孫昌璞
1 中國工程物理研究院研究生院
2 北京計算科學研究中心
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哥本哈根詮釋對“哲學基本問題”的挑戰(zhàn)
在現(xiàn)代哲學的歷史發(fā)展中，不少人把“有無獨立于意識之外的客觀世界”當作哲學的基本問題。雖然不同學派和不同時代的學者對此并無共識，但哲學家和科學家都對這種形而上學的追問保留了持久不衰的興趣。1886?年，恩格斯在《費爾巴哈與德國古典哲學的終結(jié)》中首先指出，哲學基本問題是“思維和存在的關(guān)系”，“物質(zhì)是第一性的”還是“認識是第一性的”。馬克思和恩格斯的辯證唯物主義哲學堅持“物質(zhì)是第一性的，認識是第二性，認識是生命客體對客觀物質(zhì)世界的反映”。這意味著，辯證唯物主義的基礎是承認存在一個獨立于認識之外的客觀世界。
其實，以愛因斯坦為代表的大部分主流科學群體也認為，“相信有一個獨立于感知主體的外在世界是所有自然科學的基礎”。在自然科學研究者看來，存在一個客觀世界是一件自然而然的事，這與古典哲學的唯物論是相當契合的。然而，量子力學建立后，以玻爾為代表的哥本哈根學派提出了一種如今被稱為“哥本哈根詮釋”的量子力學詮釋，這對物質(zhì)意識關(guān)系提出了新的哲學挑戰(zhàn)。他們認為，經(jīng)典的認識主體通過經(jīng)典測量儀器觀察微觀世界，不可避免地引起量子力學的“波包塌縮”。由此導出，人類（觀察者）的認識創(chuàng)造了微觀世界，粒子屬性并非客觀存在。因此，電子之所以成為粒子是主觀測量的結(jié)果，認識和物質(zhì)世界是不可分的。有鑒于此，有人甚至宣稱“月亮在被觀測前實際上是不存在的”。
玻爾等提出的量子力學哥本哈根詮釋的核心思想是二元論的：量子力學描述微觀世界必須輔以外部的不服從量子力學的經(jīng)典世界，引發(fā)波包塌縮。然而，愛因斯坦、薛定諤等并不認同哥本哈根學派的觀點，堅持對整個世界的一元論描述。近?20—30?年，溫伯格、格里菲斯和蓋爾曼等也堅持“微觀系統(tǒng)及其包括儀器和觀察者的整個外部，都必須服從量子力學的幺正演化，無須引入不服從量子力學的經(jīng)典儀器，最后讓主觀意識導致波包塌縮”。沿循這個方向，測量過程的量子力學研究，80?余年來積累了大量成果，基本動搖了哥本哈根學派的論證根基，維護了量子力學作為“物質(zhì)一元論”的“尊嚴”。
20?世紀?90?年代伊始，針對“量子力學”的哥本哈根版本對物質(zhì)和認識關(guān)系是否構(gòu)成真正的哲學挑戰(zhàn)，筆者從量子力學基本問題的研究入手，開展了具體而系統(tǒng)的科學研究，基本上明晰了什么是微觀世界測量結(jié)果的客觀性（亦即微觀客觀性），以及為什么認識主體必須具有宏觀特性才能導致經(jīng)典概率性的觀察結(jié)果（系統(tǒng)-儀器的經(jīng)典關(guān)聯(lián)）。這些研究佐證了愛因斯坦、薛定諤、溫伯格、格里菲斯和蓋爾曼等的真知灼見。我們通過帶有普適性的具體例子，演示了如何在保證幺正性的量子力學框架下，無須引入波包塌縮正確地描述量子力學的測量過程。特別是，我們檢驗了那些聲稱驗證了波包塌縮的量子?Zeno?效應實驗，并設計了相關(guān)的實驗來檢驗量子測量理論中超越哥本哈根詮釋的理論預言——臨界測量時間，進而從實驗上否定了意識決定微觀客體屬性的主觀斷言。
