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信息是有限的

时间:2022-02-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:物质与光的分立性是量子理论的核心,然而它并不是德谟克利特凭直觉领悟到的那种分立性。对德谟克利特而言,原子就像是小石子,而在量子力学中,粒子可以消失与重现。然而,量子力学告诉我们,在5厘米和6厘米之间,振幅存在有限多的可能取值,因此关于钟摆我们所遗漏的信息是有限的。无穷是有限的,是理论的第一个重要方面,这正是德谟克利特窥见的自然的分立性。

现在我们可以试着得出一些结论,来看看量子力学到底告诉了我们关于世界的哪些信息。这并不是项容易的工作,因为量子力学在概念上不是十分清晰,其真正含义仍然存在争议;但我们很有必要弄清楚,并且继续前行。我认为量子力学揭示了事物本性的三个面向:分立性、不确定性与世界结构的相关性。让我们更仔细地审视这些内容。

首先是自然界中基本分立性的存在。物质与光的分立性是量子理论的核心,然而它并不是德谟克利特凭直觉领悟到的那种分立性。对德谟克利特而言,原子就像是小石子,而在量子力学中,粒子可以消失与重现。但世界本质的分立性这一观念的根源仍然可以在古典原子论里找到。数个世纪的实验、有力的数学验证、做出正确预测的出众能力使量子力学的地位得到巩固,这是对伟大哲学家阿夫季拉对事物本性的深刻洞见的真正认可。

假设我们对一个物理系统进行测量,发现系统处在某个特定状态。例如,我们测量钟摆的振幅,发现它有个特定值——比如在5厘米和6厘米之间(物理学中没有测量是完全精确的)。在量子力学以前,我们可以说,由于在5厘米和6厘米之间有无穷多可能的取值(比如5.1、5.101或者5.101001……),因此钟摆可以有无穷多的运动状态(关于钟摆的状态,我们未知的数量仍然是无穷多的)。

然而,量子力学告诉我们,在5厘米和6厘米之间,振幅存在有限多的可能取值,因此关于钟摆我们所遗漏的信息是有限的。

这点基本上是普遍适用的。[28]因此,量子力学的第一个含义就是,系统内部能够存在的信息有一个上限:系统所处的可区分状态的数量是有限的。无穷是有限的,是理论的第一个重要方面,这正是德谟克利特窥见的自然的分立性。普朗克常量h衡量了这一分立性的基本尺度。

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