量子力學(xué)無(wú)疑是科學(xué)史上最成功的理論之一。 然而，對(duì)于量子力學(xué)的解釋?zhuān)壳斑€沒(méi)有基本共識(shí)。 從本質(zhì)上講，“一元論”與“二元論”之間存在著哲學(xué)上的對(duì)立。
以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派堅(jiān)持量子力學(xué)無(wú)法避免二元解釋?zhuān)毫孔恿W(xué)的波函數(shù)描述必須依賴(lài)經(jīng)典元素——觀測(cè)導(dǎo)致波包不可逆塌縮，相關(guān)測(cè)量?jī)x器和觀察者只能服從經(jīng)典物理。 。 具有二元性質(zhì)的波包塌陷是一個(gè)非酉演化過(guò)程，與薛定諤方程描述的酉演化過(guò)程不一致。
與愛(ài)因斯坦質(zhì)疑量子力學(xué)的新角度不同，薛定諤、溫伯格等許多著名理論物理學(xué)家一次次批判“二元論哲學(xué)”，同時(shí)形成了量子力學(xué)的“多世界”和量子退相干等方面。 一元解釋?zhuān)和ㄟ^(guò)在量子力學(xué)本身的框架內(nèi)描述儀器和觀察者來(lái)解釋量子力學(xué)測(cè)量的結(jié)果，而不訴諸經(jīng)典物理學(xué)。
然而，僅根據(jù)最終觀察結(jié)果通常無(wú)法確定哪種理論是正確的，并且理論通常不具有解釋的唯一性。 量子力學(xué)有一元論和二元論的解釋?zhuān)鼈儗?duì)測(cè)量結(jié)果的理論預(yù)測(cè)在理想情況下往往是一致的，因此無(wú)法區(qū)分這些解釋哪種更好。
這和“地心說(shuō)”與哥白尼的“日心說(shuō)”之爭(zhēng)是一樣的：前者只要加上一個(gè)非常復(fù)雜的“本輪均輪”就基本上可以解釋第谷對(duì)天象的觀測(cè)，而后者則用橢圓代替完美的圓形軌道。 結(jié)果（嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，行星視運(yùn)動(dòng)有兩種不規(guī)則性：快、慢和逆行，無(wú)均差的日心說(shuō)只能解釋后者）。 也就是說(shuō)，僅在“單一”實(shí)驗(yàn)的意義上，人們無(wú)法區(qū)分量子力學(xué)解釋中的一元論和二元論哪個(gè)更好，因?yàn)樵谶@些解釋的框架內(nèi)，人們只能預(yù)測(cè)相同的觀察結(jié)果。
量子力學(xué)的解釋和可證偽性
基于橢圓軌道的“日心說(shuō)”的簡(jiǎn)單性完全戰(zhàn)勝了基于許多“本輪-均輪”和“地心說(shuō)”的繁瑣。 不僅如此，“日心說(shuō)”用更少的參數(shù)給出了更多的預(yù)測(cè)，因此給出了更多的驗(yàn)證機(jī)會(huì)。 從這個(gè)意義上說(shuō)，這就是哲學(xué)上的奧卡姆剃刀效應(yīng)。
不過(guò)，從科學(xué)哲學(xué)的角度來(lái)看，我們?nèi)匀豢梢詤^(qū)分量子力學(xué)的解釋中是一元論還是二元論更科學(xué)。 我們需要做的就是遵循簡(jiǎn)單性原則：如果關(guān)于同一問(wèn)題的兩種理論做出同樣準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，則應(yīng)該選擇假設(shè)最少的一種。
盡管更復(fù)雜的方法可以做出更好的預(yù)測(cè)，但需要在假設(shè)數(shù)量和預(yù)測(cè)能力之間取得平衡。 只有當(dāng)預(yù)測(cè)結(jié)果的數(shù)量相對(duì)于理論假設(shè)的數(shù)量呈現(xiàn)非線性增長(zhǎng)時(shí)，我們才能說(shuō)這是一個(gè)真正好的理論。 這就像基于橢圓軌道的“日心說(shuō)”簡(jiǎn)單地勝利于許多“本輪-均輪”和“地心說(shuō)”的基礎(chǔ)上。 ”的繁瑣。不僅如此，“日心說(shuō)”用更少的參數(shù)給出了更多的預(yù)測(cè)，因此也給出了更多驗(yàn)證的機(jī)會(huì)。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，這就是哲學(xué)上的奧卡姆剃刀效應(yīng)。