從科學哲學的角度看，筆者與合作者系列研究工作的科學結(jié)論與卡爾?·?波普爾的“三個世界”理論有諸多思維邏輯上的契合。本文將重點論述筆者與合作者開展的關(guān)于量子力學測量理論的研究與波普爾哲學的關(guān)系，并嘗試從量子力學現(xiàn)代理論的角度理解波普爾“三個世界”理論中的世界?3——客觀知識世界。
本文的分析基于沒有波包塌縮的量子測量理論及其實驗，是多世界詮釋和量子達爾文主義的發(fā)展和延伸。從哲學上講，理論采用“物質(zhì)一元論”描述微觀物質(zhì)世界的客觀屬性。我們把宇宙物質(zhì)世界分成兩部分——欲研究的微觀系統(tǒng)（S）和包括觀察者在內(nèi)的宏觀外部世界（E），它們都屬于世界?1。S?和?E?的特殊相互作用引起信息從?S?到?E?的等能單向流動，形成了?E?對?S?的非破壞測量，而且沒有能量交換。E?的宏觀性意味著?E?是多組分的；其每個組分測量?S?的某一屬性，得到相同結(jié)果，這意味著包括諸多觀測者的外部世界形成了關(guān)于?S?的客觀知識，從此?S?的客觀屬性就被確定下來。這種“物質(zhì)一元論”描述的微觀世界，其客觀性不再如哥本哈根量子力學詮釋所言，必須有外部認識主體的意識加以保證。
以上關(guān)于微觀世界客觀性的理解契合了波普爾的哲學觀點：在物理世界（世界?1）和主觀世界（世界?2）之外，存在客觀的（思想）知識世界。主觀世界（世界?2）不能代表客觀知識。由各種感知構(gòu)成的世界?2?是微觀物質(zhì)世界（世界?1′）與世界?2?的物化載體世界（世界?2′）相互作用的結(jié)果，可以表達為微觀世界與載體世界間形成量子關(guān)聯(lián)（糾纏），但這種關(guān)聯(lián)具有不確定性。世界?1′?和世界?2′?都屬于物質(zhì)世界（世界?1）。
需要指出的是，這種量子關(guān)聯(lián)可以理解為載體物質(zhì)對微觀系統(tǒng)實施的預測量，結(jié)果只是代表某種感知，其全體構(gòu)成感知世界（Z），而?Z?中具有客觀性的部分就是我們關(guān)于微觀系統(tǒng)的客觀知識世界（世界?3）；Z?中不具有客觀性部分，就是波普爾的主觀世界（世界?2）（圖?1）。因此，我們從量子測量理論的角度，明確定義了什么是關(guān)于微觀世界的客觀知識。
圖 1 波普爾的世界圖景
以上我們對波普爾客觀知識世界的“量子”解讀，不依賴于波包塌縮的假設，這個事實反過來也預示了波函數(shù)描述的微觀屬性是客觀的。我們可以把客觀知識世界當成通過知識進化形成的連接世界?1′?和世界?2?的中介，它的存在導致了信息從世界?1′?到世界?2?物化載體的單向流動（圖?2）。
圖 2 波普爾“三個世界”關(guān)系
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量子力學測量客觀性詮釋的哲學解讀
關(guān)于量子力學哲學問題的討論與爭論通常集中在波函數(shù)是否具有本體論（ontology）的地位，是否可以代表物理實在（reality）。但自玻恩給出波函數(shù)概率詮釋伊始，波函數(shù)就開始被僅僅視為一個推斷觀察結(jié)果的數(shù)學工具，而非具有客觀屬性的物理實在，因而波函數(shù)也僅僅具有認識論（epistemology）的地位。愛因斯坦認為，當時的量子力學框架是認識論的，但最終會從一個終極的底層量子本體論推導出來，而這個量子本體論應當描述物理實在。事實上，沿著量子力學趨向本體論的發(fā)展方向，歷史上有?3?種量子力學詮釋。
