量子理论的哲学问题（一）

本文概述了量子理论提出的哲学问题，旨在指出哲学斯坦福州斯坦福州百科全书中的其他条目更深入的治疗。

1.简介

2.量子理论

2.1量子州和古典国家

2.2量子力学与量子场理论

2.3量子态进化

3.纠缠，非划分和不可脱离性

4.测量问题

4.1制定的测量问题

4.2测量问题的方法

4.3扩展的Wigner的朋友情景作为禁止定理的来源

4.4失控的作用

4.5测量问题方法的比较

5.本体论问题

5.1量子州现实主义的问题。

5.2量子态的本体类别

6.量子计算和量子信息理论

7.量子力学和超越的重建

参考书目

学术工具

其他互联网资源

相关条目

1.简介

尽管其作为当代物理的核心部分地位，但物理学家或物理学家之间没有共识，如果有的话，如果有的话，量子理论的实证成功是告诉我们物质世界。 这引起了称为“量子力学解释”的哲学问题的收集。 这个术语不应该误导，以认为我们拥有的是一个没有与物理世界的联系的无解释的数学形式主义。 相反，存在共同的操作核心，该核心由食谱组成，用于计算对经过某些国家准备程序的系统进行的实验结果的概率。 通常称为不同“解释”的量子力学的不同“解释”在普通核心添加了什么。 两种主要方法，隐藏变量理论和崩溃理论，涉及与标准量子力学不同的物理理论的配方; 这使得“解释”术语甚至更不合适。

与量子理论中心相关的大部分哲学文献对我们是否应该解释理论或其合适的扩展或修订，在现实主义术语中，如果是的话，那么应该如何完成。 对所谓的“测量问题”的各种方法提出了对这些问题的不同答案。 然而，有哲学兴趣的其他问题。 这些包括Quantum NonoCity的轴承对我们对时空结构和因果关系的理解，量子状态的本体主义性特征的问题，量子力学对信息理论的影响，以及衡量与其他理论的衡量理论的任务，实际和假设。 在下文中，我们将触及每个主题，主要目标是提供进入相关文献的进入，包括这些主题的斯坦福州百科全书条目。 在本入口中触及的许多问题的当代观点可以在物理学哲学（Knox和Wilson，Eds。，2021）中找到了在德德利伴侣中找到的 量子解释历史的牛津手册（Freire，等。Eds。，2022）包含关于这些问题讨论史的论文。

2.量子理论

在本节中，我们介绍了量子理论的简要介绍; 有关更详细的介绍，请参阅量子力学的条目。

2.1量子州和古典国家

在古典物理学中，任何物理系统都与状态空间相关联，该状态空间表示将值分配给表征系统状态的动态变量的可能方式。 对于大量自由度的系统，系统状态的完整规范可能是不可用的或笨重的; 古典统计力学通过调用系统的状态空间的概率分布来涉及这种情况。 将除一个或零以外的任何概率分配的概率分布被认为是系统状态的不完整规范。 在量子力学中，事情不同。 没有量子状态为所有物理量指定了确定的值，并且建立了理论的标准制定中的概率。

在制定某些系统的量子理论时，通常始于汉密尔顿人或拉格朗日制定的该系统的经典机械理论。 在汉密尔顿的古典机制的制定中，系统的配置由一组坐标表示。 这些可以是例如一组点粒子中的每一个的位置，但是人们还可以考虑更多的一般情况，例如指定刚体的取向的角坐标。 对于每个坐标，存在相关的共轭动力。 如果坐标指示某些对象的位置，则与该坐标的动量可以是我们通常称之为“动量”的动量，即身体的速度乘以其质量。 如果坐标是一定的角度，则缀合物的动量是角动量。

通过首先将与运营商的动态自由度相关联来建造物理系统的量子理论。 这些是定义乘法和添加的操作的数学对象，以及通过真实和复杂的数字乘法。 另一种说明这一点是，这组运营商形成了代数。 通常，据说操作者代表可观察，并且据说在系统上进行实验结果以产生一些可观察到的值。 如果存在一些可能的实验，则据说两个或更多个可观察到的可观察到可以同时产生所有实验。 其他需要相互排斥的实验; 据说这些是不相容的。

