理论教育 量子纠缠和因果关系:解码时间哲学

量子纠缠和因果关系:解码时间哲学

时间:2023-10-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:普赖斯认为,我们在光子实验中见到的是倒因果:后来的测量在因果关系上影响着先前的粒子性质!不少人认为,一些与非定域性类似的实验暗示着亚原子粒子在被测量前始终处于不确定状态。用普赖斯的话说,因果关系“双向有效”的主张“具有的优势让我们免受”非定域性和不确定性“概念的困扰”。普赖斯关于量子物理学经验观测的解释依旧只是一种解释,而且颇受争议。

量子纠缠和因果关系:解码时间哲学

上述结论得到了某些微观物理过程的进一步论证。在量子领域或微观领域,科学家们观察到的现象动摇了我们关于物理定律本质的假设。例如,在测量空间上分离的光子的行为时,装置的设定似乎影响了光子的状态(比如自旋方向):各光子的状态以一种看似不可能的方式互相关联,就好像它们能够瞬间彼此交流——这本身就是不可思议的。这种非定域性(nonlocality),或者——用爱因斯坦轻描淡写的话说——“怪异的超距作用”,似乎从根本上有违常规相对论物理,并对后者造成了冲击。然而,这种现象却是千真万确的,问题在于我们该如何解释。目前比较流行的解释支持非定域性,也就因此将经典物理和相对论物理一并否定。[5]

澳大利亚哲学家、悉尼大学时间中心的创立者胡·普赖斯(Huw Price)对这种量子关联解释深感困惑。他认为,该解释没有严肃地看待静止理论的块状宇宙观点。具体而言,倘若你(像物理学家那样)认真思考了块状宇宙理论,何以会假设因果关系只在所谓的向前的方向上有效?也就是说,如果我们真的生活在物理学语境描述的不受时间影响的环境中,那么有什么理由认为未来不会影响过去,一如过去影响着未来?普赖斯认为,我们在光子实验中见到的是倒因果:后来的测量在因果关系上影响着先前的粒子性质!这种影响可以解释它们在观察者眼中的关联性,既无须瞬间非定域作用,也无须修正经典物理和相对论物理学说。

量子物理学中有个人们耳熟能详的论断——基本粒子的状态在测量前具有不确定性,也是如此。不少人认为,一些与非定域性类似的实验暗示着亚原子粒子在被测量前始终处于不确定状态。此类主张最终由著名的思维实验“薛定谔的猫”画上了句号。在奥地利物理学家埃尔温·薛定谔(Erwin Schrödinger)看来,所谓不确定性是荒唐的。他构想了这样一种情况:将一只猫和一些毒药放进一个密闭箱子里,毒药的释放与否取决于一个亚原子粒子的状态。如果关于量子现象的不确定性解释正确无误,我们就不得不承认,在箱子被打开前,猫既是活的又是死的;只有在箱子打开那一刻,猫才进入或活或死的确定状态。他断言,一定是论断出了错,才让我们得出这样的结论。

用普赖斯的话说,因果关系“双向有效”的主张“具有的优势让我们免受”非定域性和不确定性“概念的困扰”。再也没有怪异的超距行为,再也没有既死又活的猫。

向后的因果关系概念——或称逆向因果——为何看上去如此古怪?普赖斯解释到,这只是因为我们在日常经验中、在这个宏观物理世界里已经太习惯于看到热力学箭头指向一个方向。他说,如果我们一开始就从不受时间影响的宇宙视角去进行量子状态实验,便会发现量子间的关联恰恰是逆向因果的直接证据。我们对所谓的后来之事可以解释所谓的早先之事的观点有着根深蒂固且未经检验的排斥,而正是这种预判妨碍了我们的理解,其实,量子关联问题是清晰直白的。

