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盖尔曼关于量子力学的新解释

1.量子状态的"多世界解释"

1957年艾弗雷特（H·EverettⅢ）提出"相对态表述"，被M·盖尔曼称作是被测系统量子力学现代近似法的解释.它的本义是为了处理整个宇宙的量子姿态，免除经典物理学的观察装置和系统外部的观察者的需要，变客体为主体，把"多世界"变成"多宇宙可选择的历史".即如盖尔曼所说："一个给定的系统可以有不同的历史，每种宇宙历史有它自己的概率；没有必要使人们心神不安地去接受都具有相同真实性的多个'平行的宇宙'."这种解释，有别于量子学的初始解释.因为这是盖尔曼向量子力学的"历史求和"解释的转变.关于薛定谔的猫，埃弗雷特提出了“多世界诠释”有一只活猫，有一只死猫，但它们位于不同的世界中.问题并不在于盒子中的放射性原子是否衰变，而在于它既衰变又不衰变.当我们向盒子里看时，整个世界分裂成它自己的两个版本.这两个版本在其余的各个方面都是全同的.唯一的区别在于其中一个版本中，原子衰变了，猫死了；而在另一个版本中，原子没有衰变，猫还活着.”

2.盖尔曼的新解释目的是为量子力学找到一种适当的哲学描述，以推进玻尔时代

他1979年就说过，"玻尔对整整一代物理学家洗了脑"，而在他1994年《夸克与美洲豹》一书的"量子力学的当代观"中又写道："我们在努力建构量子力学的诠释的目的，是想终止玻尔所说的时代."关洪认为，盖尔曼的新解释的继承性表现在费恩曼（R·P·Feynman）创立的路径积分方法里，运用空间-时间中的历史来表述量子力学的做法；亦发扬了在H·EverettⅢ提出的多世界解释里，物理世界有多种可能选择的思想.但关洪只说对了一半，即费恩曼路径积分方法就是盖尔曼的"历史求和"思维.但盖尔曼的"历史求和"不是物理世界有多种可能选择的并列，即不是如生物进化选择的多种并列，而是每次只有一种选择存在.即"多世界"解释只是一种信息增殖，而"历史求和"是一种"交换信息".

2019年耶鲁大学的科学家们进行了一项实验，证实量子跃迁是一种连续的过程.他们的相关论文发表在《Nature》上.金尚年老师指出，现行量子力学的理论体系可概括为CMH+Q的模式，CMH是指经典力学的哈密顿理论，Q是指某种形式的量子化假设.路径积分的建立，完全符合这种模式.在经典力学的哈密顿理论中，作用量常表现为系统的拉格朗日量关于两个节点之间时间的积分：           （1）

路径积分量子化的方案是：假定每条可能的路径对相位都有贡献，其中所贡献的相位与/成正比：                                    （2）

其中是常系数.那么从时刻的初始点，到时刻为的终点的概率为：

（3）

求和对所有到的路径进行.在(2)、（3）式中，除外，所有的物理量都是经典物理量.

在波动力学中，量子化方案是：将经典力学中的哈密顿-雅可比方程改为量子力学的薛定谔方程，表征体系量子化的作为系数进入薛定谔方程来实现.在矩阵力学中，量子化的方案是：将力学量用算符（给定表象后，用矩阵）表示；将经典的泊松括号改写为量子的泊松括号来实现；而表征体系量子化的出现在算符中.比较起来，路径积分的量子化方案显得简单、直观.

3.“路径积分”不是根本否定“互补原理”

关洪更认为费恩曼创立的“路径积分”，实际上已经从根本上否定了玻尔关于对微观对象不可能同时给出空时标示和因果描述的“互补原理”，他的路径积分，实质上是一种历史性的描述，不过，它描写的不是系统经历的一种真实的历史，而是各种可能历史的振幅的叠加.但恰恰相反，费恩曼的“路径积分”是对玻尔的“互补原理”的发展.类圈体对信息来说是确定性和不确定性的，观控相对界类似是一种类圈体，也具有确定性和不确定性，而互补原理，是支持不确定性原理的.互补原理也说明物质和信息类似复数=实数+虚数，是一种二重结构的互补，是各种可能历史复数振幅的叠加，而不是什么历史性描述.