当然，在经典理论中，定义状态的动态量也形成了代数，因为它们可以乘以和添加，并且乘以真实或复数。 量子力学与经典机制的不同之处在于运营商的乘法顺序可以产生差异。 也就是说，对于一些运营商A，B，产品AB不等于产品BA。 如果ab = ba，则据说运营商通勤。

用于构造给定物理系统的量子理论的配方规定了代表系统动态变量的操作者之间的代数关系。 兼容的可观察到与彼此通勤的运算符相关联。 代表共轭变量的操作员需要满足所谓的规范换向关系。 如果Q是一些坐标，并且P其共轭动量，则需要表示它们的运算符Q和P. 相反，PQ和QP之间的差异是作为身份运算符的倍数（即，对所有运算符A，IA = AI满足的操作员I）。

对于可以在系统上进行的每个实验，对于该实验可能结果的每个实验，量子状态是规范。 这些可以总结为每个可观察到的期望值的分配。 这些状态需要线性。 这意味着，如果对应于某些可观察者的操作员C是对应于其他可观察到的操作符A和B的总和，则量子状态分配给C的期望值必须是分配给A和B的期望值的总和。这是一个非竞争约束，因为需要保持所代表的可观察品是兼容的。 因此，量子状态涉及通过不相容的实验产生的量的预期值。

不兼容的可观察性，由非行动运营商代表，产生不确定性关系; 看看不确定性原则的条目。 这些关系需要没有量子状态将明确值指定给满足它们的可观察者，并且在任何量子状态下可以同时定义的接近的界限。

对于任何两个不同的量子状态，ρ，ω和0到1之间的任何实数，存在相应的混合状态。 通过该混合状态分配给任何实验结果的概率是P次，它由ρ加上1-P倍率逐ω分配的概率。 物理地实现混合状态的一种方法是采用随机化装置，例如，具有着陆尾部的着陆头和概率1-p的概率p的硬币，并使用它在制备状态ρ和准备状态ω之间进行选择。 在我们讨论纠缠之后，我们将看到另一种方式来准备混合状态，在第3节中。一种不是任何两个不同状态的混合物的状态被称为纯粹状态。

虽然没有严格必要，但才能雇用量子理论的希尔伯特空间表示是有用的和惯常的。 在这样的表示中，对应于可观察到的操作者表示为作用于适当构造的Hilbert空间的元件（详细地参见量子力学的条目）。 通常，Hilbert空间表示以这样的方式构建，即空间中的向量代表纯态; 这种表示称为不可减少的表示。 不可减少的表示，其中混合状态也是由载体表示的。

希尔伯特空间是矢量空间。 这意味着，对于任何两个向量，表示纯态和任何复数A，B的任何两个载体，表示，存在另一个载体，也表示纯状态。 这被称为由|φ⟩表示的状态的叠加。 希尔伯特空间中的任何向量都可以以无限的方式写成其他矢量的叠加。 有时候，在讨论量子力学的基础时，作者陷入谈话，好像某些国家是叠加，其他国家不是。 这只是一个错误。 通常是什么意思是一些状态产生宏观观察结果的确定值，其他状态不能以任何方式编写，这些方式不是宏观上独特状态的叠加。

量子理论的非转让运营核心包括用于识别任何给定系统的规则，代表其动态量的适当运营商。 此外，当通过指定的外部字段作用或经过各种操作时，存在用于演变系统状态的处方（参见第1.3节）。 量子理论的应用通常涉及在研究中的系统之间的区分，其在机械上处理量子，并且实验装置，其不是。 这个司有时被称为海森伯格削减。

我们是否可以期望能够超越量子理论的非联系业务核心，并认为它不仅仅是计算实验结果概率的手段，仍然是当代哲学讨论的主题。

2.2量子力学与量子场理论

量子力学通常是指经典力学理论的量化版本，涉及具有固定的，有限的自由度的系统。 经典地，一种领域，例如电磁场，是一种赋予无限多程度的自由度的系统。 场理论的量化引起了量子场理论。 当过渡到量子场理论时，量子力学提出的主要哲学问题仍然存在; 此外，出现了新的解释问题。 Quantum机械理论和量子田间理论之间存在有趣的差异，技术和解释性; 有关概述，请参阅量子场理论和量子理论的条目：冯·Neumann vs. Diac。