在關(guān)于量子力學(xué)解釋的爭(zhēng)論中，基于量子退相干的量子測(cè)量理論屬于一元論范疇。 它沒(méi)有引入任何額外的假設(shè)，而是將測(cè)量過(guò)程視為一個(gè)少自由度的量子系統(tǒng)（待測(cè)系統(tǒng)）和一個(gè)多自由度的量子系統(tǒng)（儀器或觀察者）之間的相互作用。 整體大系統(tǒng)和兩者都服從薛定諤方程。 這種描述是一元論的。 它可以給出測(cè)量結(jié)果與交互（測(cè)量）的時(shí)間依賴(lài)性之間的關(guān)系。 它比二元論有更多的理論預(yù)測(cè)可以比較和驗(yàn)證。 因此，很多人認(rèn)為量子力學(xué)的一元論解釋比哥本哈根學(xué)派的解釋“更好”。
需要指出的是，這些對(duì)量子力學(xué)解釋的具體分析意味著可證偽性，這正是奧卡姆剃刀效應(yīng)的哲學(xué)和邏輯基礎(chǔ)。 可證偽性是指從理論得出的結(jié)論——理論預(yù)測(cè)可能與基于邏輯原理的觀察陳述相矛盾或沖突的可能性。 該理論的創(chuàng)始人哲學(xué)家卡爾·波普爾認(rèn)為“所有的科學(xué)命題都必須是可證偽的，不能證偽的理論就不能成為科學(xué)理論”。
事實(shí)上，這里隱含著偽科學(xué)或偽科學(xué)（-）的定義：不能被邏輯證偽的“科學(xué)理論”就是偽科學(xué)。 你可以證偽“是否所有的單身漢都幸福”，但你不能證偽“是否所有的單身漢都幸福”這個(gè)語(yǔ)義命題。 以上就是講一個(gè)好的理論的“大道理到簡(jiǎn)單”的原則。 這里的“簡(jiǎn)單”是指推理邏輯“簡(jiǎn)單”，這里的“大”是指盡可能多的可預(yù)測(cè)結(jié)果，讓理論有更多的機(jī)會(huì)被證偽。 因此，從科學(xué)哲學(xué)的角度來(lái)看，可證偽性是奧卡姆剃刀效應(yīng)的邏輯基礎(chǔ)。
下面我們用一個(gè)“模型”來(lái)形象地說(shuō)明可證偽性與奧卡姆剃刀效應(yīng)之間的關(guān)系。 模型如下圖所示：正方形四個(gè)角上的A、B、C、D代表四個(gè)經(jīng)驗(yàn)結(jié)果。 連接它們的多邊形代表了一個(gè)“理論”，其中的所有點(diǎn)都代表了該理論預(yù)測(cè)的結(jié)果。 然而，這個(gè)理論并不是獨(dú)一無(wú)二的。 根據(jù)當(dāng)前經(jīng)驗(yàn)事件構(gòu)建的“理論”可以包括四個(gè)點(diǎn)上的各種平面圖形。
顯然，“平面紡錘體”理論（b）可以用來(lái)解釋A、B、C、D的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，但我們?nèi)匀恍枰^續(xù)做各種實(shí)驗(yàn)來(lái)證偽理論（b）：當(dāng)大多數(shù)實(shí)驗(yàn)都是在平面主軸區(qū)域內(nèi)，理論（b）是正確的； 一旦發(fā)現(xiàn)了區(qū)域外的事件E，理論(b)就被證偽了，接下來(lái)就要用“三個(gè)三角形”組成新的理論(c)，其中當(dāng)然包括E； 然而，當(dāng)域外事件F發(fā)生時(shí)，理論(c)也被證偽，然后我們建立理論(d)并進(jìn)行推導(dǎo)量子物理學(xué)的開(kāi)創(chuàng)者，最后得到最簡(jiǎn)單的理論——“循環(huán)”理論(e)：它只有一個(gè)參數(shù)——半徑 R。只需更改 R 以包含所有事件。