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哥本哈根詮釋
玻爾對波函數(shù)詮釋也是認識論的，但他的出發(fā)點與愛因斯坦不同，其結(jié)果否定了微觀世界的客觀屬性。玻爾認為，量子力學不能獨立地描述微觀屬性，它對微觀世界的刻畫必須依賴包含不服從量子力學幺正性經(jīng)典儀器的外部經(jīng)典世界。其后不久，馮?·?諾依曼引入波包塌縮，從數(shù)學上對語意不清、玻爾風格的哥本哈根詮釋表述進行了精確化描述：微觀系統(tǒng)必須輔以經(jīng)典儀器這一要求，數(shù)學上表達為波包塌縮，它中斷了波函數(shù)的幺正演化，測量使得波函數(shù)終結(jié)到一個“本體”的本征態(tài)上。需要指出的是，馮?·?諾依曼采用量子力學幺正性地描述儀器的做法本身是“物質(zhì)一元論”的。但他的“物質(zhì)一元論”和“本體論”并不徹底，這導致魏格納建議了所謂的馮?·?諾依曼儀器鏈：在鏈終端上，最后的觀察需要主觀意識引發(fā)“系統(tǒng) 儀器鏈”的聯(lián)合波包塌縮。
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玻姆的隱變量詮釋
玻姆認為，波函數(shù)在認識論意義下給出的概率描述，本質(zhì)是忽視了微觀系統(tǒng)具有的但沒有被考慮的隱變量的存在。由于觀察者無法分辨由隱變量細分的底層量子狀態(tài)，就只能對微觀系統(tǒng)進行粗略的描述。這種粗?；瘜е铝送ㄟ^波函數(shù)進行的描述是概率性的。需要強調(diào)，隱變量詮釋并不介意是主觀概率還是客觀概率的，細化的波函數(shù)只是被當成隱變量的分布函數(shù)。
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埃弗瑞特（H. Everett）的多世界詮釋
埃弗瑞特?1955?年建議一個具有實在論意義的宇宙波函數(shù)-相對態(tài)（relative state），描述了包括微觀系統(tǒng)及其所有外部要素的整體。給定基矢后，宇宙波函數(shù)是一個多體疊加態(tài)，其每一個分支對應一個被外部要素（如觀察者、環(huán)境、儀器等）確定的微觀態(tài)，因此它又是本體論的：處在這個分支中的觀察者認識到這個態(tài)、處在這個分支中的儀器測量到這個態(tài)。多世界詮釋無須引入任何量子力學以外的假設，可以自證不同分支上的觀察者不能互通信息。這種邏輯的證明并非形而上學，正如基于夸克的量子色動力學（QCD）可以通過夸克禁閉和漸進自證沒有自由夸克出現(xiàn)一樣。多世界詮釋在量子宇宙學中得到廣泛的應用，因為在一元論的框架下，它無須外部經(jīng)典觀察者波包塌縮，就可以說明為什么量子引力可以回歸經(jīng)典的廣義相對論。
這?3?種量子力學詮釋在科學發(fā)展的歷史上有不同的境遇和命運。原教旨的玻姆隱變量詮釋被?Bell?不等式的實驗所否定；哥本哈根詮釋中的波包塌縮因其在一元論和二元論搖擺的困境，多年被物理學界乃至哲學界詬病，特別是對于它誤導的精神-物質(zhì)不可分的斷言，人們異議更多。事實上，波普爾在?1934?年出版的《研究的邏輯》（英文再版重命名為《科學發(fā)現(xiàn)的邏輯》）就對波包塌縮提出了嚴肅質(zhì)疑。波普爾把量子力學波函數(shù)詮釋問題歸結(jié)為基于分布的條件概率演算問題，不確定性關(guān)系只是來自?1?個實驗中?1?組粒子的分布，與測量無關(guān)，自然就不存在波包塌縮。而把任何結(jié)果經(jīng)典的概率性實現(xiàn)視為一種本體論的波包塌縮百害而無一利。