4.多世界（空间的）解释，只是一种信息增殖

多世界解释由艾弗雷特首创，以后又经过惠勒、德威特、格拉汉等人作了发展.量子力学多世界解释又称为EWG理论.多世界解释旨在寻求一种量子力学诠释体系，它不仅要消除对经典的（宏观的）观察装置或外部（最终的）观察者的需要，而且还要消除对形式体系作先验的操作解释的需要.这一理论的独特之处在于，EWG明确宣布，那种认为物理世界在许多宏观可能性（含于展开式之中）中作出一个具体选择的看法，只不过是一种幻觉；这些可能性是全部实现了的，根本没有发生什么波包扁缩.EWG认为，整个宇宙分裂为两个或更多个彼此独立的“世界”，在其中的任何一个世界中都有一种可能的实验结果得以实现.

根据艾弗雷特的阐述和德威特的总结，量子力学多世界解释的基本点可概括如下：

（1）量子力学的数学形式体系是完备的，不需要给它增添任何形而上学的内容.

（2）不需要引入外在的观察者.

（3）谈论整个宇宙的态矢量具有物理意义，宇宙态矢量的概念在物理学上是必要的.

（4）这个态矢量从不塌缩，作为整体的宇宙遵循严格的决定论.

（5）尽管实验观测装置的各态历经特性得到了量子力学统计解释内在一致性的严格证，从根本上说，这一特征并不是绝对必要的.

（6）不需要对量子力学的形式体系作先验的操作解释，统计解释不再被认为是先验的，多世界解释与通常解释之间是元理论与理论的关系.

（7）分立的经典实在是不存在的，我们必须对通常的实在观念作彻底的变革.宇宙本是一个观察者参与着的宇宙.

在量子力学形式体系中，包含着5个公设：态函数公设；力学量公设；测量值公设；时间演变方程公设和多体全同性公设.艾弗雷特对正统量子力学的修改是从第三公设开始.为了理论的自洽，他对波函数（态函数）的定义也作了相应调整.整个宇宙的波函数称为“宇宙波函数”.宇宙波函数中既包含观测者和各类测量仪器，又包含被测对象.于是，在多世界解释中既不需要旁观的观测者，也不需要导致宇宙波函数塌缩的“上帝”.

在量子力学通常解释的第一公设中，还包含态叠加原理，即当ψ₁，…ψ_n是体系处于ψ的态时，它同时也部分地处于ψ₁，…ψ_n态中.艾弗雷特在多世界解释中，将原先正统量子力学中的“状态”，换成了各种可能的“世界”；相应的“态叠加原理”到了多世界解释中就成了“世界叠加原理”.即当体系处在世界ψ=∑c_nψ_n中时，它同时了部分地处于世界ψ₁，…ψ_n中.多世界解释意味着，当猫有等量机会成为“活猫”或“死猫”时，宇宙波函数就分裂成两个世界分支；其中一个世界中猫是活的，同时这个世界中观测者看到“活猫”；而另一个世界中猫是死的，同时该世界中观测者看到“死猫”.

对多世界解释的批评有四点：（1）它依然是线性非定域的，而这种非定域性很容易由玻姆的量子势得出；（2）多世界解释假设宇宙分裂出现的实际点，就是作出测量的点，但是什么是一次“准确测量”却无法交待清楚.EWG无法说清波函数，可观测量和经典极限的真正含义，无法说清“量子引力”场的涨落，包括“真空涨落”和“时间涨落”.此外，多世界解释的时间可逆性同测量历史的不可逆性也有矛盾；（3）多世界解释有滥用数学的现象，引入了远离现象世界的“其他世界”；（4）物理学家们大多喜欢使用“可能性”等表述方式，而不喜欢“多世界”之类的表述，EWG解释中的其他世界对我们来说是不可观察和不可交流信息的，因而纯粹是一种理论虚构.

