池银常 2019-8-14
    0 18

    原来开枪干不IMG_20190814_000702.jpg了自己哇

    喜欢伸手扒东西,尤其是衣服。
  • Ghost_D_K 2019-8-15
    0 19
    Silence 您回复的消息, 有着悠久的历史……
    是的是的,懒癌一犯,啥都不管了,再加上比较忙。。。
    舍断今生与来世,如蛇蜕去旧皮
  • 革子令 2019-8-15
    0 20

    -41a5d5dfd31a02a2.jpg

    我好喜欢病娇
  • 0 21
    紧急避孕
    不定时出现,时常消失
  • 0 22
    看不懂(#-.-),根本看不懂
    不定时出现,时常消失
    • ACG里世界
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