在我們的量子測量理論中，物質(zhì)宇宙被分為兩部分，被研究的系統(tǒng)?S?和它的外部世界?E。E?可以包括測量儀器?A、不同的觀察者?Oj（j=1,2,…N），以及它們所處的的環(huán)境。關(guān)于波函數(shù)的詮釋我們采用多世界理論作為出發(fā)點，并更加關(guān)注研究的物理對象——量子力學描述的粒子構(gòu)成的整個物質(zhì)世界。從當代哲學角度看，我們發(fā)展的量子力學詮釋可視為“物質(zhì)一元論”或“物理一元論”，溫伯格等也堅持這樣的觀點：對于所研究的微觀世界而言，它的環(huán)境和觀察者也必須由量子力學的幺正性演化描述，而絕非如玻爾所言，必須由一個經(jīng)典的外部引發(fā)波包塌縮。
在我們采用的“物質(zhì)一元論”模型中，微觀系統(tǒng)?S?和它的外部世界?E?都服從幺正演化的量子力學?。外部世界中的理想的測量儀器?A?與系統(tǒng)?S?相互作用，能夠使得儀器?A?對系統(tǒng)?S?提取信息，但?S?不與?A?交換能量，改變自己的能量狀態(tài)。A?的存在會導致?S?與每個觀察者?Oj?之間形成相同的經(jīng)典關(guān)聯(lián)（相對于一樣基矢，關(guān)聯(lián)系數(shù)一樣）（圖?3）。這意味著不同觀察者測量得到相同的結(jié)果，從而斷言這個測量（相對于給定的力學量）結(jié)果是客觀的。
圖 3 多個觀察者形成對微觀系統(tǒng)的客觀測量
我們的分析進一步理論表明，上述多方測量的客觀性，要求相互作用能夠形成多模的?GHZ?態(tài)
其中，丨On〉= ∏Nj=1丨Ojn〉是觀察者總體的狀態(tài)。這里不必要求每一個因子內(nèi)部態(tài)都正交，但因子化結(jié)構(gòu)在宏觀極限下（N?趨近無窮），使得與每個系統(tǒng)態(tài)關(guān)聯(lián)的觀察者整體的態(tài)丨On〉正交。因此，約化掉儀器?A?和其他觀察者的自由度可以形成??S?和?Oj?之間的經(jīng)典關(guān)聯(lián)
我們進一步證明，保證上述經(jīng)典關(guān)聯(lián)形成所需的相互作用（哈密頓量?V）是非破壞的，即不引起系統(tǒng)能量狀態(tài)的改變。
在客觀量子測量理論中，儀器的另一個作用是充當不同觀察者之間校對測量結(jié)果的工具，實現(xiàn)了不同觀察者測量的統(tǒng)一標準，正如經(jīng)典測量必備標度一樣的尺子。當我們不計系統(tǒng)?S?和?A?的狀態(tài)，則?Oi?和?Oj之間形成形如上述公式的經(jīng)典關(guān)聯(lián)。這個關(guān)聯(lián)意味著?Oi和?Oj可以對比它們對微觀系統(tǒng)?S?的測量的結(jié)果，并取得了一致性意見。
以上分析表明，作為“物質(zhì)一元論”，我們發(fā)展的理論摒棄了波包塌縮的主觀臆想，繼承和發(fā)揚了量子力學多世界詮釋的精髓部分。我們對多世界詮釋發(fā)展的要點是強調(diào)什么是客觀的量子測量，什么是觀察者整體的宏觀性，及其對動力學耦合方式的具體要求。需要指出的是，上述討論特別強調(diào)了測量儀器的作用：它提供了觀察者測量微觀系統(tǒng)的知識工具，選擇了可以客觀存在微觀系統(tǒng)的基本屬性，并且搭建了溝通微觀世界和認識主體的知識橋梁。因此，在一定程度上來看，儀器是建立微觀系統(tǒng)客觀知識的關(guān)鍵。
