关于环球科学的量贝模型。。- -
xeelee吧
全部回复
仅看楼主
吧务
level 13
一片老文章了
2014年07月03日 17点07分 1
吧务
level 13
量子力学是物理学中最成功的理论,从亚原子到天文学层面,它完美解释了所有物质的行为。不过,它也是最奇怪的理论。
  在量子领域中,粒子似乎会同时存在于两个地方;信息的传播速度似乎比光速还快;而猫可能同时既是死的又是活的。物理学家已经与量子世界里显而易见的悖论斗争了90年——可是他们的努力收效甚微。与进化论和宇宙论的观点已经被大众普遍理解所不同,量子理论迄今仍被看作奇谈怪论(甚至许多物理学家也这样认为),人们认为它是一种构建奇妙玩意的有力工具,除此以外别无益处。大众对量子理论的意义深感困惑,而这种困惑将不断助长如下观念:这一理论总是迫不及待地想告诉我们一些关于我们所在世界的深奥玩意,而这些与我们的日常生活完全无关,真是令人不可思议。
  2001年,一个研究小组开始探索一种新模型,这一模型将可能消除量子悖论,或者使这些悖论变得不那么令人不安。这种模型叫做“量子贝叶斯模型”(Quantum Bayesianism),简称为“量贝模型”(QBism),它重新解释了在量子奇异性中处于核心地位的一个概念——波函数(wave function)。
  根据传统量子理论的观点,物体(例如一个电子)由它的波函数代表,波函数以数学形式描述物体的特性。如果你想预测这个电子的行为,那么你可以计算它的波函数如何随着时间演化。计算结果会告诉你,该电子拥有某种特性(例如出现在某个地方而非另一个地方)的概率。不过,当物理学家假设波函数真实存在的时候,问题就出现了。
  量贝模型是量子理论与概率论的结合,它认为波函数并非客观实在;恰恰相反,量贝模型认为,波函数只是一本用户手册,一种数学工具。观察者使用这种工具,对周围的世界——即量子世界——作出更明智的判定。确切地说,观察者意识到,自己个人的选择和行动会以一种本质上具有不确定性的方式影响该系统,因此利用波函数,将他自己对于一个量子系统具备某种特性的个人信念量化赋值;而另一位观察者也使用波函数,描述他自己看到的世界。面对同样的量子系统,两位观察者可能得出全然不同的结论。对于一个系统,或者说一个事件而言,有多少观察者,就可能有多少种不同的波函数。观察者彼此交流,修正各自的波函数来解释新获得的知识,于是,就有了更清晰的认识。
  从这个角度来说,波函数“很可能是有史以来我们找到的最强大的抽象概念”。美国康奈尔大学的理论物理学家、最近转投量贝模型的N•戴维•梅尔曼(N. David Mermin)说。
2014年07月03日 17点07分 2
吧务
level 13
虚幻的量子
  波函数并非真实存在,这一观点可以追溯到20世纪30年代尼尔斯•玻尔(Niels Bohr)的许多著作,他是量子力学的创建者之一。玻尔认为,波函数是量子理论中“纯粹象征性地”形式体系(formalism)的组成部分,只是一种计算工具而已。量贝模型首次为玻尔的主张提供了数学支持。这一模型融合了量子理论与贝叶斯统计,后者已有200多年历史,它将“概率”定义为某种类似“主观信念”(subjective belief)的东西。得到新的信息之后,如何修正主观信念,贝叶斯统计也给出了标准的数学法则。量贝模型的支持者说,将波函数解释为一种主观信念,并以贝叶斯统计法则修正,量子力学中神秘的悖论就会消失。
  再回头来看电子。我们知道,每次测量某个电子,都会发现它在某个特定位置。可是当我们不去测量的时候,该电子的波函数便会发散,代表该电子在同一时刻处于许多不同位置的概率。现在再测量一次,你会发现,电子又回到了某个特定位置。根据传统的思维方式,测量使得波函数立刻“塌缩”为单一特定值。
