量子贝叶斯理论是否掌握着物理学未来的钥匙?汉斯·冯·拜尔认为是这样。
汉斯·冯·拜尔将根据他的书做一个演讲,然后是签售会。讲座的题目是“友好的量子”,将于下午五点半开始。1月27日在111小厅举行。- Ed。
QBism的发音是“立体主义”,但它是量子贝叶斯主义的缩写,所以不要开始想毕加索。汉斯·冯·拜尔解释说,量子力学是一种理解量子力学的方法。由马克斯·普朗克(Max Planck)开创,由阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)改进,量子力学成为理论家和实验家的基本工具,并为我们提供了许多实用的日常发展,如激光、计算机和手机。量子力学起作用了,但物理学家无法解释它为什么起作用。
汉斯·冯·拜尔是威廉玛丽学院名誉物理学教授。在他2016年出版的《量子力学:量子物理学的未来》一书中,冯·拜尔解释了科学家/数学家如何使用18世纪长老会牧师的概率论来理解量子力学的运作。耐心、有思想的外行读者读这本书应该不会有问题。但要期待智力的重置:你会有几次“我学的一切都是错的”的感觉,但保持开放的心态,你会对宇宙的运作有更深入的了解。
这本书的读者是谁?
我为那些听说过“量子”这个词,但不知道“量子物理学”、“量子力学”和“量子理论”(我把它们当作同义词)是什么的人写了这本书。换句话说,我的书是给外行读者看的。也许我最希望的读者是那些从高中到博士的物理系学生:我希望他们意识到课本上还没有的一种新的解释。但在过去,我也收到过许多读者的问题和评论,他们在自己的职业中与物理学无关(科学家、律师、医生、工程师、艺术家、教师、神职人员……),他们理解并尊重科学在我们生活中的作用,他们喜欢思考物理学。
QBism在物理学家中的渗透程度如何?
QBism是关于量子力学的十几种不同解释中最新的,因此也是最不为人所知的,每种解释都有无数不同的变体。他们都同意基本方程——形式主义——以及该理论惊人的实践成功,但在其意义上存在分歧。自从QBism在世纪之交诞生以来,许多物理学家都遇到过这个术语,很少有人研究过它,更少的人喜欢它而不是旧的解释。但这些数字正在迅速增长。到目前为止,维基百科上有一个有用的条目,2016年12月,权威的在线斯坦福哲学百科全书上出现了一篇关于QBism的优秀文章——这是进入经典的标志。数百篇文章和会议论文集涉及QBism。据我所知,我的书是第一本关于这个主题的畅销书,教科书还没有写出来。请继续关注!
有没有其他“存在”的东西可以取代QBism作为量子力学的工具箱?
事实正好相反!学校里教授的量子力学有许多“标准”解释,也有一些非标准解释。在我的书中,附录简要地提到了最流行的四种。QBism想要替换它们。这个工具箱是量子力学的数学形式体系,每个人都同意它,它不需要替换。让我用一个类比来说明形式主义和它的意义之间的区别。想象一下,有一种药物能以令人钦佩的一致性和可靠性治愈某种疾病。医生、病人和医学研究人员都同意它的功效。它是医学“工具箱”中的重要工具。但研究人员在它的功能上陷入了无可救药的僵局。一个阵营相信它通过神经系统起作用,而另一个阵营则坚持认为它是由血液携带的。到目前为止,还没有人通过实验找到这个问题的答案。争论仍在继续。试图弄清楚任何现象的基本含义的价值并不来自于它当前的有用性,而是来自于增强理解肯定会带来的未来回报。
一种避免争论这个模糊的词的含义的方法是:量子力学的毫无疑问的成功试图告诉我们的关于大自然的奇妙之处到底是什么?QBism为我提供了有意义的线索。
你写到了“物理学家对哲学的怀疑,近乎蔑视”,这种怀疑似乎在某种程度上正在消失。物理学和哲学的正确关系是什么?