因此，同樣包括A、B、C、D的“圓”論（e）比“紡錘”論更簡(jiǎn)單、更優(yōu)美，更有“道至簡(jiǎn)”的境界。 一般來(lái)說(shuō)，理論（e）比理論（b）更簡(jiǎn)潔。 它使用更少的假設(shè)和參數(shù)，但預(yù)測(cè)更多的結(jié)果，有更多的機(jī)會(huì)被證偽，并且更容易被證偽。
基于事件 A、B、C 和 D 的四種理論 (b)、(c)、(d)、(e)。
奧卡姆剃刀下的量子解釋
奧卡姆剃刀就是不斷淘汰那些假設(shè)較多的復(fù)雜理論，保留那些簡(jiǎn)潔優(yōu)美的理論，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)“最大的簡(jiǎn)單”的核心價(jià)值。
上面已經(jīng)指出，當(dāng)存在兩種相互競(jìng)爭(zhēng)的理論時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供更簡(jiǎn)單解釋的理論具有優(yōu)先權(quán)。 奧卡姆剃刀原理消除了物理學(xué)中那些假設(shè)較多、被證偽可能性較小的奇特理論。 事實(shí)上，由于事實(shí)的無(wú)限性，任何理論都不可能是絕對(duì)真理。 科學(xué)方法就是通過(guò)證偽和試錯(cuò)不斷發(fā)現(xiàn)理論的邊界。 理論越簡(jiǎn)單，就越接近普遍真理——它從更少的基本假設(shè)中得出更多的事實(shí)預(yù)測(cè)。 奧卡姆剃刀就是不斷淘汰那些假設(shè)較多的復(fù)雜理論，保留那些簡(jiǎn)潔優(yōu)美的理論，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)“最大的簡(jiǎn)單”的核心價(jià)值。
就量子力學(xué)而言，與多世界、退相干等不需要引入額外二元假設(shè)的量子力學(xué)一元解釋相比，二元解釋?zhuān)[含地）假設(shè)非酉波包塌陷在瞬間。 這是一個(gè)人類(lèi)無(wú)法借助任何工具觀察到的“瞬間”過(guò)程。 在物理學(xué)中，任何實(shí)驗(yàn)都不能證偽其相關(guān)理論。 因此，比較量子力學(xué)的一元論和二元論解釋的假設(shè)，并基于奧卡姆剃刀原理，人們會(huì)更喜歡對(duì)許多世界的一元論解釋。
需要指出的是，無(wú)知者常常利用可證偽性來(lái)質(zhì)疑“多世界解釋”，因?yàn)橛^察者永遠(yuǎn)不會(huì)“看到”不同的分支世界。 事實(shí)上，“多重世界的存在”只是后人的猜想。 “多世界”的創(chuàng)始人、美國(guó)量子物理學(xué)家休·埃弗雷特從未說(shuō)過(guò)這句話。 他只是嚴(yán)格定義了“世界分支”和“觀察”，并在量子力學(xué)本身的框架內(nèi)證明了不同分支之間永遠(yuǎn)無(wú)法交換信息，因此別人想象的世界劃分是無(wú)法觀察到的。
這種證明恰恰體現(xiàn)了量子力學(xué)“高度簡(jiǎn)單”的邏輯之美。 這就像量子色動(dòng)力學(xué)可以根據(jù)夸克假說(shuō)證明“自由夸克不存在”，“地心說(shuō)”通過(guò)后來(lái)的牛頓定律證明無(wú)法感受到相對(duì)運(yùn)動(dòng)一樣。 它們都是基于邏輯能力的奧卡姆剃刀效應(yīng)：證偽科學(xué)方法不僅基于直接實(shí)驗(yàn)，而且往往還基于過(guò)去實(shí)驗(yàn)支持的邏輯推理。
目前物理學(xué)中正在發(fā)展的逆奧卡姆剃刀現(xiàn)象