  由于塌缩是在同一时刻发生在所有地方,所以它似乎违反了局部性原理(principle of locality)。该原理认为,物体的任何变化必然都是由与它直接接触的另一物体导致的。于是,这就导致了被爱因斯坦称为“幽灵般地超距作用”(spooky action at a distance)的困惑。
  在量子力学诞生之初,物理学家就把波函数的塌缩看作悖论,它也是量子理论让人十分困扰的一个方面。这种令人心神不定的困惑,迫使物理学家发展出了量子力学形形色色的其他版本(详见“量子力学的4种解释”)。
  不过量贝模型认为,根本就不存在悖论。波函数的塌缩不过是观察者在新信息的基础上,突发、间断地修正自己的概率赋值,就像医生根据新的电脑断层扫描(CT)结果,修正对癌症病人的预后判断。量子系统并未真正发生奇怪而费解的变化,变化的只是观察者选定用来描述自己个人预期的波函数。
  我们可以采取这种思考方式来看看另一个著名悖论——薛定谔的猫。量子物理学家埃尔温•薛定谔(Erwin Schrödinger)设想了这样一种场景:将一只活猫、一瓶毒药和一个放射性原子放入一个密封的盒子里。根据量子力学的法则,原子有50%的概率在一小时内衰变。如果原子发生衰变,就会有一把锤头打碎玻璃瓶,释放出毒药,杀死猫;如果原子不发生衰变,猫就会活下来。
  现在开始实验——不过别往盒子里看。一小时后,根据传统量子理论,原子的波函数处于两种状态的叠加态(superposition)——衰变与未衰变。可是因为你还没有观察盒子里发生的事情,这种叠加态会进一步延伸:锤头也处于叠加态,还有装毒药的瓶子。最荒谬的是,根据标准量子力学的法则,那只猫将处于叠加态——它同时既是活的又是死的。
  量贝模型强调波函数是观察者的主观特性,而非盒子里的猫的客观特性,以此解决了难题。该理论认为,猫当然非死即活(而非二者并存)。当然,它的波函数代表了死活并存的叠加态,但是波函数仅仅是对观察者信念的描述。宣称猫实际上既是死的又是活的,这无异于棒球迷在查看比赛得分记录表之前,宣称纽约洋基队(Yankees,美国职业棒球大联盟中的棒球队伍之一)卡在既赢又输的叠加态。这是一种谬论,一种自命不凡的妄想,把个人的思想状态幻想成了物质世界中的真实存在。
  人们期望,通过消除悖论,量贝模型可以帮助物理学家回归量子理论真正的基本面貌——无论到底是什么——“免得他们浪费时间去问那些虚无缥缈的傻问题”,梅尔曼说。
2014年07月03日 17点07分 3
吧务
level 13
重写量子规则
  量贝模型的创始人之一沙克强调,虽然量贝模型否认了波函数的真实性,但它并不是否认一切真实性的虚无主义理论。他解释说,观察者研究的量子系统的确是非常真实的。梅尔曼表示,从哲学上说,量贝模型明确区分了观察者生活的真实世界和他个人对这个世界的认识(由波函数来描述),或者说在两者之间划出了一条分界线。
  最近,富克斯在数学上作出了一个重大发现,有助于巩固量贝模型的根基,使其成为建立在概率论与量子理论基础之上的一种可靠解释。该发现与名为“玻恩法则”(Born rule)的经验公式有关,这一公式告诉观察者如何利用波函数计算量子事件的概率。波恩法则指出,量子系统拥有特性X的概率等于以X赋值的波函数的平方。富克斯证明,玻恩法则几乎可以用概率论彻底重写,而不需要引入波函数。玻恩法则曾经是连接波函数与实验结果的桥梁,现在,富克斯告诉我们,只用概率就可以预测实验结果了。
  对富克斯来说,玻恩法则的新表达还有另外一种意义:波函数只是一种工具,告诉观察者如何计算自己对周围量子世界的个人信念或概率。他写道,“从这个角度来看,玻恩法则是贝叶斯概率的补充;它并未提供更具客观性的概率,而是给出补充规则,指导研究人员与物理世界互动时的行为。”
