量子理论是关于现实还是我们所知道的?

P物理学家知道如何使用量子理论——你的手机和电脑提供了大量证据。但是知道如何使用它与完全理解这个理论所描述的世界，甚至是科学家在这个理论中使用的各种数学设备的意义相去甚远。物理学家长期争论的一个这样的数学对象，被称为量子态．

量子理论最显著的特征之一是，它的预测在几乎所有情况下都是概率的。如果你建立一个实验在实验室,然后用量子理论来预测各种测量的结果你可能会执行,最好的理论可以提供probabilities-say, 50%的机会,你会得到一个结果,和50%的机会,你会得到一个不同的一个。量子态在理论中扮演的角色是确定，或至少编码这些概率。如果你知道量子态，那么你就可以计算得到任何实验结果的概率。

但量子状态最终是否代表了现实的一些客观方面，或者是一种表征的方式我们，也就是说，关于某个人的某件事知道关于现实？这个问题延伸回到最早的量子理论历史，但有最近成为这又是一个活跃的话题，激发了一系列新的理论结果，甚至一些实验测试。

如果只是你的知识改变了，事情就不会那么奇怪了。

为了了解为什么量子态可能代表某人所知道的东西，考虑另一种我们使用概率的情况。在你的朋友掷骰子之前，你猜哪一边是朝上的。如果你的朋友掷了一个标准的六面骰子，你通常会说无论你怎么猜，你都有17%(或1 / 6)的几率是正确的。在这里，概率代表了关于你的一些东西:你对骰子的认知状态。假设她转动时你背对着她，这样她就能看到结果——比如说6——但不是你。在你看来，结果仍然不确定，即使她知道。代表一个人的不确定性的概率，即使有一些事实，被称为认知的，来自一个知识的希腊词之一。

这意味着您和您的朋友可以分配非常不同的概率，而无论您是否错了。你说，表现出六个的模具的可能性是17％，而你的朋友已经看到了结果，所以它已经是100％。这是因为你们每个人都知道不同的东西，并且概率是您各自的知识状态的陈述。唯一的不正确的事实上，任务应该是说，死亡显示为6的可能性是微乎其微的。

在过去15年左右的时间里，物理学家们提出了一个问题:量子态是否也可以以类似的方式被认知。假设存在一些关于世界结构的事实——比如空间中粒子的排列，甚至是骰子游戏的实际结果——但你不知道它是什么。根据这些方法，量子态只是描述你对世界结构的不完全认识的一种方式。在某些物理情况下，可能有不止一种正确的方法来分配量子态，这取决于你所掌握的信息。

由于如何在衡量物理系统的某些东西时，以这种方式思考量子状态是有吸引力的。测量系统通常将从其中改变其状态，其中每个可能结果对其中一个结果产生一些非零概率。这是一个很像发生的事情，在模糊游戏中，你了解到死亡，其实展示了六个。认为这似乎很奇怪世界会因为你测量了一些东西而改变。但如果只是你的知识发生了变化，事情就不会显得那么奇怪了。

另一个认为量子态是认知态的理由是，在大多数情况下，单凭一个实验是无法告诉我们，实验之前的量子态到底是什么。这也类似于骰子游戏中的概率。假设另一个朋友来玩游戏，坚持说骰子显示6的概率只有10%，而你仍然说它是17%。单凭一个实验就能证明谁是对的吗?不。原因是实际结果——比如说6个——是一致的两个都你的概率分配(尽管在多次滚动中获得频率的意义上可能更准确)。没有办法判断你或你的朋友在任何特定情况下是否正确。根据量子理论的认识论方法，你不能从实验上区分大多数量子态的原因就像骰子游戏:有一些可能的实际物理情况与多个量子态兼容。

安大略省滑铁卢周界理论物理研究所的物理学家Rob Spekkens在2007年发表了一篇影响深远的论文纸，提出一个模拟量子理论的“玩具理论”。玩具理论与量子理论不同，因为它被限制在极其简单的系统中，也就是说，系统的任何属性最多有两个可能的值，例如颜色为“红色”或“蓝色”，方向为“向上”或“向下”。但和量子理论一样，它包含了可以用来计算概率的态。它做出了许多与量子理论相同的预测，至少对这些简单的系统是如此。