近年來(lái)，科研界出現(xiàn)了一種與奧卡姆剃刀原理相反的傾向——逆奧卡姆剃刀效應(yīng)：當(dāng)存在兩種相互競(jìng)爭(zhēng)的理論時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供更奇特解釋的理論優(yōu)先。
上述看似“形而上”、“哲學(xué)”的討論，并非沒(méi)有現(xiàn)實(shí)意義。 眾所周知，物理學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，但是什么叫用實(shí)驗(yàn)來(lái)“證實(shí)”一個(gè)理論，如何用好實(shí)驗(yàn)的“剃刀”呢？ 很多人都有相關(guān)的理解和感興趣的實(shí)踐。
近日，美國(guó)凝聚態(tài)物理學(xué)家伊戈?duì)枴ゑR津在雜志上發(fā)表論文《奧卡姆剃刀效應(yīng)》，尖銳指出當(dāng)前物理學(xué)尤其是凝聚態(tài)物理學(xué)中的“逆奧卡姆剃刀效應(yīng)”破壞了科學(xué)證偽的基本原理。 。
他說(shuō)，有些人用新穎、引人注目的理論來(lái)解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以便將結(jié)果發(fā)表在“高端”雜志上。 這顯然違反了奧卡姆剃刀給出的“最大簡(jiǎn)單性”原則：在兩個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的理論之間進(jìn)行選擇時(shí)，選擇對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供更簡(jiǎn)單解釋的理論。
事實(shí)上，近年來(lái)，科研界出現(xiàn)了一種與奧卡姆剃刀原理相反的傾向——逆奧卡姆剃刀效應(yīng)：當(dāng)存在兩種相互競(jìng)爭(zhēng)的理論時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供更奇特解釋的理論優(yōu)先。 例如，當(dāng)您觀察到與反常霍爾電導(dǎo)和線性磁阻相關(guān)的一些輸運(yùn)效應(yīng)時(shí)，原則上它可以歸因于能帶簡(jiǎn)并（狄拉克）帶錐，或歸因于一般能帶理論解釋。 不過(guò)，為了發(fā)表“高端”文章，有些人更愿意用復(fù)雜的狄拉克點(diǎn)來(lái)解釋?zhuān)驗(yàn)檫@與更復(fù)雜的能帶拓?fù)溆嘘P(guān)。 有時(shí)，人們用一些可能與實(shí)際材料無(wú)關(guān)的分析模型來(lái)解釋?zhuān)瑢?dǎo)致出現(xiàn)很多花哨的理論術(shù)語(yǔ)，沒(méi)有實(shí)際意義。
Mazin 還討論了為什么不提供任何理論解釋的實(shí)驗(yàn)文章很難通過(guò)“高端”期刊的編輯和審稿人的審查。 事實(shí)上，提供理論解釋的文章雖然有第一原理計(jì)算的支持，但由于使用了大量的可調(diào)參數(shù)，實(shí)際上并沒(méi)有支持任何東西。 作者認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家所看到的“理論”預(yù)測(cè)可能只是某種“有效近似理論”的結(jié)果。 然而，近似的條件有時(shí)非常嚴(yán)格。 如果不滿足這個(gè)條件，實(shí)驗(yàn)對(duì)理論的證實(shí)就是一句空話。
最近，有關(guān)（）零模實(shí)驗(yàn)的文章被大量撤回，主要原因是盲目相信超導(dǎo)-納米線（超導(dǎo)-拓?fù)浣^緣體）相鄰復(fù)合系統(tǒng)理論上會(huì)被簡(jiǎn)化為模型。 然而，在實(shí)際條件下，是否可以簡(jiǎn)化為理想模型，在一些理論和實(shí)驗(yàn)中還沒(méi)有進(jìn)行深入和詳細(xì)的探索。 如果不能簡(jiǎn)化為模型，即使觀察到零偏信號(hào)，也不能代表零模，不會(huì)發(fā)生拓?fù)湎嘧儯膊粫?huì)有激勵(lì)。 在這些撤回的手稿中，實(shí)驗(yàn)者相信不符合實(shí)驗(yàn)條件的有效模型的理論預(yù)測(cè)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定向處理，得到看似與理論一致但卻非常錯(cuò)誤的結(jié)論。