关洪引述H·EverettⅢ的多世界（即多历史）其历史是潜在的而不是实现了的解释，并同意盖尔曼可能世界不等于现实世界新解释.但这里要作一个历史注脚：派斯在《一个时代的神话》一书中关于玻尔和爱因斯坦的反思，他认为玻尔的主要力量不在于学识涵博，而在于他那种惊人的直觉和洞察力；即玻尔也有物质+信息=实数+虚数的直觉和洞察力.而从爱因斯坦方面看，他不仅是旧量子理论的三位奠基人之一，而且也是波动力学的教父；即爱因斯是第一次以狭义相对论光速有极限的定性与定量形式，划分出物质与信息观控相对界的实数与虚数的界面，以广义相对论时空弯曲定性与定量的形式，确定了物质熵的实数界面.但是，当人们终于在1925年达成了他在1909年就已预见了的粒子和波的融合以后，爱因斯坦为什么不肯接受这种融合呢？《一个时代的神话》的译者戈革评论称：量子力学的观念构架绝不能看成德布罗意--爱因斯坦意义下的波和粒子的"融合"，而是二者的"互补"，不然二人的争论就不会出现.因为在爱因斯坦的梦想理论中，波动和粒两图景，"不应该被看成互不相容的"；真能创造出那种"融合"性的理论，玻尔的互补哲学就将一垮到底.这就是爱因斯坦至死不肯接受量子力学现状的原因.派斯百思不解，原因就在于他混淆了"融合"和"互补"的真实涵义.

这是戈革一种典型的前哲学时代思维，即不认识信息范型是一种虚数论.当然，爱因斯坦、玻尔、德布罗意也处在类似的时代，但已作出了很好的描述，因为他们还不知道类圈体似的超弦观念，以及物质能向点内陷落，点内不但存在平面、球面，而且也存在环面；点内的虚数世界是一种虚拟生存；点也可是一个观控相对界，是一个类圈体.在类圈体似的超弦观念看来，爱因斯坦的相对论和玻尔的量子论的統一已经得了较好的解决.要等这种解决完全尘埃落地，中国人才参与、肯定，那么还要重演科研成果与中国擦肩而过的历史.

玻尔常常谈的"时空描述"（或时空图景）和"因果图景"（动量-能量描述）的密切结合，实际是经典物理学实数物质信息的本质特征.他不曾或极少提到物质类似进入点内（包括仪器）的"波动行为"和"粒子行为"的结合，是因为经典物理学类似算术，实数与虚数这两种"行为"是绝对互斥的，是根本谈不到"结合"的；只有在现在已经有了一点影子的爱因斯坦梦想过的那种物质与信息联系在一起的"理论"中，才会有两者的"融合".

玻尔强调：只有通过坚持用信息经典术语来描述观察结果，才能避免表观上由粒子和波的二象性所造成的逻辑佯谬，粒子和波本身就是两个经典定义的信息名词.二者行为彼此互斥，是因为复数和虚数运算不同于各种实数的运算.例如，经典物理学家会说：如果两种描述是互斥的，则其中至少有一种是错的；量子物理学家会说：一个客体表现像一个粒子或像一列波，取决于信息结构使用信息范型偏重实数还是虚数来观察它的那种实验装置的选择.这就不会否认粒子行为和波动行为是互斥的，而且还会断言，为了充分地理解客体的物质和信息特性，这两者都是必要的.即用信息范型虚数论的语言来说，波和粒不是一个客体系统的实数"结构信息"，而是客体系统与环境（观察实验装置）"历史求和"相互作用的某刻"交换信息".故而玻尔要求把这两种历史求和"交换信息"--空时标示和因果描述，作为不同经典理论表征的联合，看作是对客体系统描述的实与虚互补而又互斥的两个特征，它们分别代表着观察和定义的理想化.

这样我们就可以重新诠释"多世界解释"：EverettⅢ提出"相对态表述"即"多世界解释"，是为了调和系统演化的连续性增殖和测量过程的突然跳跃增殖这两方面的矛盾，认为在某一测量结果实现的同时（信息的两重性：既是系统的结构信息，又是系统与环境相互作用的"历史求和"交换信息），也实现了其他所有可能的测量结果"历史求和"（交换信息1/n）.因为，在这一瞬间，同原来状态对应的一个世界增殖（环境n/n）分裂成了多个同被测量变量的各个本征态相对应的那么多世界（与多层次多方位的环境结构信息n相交换），每一个世界对应着一个可能的信息增殖测量结果（"历史求和"交换信息1/n）.在这里没有波函数的坍缩，而只有世界的分裂，即使每一个世界都是同样真实的.我们之所以看到某一个测量结果（主客体结构信息及其交换），是因为我们正好生活在同这一观察结果相对应的世界历史求和里（主体结构信息与其同构），在其他的信息增殖世界（其他的客体结构信息），对应着其他的测量结果（与主体结构信息交换的结果），只不过是我们看到的信息虚拟生存罢了.