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微觀世界客觀知識的量子論基礎
作為?20?世紀最偉大的思想之一，波普爾對人類面對的復雜世界進行了一次理性劃分：作為世界?1?的物質(zhì)世界、依托認識主體的精神世界（世界?2）、作為人類認識產(chǎn)物的客觀知識世界（世界?3）?？茖W理論屬于世界?3。波普爾對世界的劃分充分體現(xiàn)了他本人認識世界所堅持的實在論觀點——堅持承認外部世界（包括知識在內(nèi)）是客觀實在的立場。波普爾認為，實在論不但與科學一致，也符合人們常識；否認外部存在的主觀主義要對物理發(fā)展停滯的局面負責，“只有堅持把實在論作為科學研究綱領(lǐng)，物理學的大發(fā)展才有可能”。
把客觀知識（世界 3）與世界?1?一樣作為客觀實在是波普爾的觀點，也是他的立場。在波普爾看來，世界?1?是物理和物質(zhì)的世界，物質(zhì)、能量乃至生命有機體都屬于這個世界，而世界?2?則包含心理、意識、感覺甚至幻想等思維現(xiàn)象。盡管世界?2?物化載體的世界?2′?屬于世界?1，但世界?1?不能完全取代世界?2。世界?3?也屬于精神認識領(lǐng)域，但它是其中客觀的部分，不依賴于個體的意識和幻想。書籍和圖書館承載的人類知識即歸屬世界?3，這是人類的共識。世界?3?具有固定性，可以物化，可以傳承，也可以作為外來文明根據(jù)邏輯關(guān)系加以破譯。而世界?2?具有流動和不定性，無規(guī)律可循。例如，自由意志就難以物化。如果我們類比量子測量理論，把不定性的感知作為世界?1′?和世界?2?物化載體的世界?2′?相互作用形成世界?1′-2′?量子糾纏的結(jié)果，其中環(huán)境迫使它變成確定的經(jīng)典關(guān)聯(lián)就是客觀知識。
如果哲學不能在精神感知非物化領(lǐng)域區(qū)分出主觀世界（世界?2）和客觀知識世界（世界?3），波普爾的理性劃分是沒有意義的。為了克服這個哲學上的挑戰(zhàn)，波普爾提出了知識進化論（evolution）的觀點；他在回答客觀知識是如何產(chǎn)生這樣重大哲學問題，用科學的方法論代替?zhèn)鹘y(tǒng)的哲學認識論，從進化論的視角看待人類知識產(chǎn)生。與傳統(tǒng)認識論方法簡單地區(qū)分主觀和客觀、精神與物質(zhì)的模式不同，波普爾不是簡單地把精神感覺的東西對應于主觀世界，而是通過內(nèi)稟的證偽和反駁過程，通過多人多次不斷試錯，從精神和感覺中進化出有人類共識的客觀知識。
波普爾認為，作為人類知識長期進化的產(chǎn)物，客觀知識的進化也是達爾文式的，即：由無生命的物質(zhì)進化出有機物，然后進化出生命，之后有感覺精神層面上的東西，最后進化出客觀知識。對于不同的個體而言，可能千差萬別，但通過自然試錯，與外部世界比對，能夠正確刻畫世界?1?的感知作為共性的東西保留下來，而那些與世界偏差大的“知識”被淘汰，最后保留下來的精神感覺為不同的認識主體所認可，形成了客觀知識。與量子測量理論類比，為了形成關(guān)于微觀系統(tǒng)的客觀知識，多個觀察者一起獨立地測量微觀系統(tǒng)，等價于同一個觀察者在不同時序上多次觀察（校驗）相對穩(wěn)定的微觀客體。其實，根據(jù)維納-辛欽（Wiener-Khinchin）定理，對穩(wěn)態(tài)系綜測量的統(tǒng)計平均等價于對?1?個單一系統(tǒng)多次測量的時間平均（圖?4）。因此，在時間域上的進化和在空間域上自然選擇在這個意義下是一致的。