斯毕肯斯的玩具理论令人兴奋，因为就像量子理论一样，它的状态通常是“不可区分的”——而不可区分也是充分地解释为它们与相同的基本物理环境相互兼容。换句话说，玩具理论很像量子理论，它的状态是明确的认知。由于量子态的不可区分性，对于那些倾向于认知方法的人来说，没有公认的解释，问题是他们是否能提出一个解释，斯佩肯斯和其他人认为这是强有力的证据，证明量子态也可能是认知的，只要玩具理论能够扩展到更复杂的系统。这引发了一系列的研究，一些物理学家试图将他的研究扩展到所有的量子现象，而其他人则试图证明这是错误的。

这些假设不是争议 - 但这并不意味着他们是对的。

到目前为止，反对者似乎占了上风。例如，2012年一项被广泛讨论的结果纸在自然物理理论物理学家马修·普西（Matthew Pusey）、乔纳森·巴雷特（Jonathan Barrett）和特里·鲁道夫（Terry Rudolph）提出，如果物理实验总是可以彼此独立地进行，那么描述这些实验的“正确”量子态就不会有任何歧义。其他量子态是错误的，就像认为有0%的几率在一个实际上已经落在6上的骰子上滚动6是错误的一样。

另一个纸， 出版于物理评论信乔纳森•巴雷特在2014年由埃里克·卡瓦尔康蒂雷蒙德•拉尔和欧文事表明,没有方法来扩展Spekkens”玩具理论系统的属性可以在三个或更多的价值观(“红”“蓝”和“绿色”的颜色,而不仅仅是“红色”和“蓝色”——没有违反量子理论的预测。作者甚至提出了一些实验，可以区分量子理论的预测和任何认知方法都必须做出的预测之间的区别，到目前为止实验已经进行了所有与标准量子理论一致。换句话说，似乎你不能将量子状态解释为陷入困境，因为这种理论是州是难以的理论，使得预测与量子理论不同。

那么，这些结果是否排除了量子态是我们大脑特征的观点呢?嗯，是也不是。与认识论方法相反的论证是在思考物理理论的特定框架中证明的数学定理。这个框架首先由Spekkens和合作者开发，作为解释认知方法的一种方法，它包括几个基本假设。一是世界总是在一些本体的国家，一个独立于我们碰巧知道的物理状态，这可能或可能与量子状态不一致;另一个是物理理论使得可以使用来自标准概率理论的方法来表示的预测。这些假设不是争议 - 但这并不意味着他们是对的。什么是什么自然物理和物理评论信结果表明，这一框架中没有任何理论，这与Spekkens的玩具模型相同的方式，同时同意量子理论。

W彼得这是最后一个词取决于你对框架的看法。在这个主题上，意见可能会有所不同。

例如，Owen Maroney，牛津大学的物理学家和哲学家以及2014年的作者之一物理评论信论文，在一封电子邮件中说，“最合理的psi认知模型”——斯佩肯斯框架可以容纳的认知模型——“正在被排除。”同样，查普曼大学的物理学家马特·莱弗（Matt Leifer）也广泛地写过关于量子态的认知方法，他说，即使是2012年自然物理只要你愿意接受他们的独立性假设（Leifer说，他“通常倾向于这样做”），结果就结束了这一案例。

斯毕肯斯本人则更为谨慎。他同意这些结果对量子态的认知方法施加了重要的限制。但他强调，这些结果都是在他的框架内证明的——作为该框架的创始人，他很快指出，该框架有局限性，比如对概率的假设。因此，他认为，对量子态的认知方法仍然有很好的动机，但如果它们要成功，我们需要重新审视大多数物理学家都愿意毫无疑问地接受的物理理论的基本假设。

然而，似乎很清楚的是，在量子理论的基础问题上取得了真正的进展。许多物理学家倾向于将有关量子态含义的问题视为解释性问题，或者更糟的是，“哲学性问题”，因为它们与大多数量子物理学家担心的问题无关，比如设计新的粒子加速器或制造更好的激光器。说一个问题是“哲学的”，似乎它不属于数学和实验物理学的范畴。

但对认知方法的研究表明，这是多么错误。斯毕肯斯和他的合作者设法对量子态进行了解释，并将其转化为一个精确的假设——一个随后被数学和实验结果推翻的假设。这并不意味着认识论方法已死，但它确实迫使它们的倡导者提出一个新的假设。这是毫无疑问的进步——既是科学的进步和哲学的

詹姆斯·欧文·韦瑟尔是加州大学欧文分校的逻辑和科学哲学教授。他最近的一本书是虚无：虚无的奇怪物理（耶鲁大学出版社，2016年），从17世纪到今天，探讨了物理空间的结构。

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