普赖斯赞同我们在本章前文提到的观点,即因果箭头以及时间之矢源出我们认识现实的方法,是其在时间对称的世界里的投射。他认为,因果关系仅仅是人为的投射,它与宏观物理世界的统计热力学不对称现象有关,而这个宏观世界又影响着人们的心理意识。他以色彩这一感官属性为例,对单向因果关系进行了类比说明:把因果作用归因于事件乃是心理投射的结果,正如把色彩归因于物体。显然,我们将色彩当作物体的属性,只不过是因为视觉感官这一经验要素发挥了作用。“那么,又是什么样的要素在因果区分中发挥着作用呢?”普赖斯问。

最合理的答案是:我们的因果观念来自经验。简单地说,把A视作B的起因,就是把A当作达成B或引发B的潜在途径……因果不对称的根源就是这样存于我们通过做一事而实现另一事的经验之中——在这种情况下,我们无法逆转事物的顺序,无法从事件的第二个状态达到初始状态。这就为我们带来了因果箭头,造成了原因与结果的区别。加之在通常情况下不可能通过后来的途径达成先前的结局这一事实,便有了因果箭头与时间之矢的一致。

诚如斯言,我们就能够通过测量亚原子粒子在较晚时刻的状态去改变其较早时刻的状态。但是,这种因果关系没有转化为我们经验的一部分,因此也就无法在我们做决定的过程中发挥作用。

普赖斯总结说,真正的“无时观看”——一种把时空连续体当作不受时间影响的块状体的视角——将既不涉及固有的时间方向,也无须客观的、单向的因果箭头。

普赖斯关于量子物理学经验观测的解释依旧只是一种解释,而且颇受争议。不过,该解释具有如下优势:(1)巧妙地让我们回避了非定域性和不确定性的反常观念,(2)对时间的真实对称本质和时间之矢的内在主观性进行了深入思考。基于目前已知的关于时间哲学和时间物理学的所有信息,他的解释非常有吸引力。

本章引用作品

Hawking,Stephen.A Brief History of Time(New York:Bantam,1988).

Leibniz,G.W.“Metaphysical Foundations of Mathematics,”in Philosophical Papers and Letters,trans.by Leroy Loemker(Chicago:University of Chicago Press,1956).(www.daowen.com)

McTaggart,J.M.E.“The Unreality of Time,”Mind 17(1908),457-474.

Price,Huw.Time's Arrow and Archimedes'Point(Oxford,UK:Oxford University Press,1997).

Schaffer,Jonathan.“The Metaphysics of Causation,”in The Stanford Encyclopedia of Philosophy,ed.by Edward N.Zalta,http://plato.stanford.edu/entries/causationmetaphysics/.

与本章论题相关的其他作品

Carroll,Sean.From Eternity to Here(Oxford,UK:Dutton,2010).

Van Fraassen,Bas.An Introduction to the Philosophy of Time and Space(New York:Random House,1970).

【注释】

[1]另一种说法是,系统往往从非平衡状态趋于平衡状态。例如,倒入锅中的水会自动均匀分布在锅底,而不会在某处堆积起来。这大体上相当于热力学中所说的分散成一种更“无序的”排列。

[2]我们知道,大爆炸后瞬间,宇宙处于基本同质的状态。但宇宙为何竟能处于有序的(因而也是不太可能的)状态是物理宇宙学的一大基本问题。如果处于无序状态比处于有序状态的可能性更大,那么宇宙竟能处于如此简单的状态岂非不可思议?对这个问题的回答需要涉及宇宙起源理论,我将在第八章中讨论。

[3]注意,我说“变得更有序”是以时间有方向为假定前提的。这是苦于难以找到不包含动态时间观念的方便表述。

[4]也有人尝试用其他不涉及时间的方法去定义“起因”,但似乎都遇到了无法逾越的难题。为了对因果分析的各种版本有一个总体了解,我推荐读者前往斯坦福哲学百科(Stanford Encyclopedia of Philosophy)在线阅读乔纳森·沙弗(Jonathan Schaffer)关于因果关系之形而上学的文章。

[5]还有的解释甚至更糟,认为有无穷个宇宙同时交替存在。我在最后一章里将对此观点略做讨论。

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