圖 4 維納 - 辛欽關(guān)于穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)計平均與單一系統(tǒng)時間
平均等價
以上關(guān)于“三個世界”劃分及其客觀知識世界（世界?3）產(chǎn)生和進化的描述，與量子測量理論對測量客觀性及其量子達爾文主義的陳述完全一致。這種契合絕不是偶然，它事關(guān)如何站在微觀角度、從量子力學出發(fā)描述微觀世界知識產(chǎn)生的根本問題，以及如何從基本物理學的角度去佐證哲學上客觀知識的物化存在；進而，啟發(fā)我們進一步理解量子力學波函數(shù)詮釋的物理意義，如何對待量子力學中的測量問題，以及如何認識微觀世界基本屬性的客觀存在。
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微觀世界的客觀知識的量子進化
量子力學多世界詮釋本質(zhì)上是本體論的，是我們發(fā)展現(xiàn)代量子測量理論的出發(fā)點。通常把測量理解為相互作用產(chǎn)生儀器和被測系統(tǒng)間經(jīng)典關(guān)聯(lián)，它給出關(guān)于人們通過儀器得到系統(tǒng)的廣義知識。然而，經(jīng)典關(guān)聯(lián)和量子糾纏都是依賴于基矢選擇，也就是說測什么樣的物理量，而這些物理量反映了微觀系統(tǒng)的客觀屬性。然而，微觀屬性通常不是事先預設好的。今天看來，1922?年完成的斯特恩-蓋拉赫（Stern-Gerlach）實驗（圖?5）本質(zhì)上用底片上空間的亮斑點測量了銀原子的自旋（1925?年提出）?？瓷先ピ搶嶒災J了自旋是粒子（電子）的一個客觀屬性，但當年斯特恩-蓋拉赫實驗完成前并未明確電子有自旋的這種屬性，只是原子在磁場中的取向量子化是事先知道的，基態(tài)銀原子基態(tài)軌道角動量為零，“取向”就只能由自旋實現(xiàn)了，于是自旋這個屬性就被展現(xiàn)出來。因此，作為電子的一個客觀屬性，自旋的概念是進化出來的。
圖 5 斯特恩 - 蓋拉赫實驗與電子自旋的客觀屬性
談論微觀系統(tǒng)?S?的客觀屬性如何進化和衍生（emerge）出來，離不開量子客觀性的一般討論——量子達爾文主義。由于不同于經(jīng)典系統(tǒng)屬性不受測量的影響，微觀系統(tǒng)的屬性事先人們并不知曉。Zurek?等認為，微觀系統(tǒng)的客觀屬性不能事先預設，而是把各種性質(zhì)置于其外界包括各種觀察者的環(huán)境加以比較選擇，那些與外界互信息最大的自由度就是微觀系統(tǒng)?S?的客觀屬性。在我們發(fā)展的理論中，廣義的環(huán)境?E?可看成由?N?個獨立觀察者組成，S?與?E?互信息最大，意味著它與每個觀察者獨立形成了最大的經(jīng)典關(guān)聯(lián)，也就是說多個觀察者測得了相同的結(jié)果，實現(xiàn)了對?S?的客觀量子測量。如前者所述，把“多個觀察者共同觀測到相同的結(jié)果”這一客觀測量與“一個觀察者對有規(guī)律演化的微觀系統(tǒng)在時間序上進行?N?次測量”等同。這意味著一個觀察者可以通過多次觀測獲得微觀世界的客觀知識，這與波普爾知識進化的圖景完全一致。