量子场理论的标准模型，成功，尚未结合着重。 试图制定一个正义量子现象和引力现象的理论的理论引起了严重的概念问题（参见量子重力的进入）。

2.3量子态进化

2.3.1Schrödinger和Heisenberg图片

在构建随时间演变的系统的量子理论的Hilbert空间表示时，还有一些选择。 对于每个时间t，每个时间t，系统的Hilbert空间表示，涉及将运营商分配给与时间t的可观察到。 在决定在不同时间代表可观察到的操作员如何相关的操作员时，会有一项公约的元素。

为了具体性，假设具有其可观察到的系统，包括关于一些参考框架的位置，x和动量，p。 有一种感觉，其中，对于两个不同的时间，t和t'，在时间t的位置和时刻t'的位置是不同的可观察，并且在不同时间，它们的值在不同观察到的意义上。 一旦我们解决了运营商

x

和

p

在时间t表示位置和动量，我们仍然可以选择操作员在时间t代表相应的数量。 在Schrödinger图片，同一个运营商

x

和

p

用于代表位置和动量，无论考虑什么时间。 由于涉及这些数量的实验结果的概率可能随时间变化，因此必须使用不同的载体来表示不同时间的状态。

量子态矢量遵循的运动方程是Schrödinger方程。 它通过首先形成操作员来构造

h

对应于系统的Hamiltonian，这代表了系统的总能量。 状态矢量的变化率与汉密尔顿运算符在向量上运行的结果成比例

h

。

iℏd/ dt |ψ（t）⟩=

h

|ψ（t）⟩。

有一个运算符，在时间0时将状态置于时刻t的状态; 它给出了

u（t）=进出口（

-iht

ℏ

）。

该操作员是一个线性操作员，它可以实现Hilbert空间的单一映射，以保留任何两个向量的内部产品; 具有这些属性的操作员称为单一运算符，因此，由于这个原因，根据Schrödinger方程的演变称为酉演化。

为了我们的目的，这个方程式的最重要的特征是它是确定性和线性的。 状态向量随时与等式一起，在任何其他时间唯一地确定状态向量。 线性意味着，如果两个载体|ψ1（0）⟩和|ψ2（0）‰分别进入载体|ψ1（t）⟩和|ψ2（t）⟩，那么，如果在时间0的状态是线性的这两个组合，在任何时间t的状态都是相应的线性组合|ψ1（t）⟩和|ψ2（t）⟩。

一个|ψ1（0）⟩+ b |ψ2（0）⟩→一个|ψ1（t）⟩+ b |ψ2（t）⟩。

另一方面，Heisenberg图片采用不同的运营商

x

（t），

x

（t'）定位，取决于所考虑的时间（并且类似地用于动量和其他可观察到）。 如果

一种

（t）是一家位于不同时间观察到一些可观察的Heisenberg图片运营商的家庭，家庭成员满足Heisenberg运动方程，

iℏd/ dt

一种

（t）=

一种

（t）

h

-

h

一种

（t）。

有时听到它说，在Heisenberg图片上，系统的状态是不变的。 这是不正确的。 确实，对应于不同时间的不同状态向量，但这是因为单个状态向量用于计算所有观察到的计算概率。 这些概率随时间变化。

2.3.2。 崩溃假设

如上所述，量子理论的标准应用涉及世界的一个在量子理论内处理的系统，并且通常包括在理论内未被治疗的实验装置的剩余部分。 与该划分有关的是关于如何在实验后分配状态向量的假设，该实验在实验后，在实验之后，将量子状态与对应于所获得的值的特征替换。 与否则施加的整体演进不同，这是量子状态的不连续变化，有时被称为状态矢量的塌陷，或状态矢量减少。 关于崩溃的假设有两种解释，对应于两种不同的量子态概念。 如果量子状态不仅仅是关于系统的知识，那么态到对应于观察结果的崩溃可以被认为仅仅是更新知识。 然而，如果量子状态代表物理现实，则以这样的方式：不同的纯粹状态始终代表不同的物理状态，那么折叠假设可能突然，可能是不连续的，改变系统的物理状态。 如果两种解释被混淆，可能会出现相当大的混淆。