著名的诺贝尔奖得主史蒂文·温伯格在他1992年出版的《终极理论的梦想》一书中,有一章的标题是“反对哲学”,他写道:“哲学家的洞见偶尔会使物理学家受益,但通常是消极的——保护他们不受其他哲学家先入为主的影响”(第166页)。相反,他主张从标准的形式主义开始,给它添加新的碎片,然后用实验证据来检验改变后的量子力学的预测。这是好的、保守的科学程序,避免了哲学。但与QBism不同的是,它并不激进:它并不试图深入挖掘关于意义的争议的根源(拉丁语中的基数)。相反,它增加了推测性的上层结构,然后试图通过实验来证实或排除。
25年后的今天,温伯格重申了他的建议。在17年1月19日的《纽约书评》上,他在一篇题为《量子力学的麻烦》的文章开头写道:“……尽管量子力学取得了巨大的成功,但关于它的意义和未来的争论仍在继续。”在这期间的几十年里,他为这一理论添加的附加功能已经发生了变化,但哲学再次被搁置一边。这一次,温伯格把量子力学的解释分为两组:现实主义和工具主义。通过对两者的否定,他卖空了QBism,从而避免了提及它的必要性。理查德·希利(Richard Healy)在《斯坦福哲学百科全书》(Stanford Encyclopedia of Philosophy)中的上述文章指出:“作为一种科学观,工具主义通常与现实主义形成对比……QBism提供了一种更微妙的观点,无论是作为理论的量子理论还是一般的科学……(QBism的首席发言人)Christopher Fuchs认为,量子理论告诉我们的一件事是,世界比我们想象的要丰富得多……”
我的观点是,除了阻止哲学家的思辨之外,哲学还可以打开物理学家的思想,使他们能够探索以前从未想象过的富有成效的新途径。QBism就是一个很好的例子。
当贝叶斯牧师进入故事时,我有一种完整的循环感觉。“贝叶斯概率是衡量个体相信某一事件会发生或某一命题为真程度的一种方法”,在我看来,这就像是对“运气?”
相信某件事会发生的程度很重要,因为它会导致行动。如果我相信今天下午下雨的可能性是90%,我就带伞。如果我认为是5%,我就不会这么做。但我的信念并不是简单的胡乱猜测。它们不只是靠运气。它们有庞大、昂贵、高度复杂的科学项目作为后盾,这些项目被称为气象计算机程序。它们是理性得出的,但它们仍然是信念。它们很重要,因为它们有后果。一个更重要的例子是奥巴马相信本拉登任务成功的几率超过50%。
贝叶斯概念是否应该在科学的其他方面取代频率论概率,比如标准差和p值?
主观贝叶斯概率的一大优点是,它可以毫不费力地结合频率结果,而不是相反。原因是频率概率提供了确定概率的方法,而贝叶斯概率提供了确定的数字的意义。这有点像通过装满水来确定水桶的体积,然后用它的重量除以水的密度,单位是磅每立方英寸。体量的意义是几何的,不管它是如何确定的。
你的书里充满了诸如“量子随机性违反了因果法则”和“时间的问题在于它不存在”之类的片段。我们被告知,根据我们心爱的玻尔原子“漫画”,电子的行为并不像我们想象的那样,量子力学胜过了常识。你注意到塞缪尔·约翰逊对类似的观点的回答是,他踢了一块大石头,说:“我这样反驳它!”你怎么能说服一个站在约翰逊医生旁边的人呢?
岩石和疼痛的脚趾属于我们牛顿的人类世界。为什么它的范畴和规则要适用于难以接近的领域,比如宇宙或原子世界?按照18世纪欧洲生物学家的分类,鸭嘴兽是不可能存在的——但它们确实存在。根据牛顿定律,一秒的持续时间不受测量它的时钟的速度或引力环境的影响,然而世界上每一个GPS都证明了相反的情况。为了证明常识是一个不可靠的世界是如何形成的指南,谷歌“咖啡馆墙壁错觉”。