问题

量子力学是在告诉我们世界是不可知的么?

回答
关于量子力学是否在告诉我们世界是不可知的,这是一个非常深刻且引人入胜的问题。答案并非简单的是或否,而是需要我们深入理解量子力学的一些核心概念。

首先,我们得明白“不可知”这个词在这里的含义。如果“不可知”指的是我们无法通过任何方式完全、确定地了解一个事物的全部属性,那么从某种意义上来说,量子力学确实揭示了这种“不可知性”的存在。

我们从几个关键的量子力学概念入手:

1. 叠加态(Superposition): 在量子世界里,粒子并不像我们日常经验中的物体那样,有一个确定的状态。相反,它可以同时处于多种可能的状态的“叠加”。最经典的例子就是薛定谔的猫,它在被观测之前,既是死的也是活的。这意味着在我们进行观测之前,我们无法确定地知道一个粒子处于哪个确定的状态。它不是“隐藏”起来了,而是真的就处于这种不确定的、叠加的混合状态。当我们去测量它的时候,它才会“塌缩”到其中一个确定的状态。这种叠加态的存在,本身就意味着我们无法在观测前“知晓”其确切状态。

2. 不确定性原理(Uncertainty Principle): 这是量子力学的奠基性原理之一,由海森堡提出。它告诉我们,我们无法同时精确地知道一个粒子的某些成对的物理量,比如位置和动量。你越精确地测量一个量,你对另一个量的了解就会越模糊。举个例子,如果你想知道一个电子精确在哪里,你就要用某种方式“看到”它,比如用高能光子去照射它。但这个光子一旦撞击电子,就会给电子一个动量,从而改变它的动量。反之,如果你想精确测量它的动量,你就需要让它在很长一段距离内运动,这样你就无法确定它具体在哪一个点上。

这里“不可知”体现在,不是我们测量技术不行,而是宇宙本身的内在属性就是如此。它不是隐藏秘密,而是说,这两个属性就无法在同一时间被赋予一个精确的、同时确定的数值。这种根本性的限制,就意味着我们无法“完全知晓”一个粒子在某个时刻的全部信息。

3. 概率性(Probabilistic Nature): 量子力学描述的是事件发生的概率,而不是确定的结果。我们计算的是某个粒子在某个地方出现的概率有多大,而不是它“一定”在哪里。当你测量一个粒子处于某种状态时,量子力学只能告诉你在多次重复实验中,它出现这种状态的概率是多少。

这一点也指向了“不可知”的层面。对于一个单独的量子事件,我们无法预知其具体结果,只能知道可能的结果以及它们发生的概率。这与我们宏观世界的因果律——“因为A,所以B”——存在着显著的区别。在宏观世界,如果我知道所有的初始条件,我理论上可以精确预测未来。但在微观量子世界,即使我拥有所有“已知的”信息,我仍然无法确定地预测一个单独的事件会发生什么。

4. 量子纠缠(Quantum Entanglement): 这是另一个非常奇特的现象。当两个或多个粒子发生纠缠后,它们的状态就联系在一起了,无论它们相隔多远。当你测量其中一个粒子的状态时,另一个粒子的状态也会瞬间确定,即使它们之间没有发生任何经典的信号传递。

这又引出了一个关于“可知性”的问题。一个纠缠态的粒子,它的状态似乎并不是独立的,而是与它的“伙伴”绑定的。在我们测量其中一个之前,它们的状态都是不确定的,是纠缠在一起的。这种“非局域性”的关联,挑战了我们对“了解”一个物体所需信息的直观认知。要完全“了解”一个纠缠粒子的状态,你似乎还需要了解它的纠缠伙伴的状态。

那么,量子力学是在告诉我们世界是“不可知的”吗?

我认为更准确的说法是,量子力学揭示了宇宙在最基本的层面上,存在着一种固有的、非我们能力限制造成的的不确定性、概率性和非确定性。它并不是说我们“什么都不知道”,而是说:

我们无法像了解宏观物体那样,同时精确地知道一个微观粒子所有的属性。
宇宙的运作方式在微观尺度上是概率性的,而非完全确定的。
有些信息,从根本上说,就是无法同时被获取的。

这种“不可知性”并非是“无知”的同义词,而是一种更深层的“未知”的边界。

想象一下,你试图描述一个物体,你有一个精确的尺子,你还有一个精确的电子秤。你可以同时知道物体的长度和重量。但在量子世界,你可能有一个“位置尺”和一个“动量秤”。当你用“位置尺”精确测量时,“动量秤”就变得模糊不清,反之亦然。这就像宇宙本身设置了一个“数据包”的大小限制,你无法把所有信息都塞进去。

重要的是,量子力学本身是一个极其精确、具有强大预测能力的理论。 它不是一个宣扬虚无主义的哲学,而是一个描述现实的科学框架。我们通过量子力学,可以极其精确地计算出原子光谱、化学反应的概率,以及电子在半导体中的行为。所以,我们并非“一无所知”,我们知晓的是“概率”和“相关性”,以及由这些规则构成的宇宙运行模式。

举个类比: 假设你有一套非常精确的骰子。量子力学就像是告诉你,这套骰子在每次投掷之前,每一个面出现的概率都是1/6。你无法知道下一次投掷会是几点,但你可以非常准确地知道,经过一万次投掷后,每个点出现的次数会接近于一万除以六。我们“知道”了概率分布,但我们“不知道”单次事件的具体结果。

总结来说:

量子力学并没有直接说“世界是不可知的”,但它揭示了在微观层面,世界的运作方式与我们宏观直觉是截然不同的。这种不同体现在:

属性的不确定性: 粒子可以同时处于多种状态。
测量限制: 某些成对的物理量无法同时被精确测量。
本质的概率性: 物理过程的结果是概率性的,而非确定性的。

这些特性共同指向一种“不可知”的领域,不是因为我们愚钝或技术不足,而是因为宇宙本身在最深处就存在着这种不确定性和概率性。我们所能“知道”的,是这些不确定性背后所遵循的概率规则和相互关联。它让我们认识到,宇宙的“被知”是有边界的,而这些边界,恰恰是宇宙本身规则的一部分。

网友意见

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不是。量子力学只告诉了你在非常微小的尺度上,朴素的物理概念比如确定的位置、确定的速度的定义是没有意义的。

以上是回答,下面谈谈我个人的想法:

经常在各类社区上看到如同问题一样的言论,这些人往往是在用它们所自认为的“不确定性原理”来尝试论述:你看科学也不是万能的,有些东西我们就是不能知道呀。然后这就给玄学言论留下了空间,什么自由意志、爱情啊blah blah一堆东西都和量子力学扯上了关系。。。

我觉得这本质上是因为它们从第一次在初中学到经典物理的时候开始,就误解了科学究竟在干什么。

高中思想政治课本上有这样一句话:“是牛顿发现了本来就存在的万有引力定律,而不是牛顿给自然界立的法。”这段话正在尝试论述规律的客观性。但它是有问题的,巧妙的是也非常接近很多人对于科学本身的认识。

课本上也说“不能把科学中的物质概念与哲学中的物质混为一谈“。同样,哲学意义上的“规律“其实也不该和科学所说的“规律”混为一谈。是的,世界是根据“规律”工作的,但这里的“规律”只具有哲学上的意义,它对真正负责帮人们理解物质现象的科学规律的本身或其产生是没有任何关系的。

世界按规律工作,这是唯物主义信仰,依靠纯粹的思维被提出。它不可证伪,只能相信。

天体按牛顿定律运转,这是科学理论,利用科学方法提出。它必须有被证伪的可能。

万有引力定律的提出,并不是因为它就躺在宇宙的哪里,被牛顿看见了。也不是牛顿在闭着眼啥都不看的时候,突然觉得存在一个万有引力定律,世界就会变得合理。而是因为他发现对于那么多天体移动的观测数据,如果喂进自己的三定律和万有引力定律的非常简短的数学表达式,算式的误差是极小的。再去用这个新定律反推一些其他天体的运动,结果也与现实符合得很好。所以这个万有引力定律,就具有成为科学理论的价值。它简洁,又可检验,所以可以指导人们的预测。

上面这些,总结一下是:科学理论不是被人们发现的“客观真理”,而是建立在事实的基础上,人们自己构造的,用来理解物质现象的方式。

扯了这么多,让我们回到量子力学。为什么“位置和速度的不能同时准确测得”并不意味着不可知论?因为:能不能定义确定位置和确定速度的概念,和我们在实验中能不能观察到这两者,这两个问题是一样的。

上世纪科学家已做过实验,确定了未被观察微观粒子的状态,在被观测时确实是像量子力学描述的那样随机的。不存在什么此刻观察,粒子更可能偏右,而在另一个时刻观察,粒子更可能偏左这样的情况。这首先说明了粒子状态的不确定性并不是观测技术的缺陷造成的。这更意味着,我们必须抛弃确定位置,确定速度这样的概念,换上量子力学波函数的观念,才能描述我们已经观察到的现象。

就像上文所说,万有引力不是客观存在在那里的,而是牛顿构造出的概念一样,确定的位置、确定的速度也不过是个被构造出的概念,它们也一样不是“客观存在的”,是可以被抛弃的。只不过,“你坐在房间里”“汽车超速了”这种概念实在是太过符合常理,以至于很多人难以意识到位置和速度的概念从来不是物质世界必要的一部分。它们也是我们人类构造的。

所以,你就不可以说:现在量子力学告诉我们位置和速度不可知,所以世界上总有不可知的东西!量子力学告诉你的是,为了描述微观现象,你就不能引入位置和速度的概念。它们实在太过令人舒适而好理解的事实,一点都不说明它们是”天然“的,不可放弃的,更不能因为它们的不可知,而说世界是不可知的。(你看对于复杂点的其他观念,人们的态度就截然不同。没有人会因为基督徒嘴里的“上帝”难以捉摸,就说世界不可知啊。对我而言上帝的概念就不存在,谈什么知不知呢?)

到这里就说完了。再多嘴一句:不要沉迷于浅显的自然语言,一看见“不确定”就想到“不可知”。要去仔细研究这些原理的内在,到底说了些什么。

---补---

为预防民科巨人/宗教狂徒的观点,我补几个事。

1.科学理论是人的构造产物,而人们早已意识到编故事谁都会编。故能成为科学理论的构造,是要(这个加粗是针对评论区里某位同学,其它它的言论我就不说了,这里要加个“先”字算是它的好建议。知乎第一个回答就被打成伪科学了,真刺激)经过剃刀检验的。“能解释/描述现象”,不是成为科学理论的充分条件(唉。。某些人充分和必要都不太分得清)。这是民科主要犯的错误。

2.世界不可知,指的是能影响世界的某些事物不可知。存在,指的是这件事物对世界的影响确实成立。我说上帝不存在,指的是没人能拿出证据说明上帝可以影响世界。说我们不了解上帝不代表世界不可知,是因为上帝不能影响世界。这里的用语的定义对各类人是不同的,所以在此澄清。但我有一定把握,认为我这些定义就是科学研究中所使用的。

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