一方面，無論是我們發(fā)展的客觀的量子力學測量理論，還是波普爾的知識進化理論，都存在類似于“先有雞還是先有蛋”的形而上學問題。先根據(jù)實驗和經(jīng)驗指定?P?是世界?1?的屬性，通過多方共同或單方多次觀察確定客觀性程度，從而判定測量是否客觀。屬性?P?是否具有客觀性卻是由測量本身是否客觀來定義，一定程度上存在邏輯自洽的問題。波普爾建議用“試錯、證偽”的辦法解決這個邏輯循環(huán)問題?。物理上，我們先假定了?S?具有屬性?P0?，在?P0?的基矢下，檢驗是否有客觀的測量結(jié)果；如果存在偏差，就根據(jù)它修正?P0?為?P1，P2，······，直至最后得到?P。這個思想方法對于進一步發(fā)展客觀的量子測量理論有重要啟發(fā)作用。
另一方面，我們發(fā)展的理論可以對波普爾基于客觀多元論的“三個世界”理論給出“物質(zhì)一元論”的解讀：相對于微觀世界?S，包括所有觀察者在內(nèi)的外部?E?載體也是物質(zhì)，認識和感知微觀世界?S?可以看成?S?與?E?的相互作用產(chǎn)生的?S?與?E?之間復雜的關(guān)聯(lián)。特殊相互作用可以導致?E?對?S?認知是客觀的——不同觀察者測得了相同的微觀屬性，從而導致了世界?3（客觀知識）的產(chǎn)生。至于如何選擇欲研究的微觀屬性，我們需要波普爾倡導的在一個時序上試錯和證偽。
這個試錯式證偽的方法，對于穩(wěn)態(tài)系綜相當于量子達爾文主義。什么是系統(tǒng)?S?的微觀屬性由整個外部環(huán)境決定，而外部環(huán)境有冗余的自由度，可分成若干個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)?Oj?相當于一個觀察者，其他的觀察者子系統(tǒng)使得?Oj?與?S?的交互信息相對于給定這個基矢作為本征態(tài)，對應觀察量就代表了微觀客體的基本屬性。
總之，在我們描述的世界圖景中，微觀世界是一個物理實在，認識主體也是物理實在。怎樣區(qū)分兩種物質(zhì)實在的差別需要考慮量子退相干與不可逆性：信息的流動方向所指地方就是衍生認知功能的認識主體，它具有宏觀不可逆的特征。事實上，我們想象有?N?個獨立的觀察者?Oj（j=1,2,…N）共同測量系統(tǒng)?S，他們各自通過與?S?的相互作用觀測?S?的某種屬性。由于幺正演化導致?S-Oj?糾纏態(tài)以不同周期的快速隨機變化，每個?Oj?與?S?產(chǎn)生的最大經(jīng)典關(guān)聯(lián)的時刻不同（圖?6a）。因此，觀察者間的細微差異使得它們不能在同一時刻獲得最大信息。因此平均地看來，信息展示了認知的不對稱性、不可逆地流向認識主體（圖?6b），而各自信息同時回歸的可能性極小。
圖 6 信息單向流的形成與認知
另外，伴隨信息流動的不可逆過程，對于作為開放系統(tǒng)的微觀世界，觀察和測量過程從純態(tài)的微觀世界提取負熵——信息，從而是一個熵增加過程。認識主體的宏觀性引發(fā)了這種不可逆性?？陀^性要求必須有宏觀多的觀察者（N→∞），導致了量子系統(tǒng)的退相干。最近有人宣稱人類的認識中的第六感與量子糾纏有關(guān)，因為量子糾纏在生命系統(tǒng)中已經(jīng)存在了千百萬年。然而，人作為認識主體必須是宏觀的。已有研究表明，宏觀物質(zhì)相干性（量子糾纏是一種多體量子相干，更不易存活）在?10?23?時間尺度上完全消失了。
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結(jié)語：當代哲學與量子力學融合在微觀世界