上述例子表明，當(dāng)涉及個(gè)人和群體利益時(shí)，人們不僅濫用可證偽性，而且還濫用奧卡姆剃刀。 逆奧卡姆剃刀的刀刃向內(nèi)轉(zhuǎn)，理論不趨于簡(jiǎn)潔直接，留下了錯(cuò)誤（或不精確），形成了近乎黑色的學(xué)術(shù)灰色地帶。
理論物理“道至簡(jiǎn)”的哲學(xué)觀
基于可證偽性的要求，物理學(xué)就是“簡(jiǎn)單”，簡(jiǎn)單就是美，這也導(dǎo)致了“寧拙勿巧”的方法論選擇，從科學(xué)哲學(xué)的角度回答了為什么物理學(xué)是基礎(chǔ)科學(xué)的基礎(chǔ)。 最基本的一定是最簡(jiǎn)單的。
上述對(duì)可證偽性和奧卡姆剃刀原理的分析和討論意味著科學(xué)理論應(yīng)該是“簡(jiǎn)單的”。 它不僅與具體科學(xué)實(shí)踐（如量子力學(xué)解釋?zhuān)┲刑N(yùn)含的科學(xué)思想有著驚人的契合，而且極大地加深了人們從新的角度對(duì)理論與實(shí)驗(yàn)關(guān)系的哲學(xué)思考。
1961年，物理學(xué)家楊振寧先生在題為《物理學(xué)的未來(lái)》的演講中，對(duì)理論物理學(xué)的未來(lái)提出了看似悲觀的看法。 從他最近出版的《晨集》和《黎明集》的新后記中可以看出，他的觀點(diǎn)沒(méi)有太大變化。
盡管楊振寧一直在大力推動(dòng)高能物理加速器的研究，鼓勵(lì)學(xué)生從事加速器物理研究，但他仍然認(rèn)為高能物理實(shí)驗(yàn)越來(lái)越復(fù)雜、越來(lái)越昂貴、越來(lái)越花錢(qián)。是發(fā)展所需要的。 ，理論與實(shí)驗(yàn)的差距“越來(lái)越滿，與物理現(xiàn)象的距離越來(lái)越遠(yuǎn)”，但“物理現(xiàn)象最終是物理學(xué)的源頭”。 因此，楊振寧“感覺(jué)當(dāng)今物理學(xué)遇到的困難越來(lái)越大”，他擔(dān)心“愛(ài)因斯坦和我們以前的大統(tǒng)一夢(mèng)想在下個(gè)世紀(jì)（21世紀(jì)）可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)”。
面對(duì)如此巨大的科學(xué)挑戰(zhàn)，基礎(chǔ)物理或理論物理未來(lái)的出路在哪里？ 楊振寧認(rèn)為，“愛(ài)因斯坦從自己的經(jīng)歷和本世紀(jì)初物理學(xué)的幾次偉大革命中認(rèn)識(shí)到，雖然實(shí)驗(yàn)定律一直是物理學(xué)的基礎(chǔ)，但數(shù)學(xué)的簡(jiǎn)單和優(yōu)美在物理學(xué)的形成中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。的基本物理概念。 大作用”。
他進(jìn)一步解釋了愛(ài)因斯坦的觀點(diǎn)：“如果一種理論的基本概念和假設(shè)接近于經(jīng)驗(yàn)，那么它具有重要的優(yōu)勢(shì)，人們自然會(huì)對(duì)這樣的理論產(chǎn)生更大的信心……但是，隨著研究的深入，理解上，我們必須尋求物理理論基礎(chǔ)的邏輯簡(jiǎn)單性和一致性，因此我們必須放棄上述優(yōu)越性。” 這些討論表明，追求簡(jiǎn)單和美好可以幫助物理學(xué)的發(fā)展擺脫困境。
