为什么量子力学看起来如此奇怪？
为什么量子力学看起来如此奇怪？
量子力学自诞生以来，一直是物理学中最神秘且最具争议的领域之一。它不仅在科学界引发了广泛的讨论，也激发了公众对宇宙本质的无限想象。然而，量子力学的许多基本概念，如波函数坍缩、叠加态等，却让很多人感到困惑。最近，物理学家Carlo Rovelli提出了一种新的量子力学解释方法，试图从信息论的角度重新理解这一理论。
量子力学的“解释问题”
量子力学自诞生以来，虽然非常成功，但它的解释一直让人感到困惑。比如，为什么测量会导致波函数坍缩？为什么不同的观察者会对同一个系统给出不同的描述？这些问题让很多物理学家感到不安。
Rovelli认为，这种不安感可能源于我们使用了一个不恰当的概念——“观察者独立的系统状态”。换句话说，我们假设系统的状态是绝对的，不依赖于谁在观察它。但在量子力学中，这个假设可能是不成立的。
信息论视角
Rovelli提出，量子力学应该被理解为一种关于系统间相对信息的理论。也就是说，系统的状态并不是绝对的，而是依赖于观察者所掌握的信息。
他通过一个例子来说明这一点：假设有两个观察者，一个在测量一个量子系统，另一个在观察这个测量过程。第一个观察者会看到系统的状态坍缩到一个确定的结果，而第二个观察者则会看到系统的状态仍然处于叠加态。这两种描述都是正确的，但它们依赖于不同的观察者所掌握的信息。
三个基本假设
Rovelli提出了三个基本假设来重构量子力学：
- 所有系统都是等价的：没有观察者与被观察者的区分，任何系统都可以被视为观察者或被观察者。
- 信息是系统间的相关性：一个系统拥有关于另一个系统的信息，意味着这两个系统的状态是相关的。
- 量子力学是完整的：量子力学提供了对物理世界的完整描述，不需要引入额外的“隐藏变量”或其他机制。
量子力学重构
基于这三个假设，Rovelli展示了如何从信息理论的角度重构量子力学的形式体系。他通过引入“问题”和“信息”的概念，重新推导了量子力学中的希尔伯特空间结构、叠加原理和概率规则。
他还讨论了量子力学中的时间演化，认为时间演化可以理解为问题集上的结构变化。
对传统状态概念的批判
Rovelli的理论挑战了传统的“绝对状态”概念。他认为，量子力学中的状态并不是一个客观存在的实体，而是依赖于观察者所掌握的信息。
这一观点与其他量子力学解释（如玻尔的“哥本哈根解释”、多世界解释等）有所不同。Rovelli的理论不假设经典世界的存在，也不涉及波函数的分支，而是强调观察者之间的相互关系和信息交换。
量子问题的新视角
在量子测量问题上，Rovelli认为波函数的“坍缩”并不是某种神秘的物理过程，而是由于观察者没有考虑系统与自身的相互作用。换句话说，测量过程中的“坍缩”只是观察者视角的变化，而不是系统本身的物理变化。
总结
这篇文章的核心思想是：量子力学描述的是系统间的相对信息，而不是绝对的物理状态。Rovelli通过信息理论的角度重构了量子力学，试图解决量子力学中的“解释问题”，特别是量子测量问题。他的理论挑战了传统的绝对状态概念，提供了一种新的理解量子力学的方式。
通俗来说，Rovelli认为，量子力学中的“奇怪现象”（如叠加态、测量坍缩等）并不是因为量子世界本身有多神秘，而是因为我们错误地假设了系统的状态是绝对的。如果我们接受“状态是相对的，依赖于观察者所掌握的信息”这一观点，量子力学就会变得更容易理解。