  新方程的简洁令人震惊。除了一个小细节之外,它与全概率公式(law of total probability)十分相似。全概率公式从逻辑上要求,所有可能结果的概率之和等于1——以扔硬币为例,正面向上的概率(1/2)与反面向上的概率(1/2)之和必然等于1。而那个特殊的小细节则是d的出现,d代表该系统的量子维度,是新方程中计算量子理论下的概率时唯一与量子力学有关的部分。这里的维度指的不是长度或宽度,而是量子系统可能占据状态的数量。举例来说,如果单个电子既能自旋向上又能自旋向下,那么它的量子维度d就等于2。
  富克斯指出,量子维度是系统的固有特性,是表征一个系统的“量子特性”时不可简化的属性,就像物体的质量,代表着它的引力和惯性特征。虽然d出现在所有量子力学计算中,但如此显著地出现在基本公式中,这还是第一次。富克斯希望,玻恩法则的新表达能够成为重新解释量子力学的关键。他坦承:“我沉醉于这样的想法:玻恩法则是量子理论中最重要的‘公理’。”
2014年07月03日 17点07分 6
吧务
level 13
 新的真实性
  一种批评量贝模型的观点认为,它无法像传统的量子力学那样,用更基本、微观的现象来解释复杂的宏观现象。对量贝模型来说,迎接这个挑战最直接的方法,就是达成它所宣称的目标:在一些有说服力的新假设的基础上,重新构建量子力学的标准理论。
  这个目标目前尚未达成,不过,量贝模型已经为阐释物理真实性提供了一种新视角。它将波函数解释为个人的信任程度,从而以精准的数学语言,解释了玻尔所说的直觉:“物理学关心的是我们如何描述自然。”量贝模型的支持者拥护这样一种观念:进行实验之前,实验结果根本就不存在。
  比如,在测量某个电子的速度或位置之前,该电子根本就没有速度或位置。正是测量本身,使得被测量的特性成为真实存在。正如富克斯所说,“观察者通过自由意志对每次测量做出设定,在这种互动作用下,每时每刻都可以看作某种意义上的诞生时刻,世界一点点地被塑造出来”。从这种意义上说,宇宙造物从未间断,我们都是宇宙造物的积极贡献者。
2014年07月03日 17点07分 7
吧务
level 13
。。。。。。。如果该模型成立那量子计算机是不是就不能实现了
2014年07月03日 17点07分 8
这个我也不太清楚,要不你问问哈哈吧
2014年07月12日 13点07分
回复 Sea_Ever :好@哈哈haha31
2014年07月12日 13点07分
回复 茶瓯慢慢的人 :你应该@麓深专项
2014年07月12日 14点07分
level 13
这个不还远没到证实的地步吗。。。
至于你关心的量子计算机,首先量子计算机并不是像某些传说中那样了不得,而是从理论上而言在处理某些问题上特别有优势。所以就算造不出量子计算机也不是啥大事。。。
2014年07月13日 12点07分 9
其实该模型成立的话,也有可能可以设计基于该种模型的算法啊,说不定效果更佳呢~[滑稽]
2014年07月13日 12点07分
level 13
因为个人也不是这方面专家,而且很久没看这方面论著了,所以有一点咱现在不能确认。
即:量子计算机的基本原理是建立在微观上的量子现象上的呢,还是相关的理论解释上的呢。
如果是前者,那“量子贝叶斯模型”(Quantum Bayesianism)成立与否对于能否造出量子计算机没啥影响。
如果是后者,情况则要复杂的多。
个人没记错的话,应该是前者~[滑稽]
2014年07月13日 13点07分 10
可以确定的是,量子论的各种诠释,比如哥本哈根诠释、多世界诠释对于量子计算机的制造没啥影响,只是对于量子计算机的原理的解释不太一样罢了
2014年07月13日 13点07分
回复 麓深专项 :“量子贝叶斯模型”应该也只算一种诠释吧,那应该是不影响的~[滑稽]
2014年07月13日 14点07分
回复 麓深专项 :[拜]好滴
2014年07月13日 14点07分
1