本文從量子測量客觀性的具體科學研究工作出發(fā)，探討了如何基于“物質(zhì)一元論”解讀波普爾“三個世界”哲學中客觀知識世界（世界?3）的科學內(nèi)涵。筆者的研究與探索有雙重意義：
1. 對于量子力學詮釋而言，波普爾的客觀知識世界產(chǎn)生與進化機制研究，啟迪我們可以從“試錯、證偽”的進化觀點入手去發(fā)現(xiàn)微觀世界的客觀屬性，從哲學上的知識進化的視角理解量子達爾文主義，從而幫助我們在量子力學的觀念框架中排除了“二元論”的波包塌縮假說，消除被不少人誤解的“量子力學支持精神物質(zhì)不可分”的荒誕結(jié)論。
2. 從科學哲學的角度看，聯(lián)系波普爾“三個世界”哲學基礎，我們對微觀系統(tǒng)客觀知識世界給出了“物質(zhì)一元論”的解讀——通過量子測量客觀性理論的分析，強調(diào)了世界?3?必須有物化載體的觀念。這種載體與世界?1?的一部分相互作用，形成不定性的糾纏或關(guān)聯(lián)，構(gòu)成了精神感知的集合，其中客觀和不客觀（通過量子力學嚴格定義）的部分分別構(gòu)成了世界?3?和世界?2。信息在“三個世界”中傳播和流動，流動指向感知世界的載體——?一個特別的物理世界。
筆者的研究和探索還表明，現(xiàn)代哲學與自然科學之間的關(guān)系，不是指導和被指導關(guān)系，而是相互依存、相互促進。認為具體科學研究中哲學無用的論點不僅失之偏頗，而且狹隘短見；對自然科學研究提出的認識論等方面問題的不屑和無力一顧，則會使中國當代哲學的發(fā)展流于空泛，加大我國科學哲學落后于世界的距離。其實，對于哲學上的新觀念、新思想，現(xiàn)代科學可以給出基于具體理論，甚至科學實驗上的“可證偽”學術(shù)支撐；對于自然科學中面臨的基本問題，當代哲學可以幫助科學家們在“山窮水盡疑無路”之時“仰望星空”，進入從根本上解決問題“柳暗花明又一村”的新境界。
致謝
感謝張慧琴在文字寫作方面的諸多協(xié)助，感謝30余年在量子力學基礎研究的艱辛探索中許多與筆者長期合作的學生和同事，也感謝劉闖和郝劉祥對本文提出的非常有價值的學術(shù)意見。
孫昌璞 中國科學院院士，發(fā)展中國家科學院院士。中國工程物理研究院研究生院院長，北京計算科學研究中心教授。長期從事量子物理、數(shù)學物理及量子信息基礎理論研究。近年主要從事有限系統(tǒng)和生命過程中的量子相干效應和復雜系統(tǒng)的可靠性等研究，積極探索國家需求牽引的基礎研究模式創(chuàng)新。國家自然科學基金委員會委員和國家自然科學基金第七屆“理論物理?？睢睂W術(shù)領(lǐng)導小組組長，中國科學院哲學研究所學術(shù)委員會主任。組織參與我國物理學科戰(zhàn)略規(guī)劃工作，如《未來?10?年中國學科發(fā)展報告·物理學》《國家自然科學基金委員會物理領(lǐng)域“十三五”規(guī)劃》等。發(fā)表學術(shù)論文?300?余篇，被引用近?14000?次。榮獲國家自然科學獎二等獎和美國科學信息研究所（ISI）“經(jīng)典引文獎”等獎勵，以及全國先進工作者等榮譽稱號。
文章源自：
孫昌璞.量子力學詮釋與波普爾哲學的“三個世界”.中國科學院院刊,2021,36(3):296-307.
總監(jiān)制：楊柳春
責任編輯：張帆
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排版：曹藝璇
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