愛(ài)因斯坦、狄拉克、楊振寧的具體科學(xué)實(shí)踐證明了“美”標(biāo)準(zhǔn)的合理性。 雖然“美”看起來(lái)是一個(gè)主觀的東西，但它可以作為理論物理中的另一個(gè)價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)。
為了解釋什么是物理學(xué)中的美，楊振寧重復(fù)了奧地利物理學(xué)家L.玻爾茲曼的說(shuō)法：物理理論中存在美，每個(gè)物理學(xué)家對(duì)這種美都有不同的感受，所以他可以發(fā)展自己的風(fēng)格。 物理理論的美在于自然物質(zhì)的結(jié)構(gòu)美，而描述它的理論框架必須具有數(shù)學(xué)的美。 數(shù)學(xué)美對(duì)相對(duì)主觀的藝術(shù)美與（物理）科學(xué)美進(jìn)行了理性區(qū)分：數(shù)學(xué)美不是人造的，它是自然的基本屬性，自古以來(lái)就存在，在一定意義上是客觀的。 例如，直線空間中的三角形的內(nèi)角和等于180度，這不取決于任何人的好惡。
上述討論旨在強(qiáng)調(diào)量子物理學(xué)的開(kāi)創(chuàng)者，物理學(xué)不僅需要基于實(shí)驗(yàn)的奧卡姆剃刀使其變得“簡(jiǎn)單”，還需要有基于數(shù)學(xué)和邏輯的美學(xué)原理，通過(guò)審美價(jià)值取向來(lái)指導(dǎo)物理學(xué)的發(fā)展。 換言之，基于可證偽性的要求，物理學(xué)對(duì)簡(jiǎn)單性和簡(jiǎn)潔性的追求也導(dǎo)致了“寧笨勿技”的方法論選擇，這從科學(xué)哲學(xué)的角度回答了物理學(xué)為何是基礎(chǔ)的問(wèn)題。 科學(xué)的基礎(chǔ)。 最基本的一定是最簡(jiǎn)單的。
事實(shí)上，在理論的選擇上，我們不僅要遵循基于實(shí)驗(yàn)的奧卡姆剃刀原理，還要致敬科學(xué)邏輯的力量。 在追求科學(xué)真理的過(guò)程中，邏輯證偽與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并重。 這是理論本身的選擇，也是優(yōu)化科學(xué)發(fā)展路徑選擇的價(jià)值指南：沒(méi)有必要就不要增加實(shí)體。 這個(gè)“偉大而簡(jiǎn)單”的原理回答了為什么歷史上的人們更喜歡有“耶利米輪”但沒(méi)有“本輪”的“日心說(shuō)”，而不是附有許多“本輪”的“地心說(shuō)”。 這也從哲學(xué)的角度解釋了為什么我們更喜歡對(duì)量子力學(xué)進(jìn)行一元解釋而無(wú)需額外的假設(shè)，而拒絕為了得到結(jié)果而做出更多公理化假設(shè)的“二元論”。
物理學(xué)的發(fā)展需要?jiǎng)內(nèi)ツ切懊~創(chuàng)新”和花哨風(fēng)格的外衣??，讓科學(xué)研究實(shí)踐回歸發(fā)現(xiàn)真理的科學(xué)實(shí)踐，防止重大科學(xué)活動(dòng)滑入學(xué)術(shù)腐敗的灰色地帶。
我們經(jīng)常看到，當(dāng)今的科學(xué)研究確實(shí)存在一些問(wèn)題：追求無(wú)限的經(jīng)費(fèi)、不明確的科研目標(biāo)、百科全書(shū)般的漫游和探索，導(dǎo)致更廣泛的逆奧卡姆剃刀效應(yīng)：增加的大部分是不必要的。 它既不面向科學(xué)前沿的基礎(chǔ)創(chuàng)新，也不解決需求應(yīng)用中的“卡脖子”問(wèn)題。 今天，我們的科學(xué)技術(shù)必須自力更生，走向系統(tǒng)的學(xué)術(shù)原創(chuàng)。 對(duì)于這些問(wèn)題，我們不僅需要深刻的哲學(xué)理解，還需要遵循奧卡姆剃刀原理的具體科學(xué)研究實(shí)踐。
#夏日創(chuàng)作大賽#