在1927年第五个Solvay会议上的一般讨论中，崩溃发生了崩溃（参见Bacciagaluppi和Valentinin，2009,437-450）。 在1929年（Heisenberg，1930a，1930b，36）中提出的讲座，它也发现了Heisenberg的物理原则。 冯Neumann在他几年后的量子理论的重构中，区分了两种类型的过程：过程1：，在实验的性能下发生，并且工艺2：，只要没有测量的单一进化，就会进行（Von Neumann，1932年; 1955，§v.i）。 他没有将这种区别成为两个物理上独特的过程之间的差异。 相反，调用一个过程或另一个过程取决于世界上的一个任意划分到观察部分和观察到的部分（参见Von Neumann，1932,224; 1955,420）。

崩溃假设不会出现在Dirac的量子力学原理的第一版（1930）; 它在第二版（1935年）中介绍。 Dirac制定如下。

当我们测量真正的动态变量ξ时，测量行为所涉及的干扰导致动力系统状态跳跃。 从物理连续性，如果我们在第一次之后立即进行相同动态变量的第二次测量，则第二测量的结果必须与第一测量相同。 因此，在第一次测量之后，在第二个结果中没有不确定性。 因此，在进行第一次测量之后，该系统处于动态可变的特征静验中，因此它属于其等于第一测量结果的特征值。 如果实际上没有第二个测量，则必须仍然持有此结论。 以这种方式，我们看到测量总是使系统跳进正在测量的动态变量的特征静止，该特征符属于测量结果（DIRAC 1935：36）。

与von neumann和heisenberg不同，Dirac正在将“跳跃”视为物理过程。

von neumann和dirac都不是通过有意识的观察者成为崩溃的必要条件来了解结果。 对于von neumann，“观察到”系统与“观察者”之间的切割位置有点任意。 可以放置在研究下的系统和实验装置之间。 另一方面，我们可以在量子描述中包括实验装置，并在指示结果点击观察者的视网膜时放置切割。 我们也可以进一步走，并包括量子系统中观察者神经系统的视网膜和相关部分。 根据心理学平行行的原则，根据冯诺曼的原则，根据冯诺曼的原则，根据冯诺曼的原则，可以任意地推动切割。

在伦敦和鲍尔（1939）中发现了根据该测量未完成测量的折叠假影版本的制定。 对于他们而言，至于Heisenberg，这是一个增加观察员的知识问题。

Wigner（1961）两个解释的组合元素。 就像那些将崩溃的人那样依据观察者新收购的信息来更新信仰的问题，当有意识的观察者意识到实验结果时，他会崩溃。 但是，像DIRAC一样，他认为它是一个真实的物理过程。 他的结论是，意识对量子力学规律没有捕获的物理世界影响。 这涉及拒绝冯Neumann的心理物理并行性原则，根据其中必须可以治疗主观感知的过程，好像它像任何其他一样的物理过程一样。

对于von neumann来说，存在持续的误解，仅当有意识的观察者意识到结果时，才会抵押崩溃。 如上所述，这与他的观点相反，因为切割可以放置在观察到的系统和实验装置之间，并且是他的一个重要点，即切割的位置是稍微任意的。 尽管如此，冯内南的立场有时会与Wigner的投机提案混淆，并且Wigner的提议有时被错误地称为冯诺曼 - Wigner解释。

当要应用塌陷假设时，均未精确地确定; 作为实验的算法，或者（对于需要参考观察者的版本），有些余额是依据作为观察者的算法。 其中一些，包括von neumann和heisenberg，这让它成为一个原则上，即在何处申请假设会有一些任意性。 这是常见的智慧，在实践中，这种武装是无害的。 似乎在实践中，在实践中似乎应用的拇指规则在将普通对象的量子和经典物体视为经典物体的物品之间的分裂中，由J. S. Bell作为“[W]母鸡来扩大量子系统，”在量子系统中，更多的差别差异可忽略不计（钟表1986,362;钟2004,189）。 如果要计入“标准”量子力学，则是我们讨论的操作核心，补充了这种类型的启发式应用规则。 标准量子力学运作良好。 但是，如果，则寻求能够描述所有系统的理论，包括宏观，并且能够产生宏观事件，包括实验结果的过程的陈述，这导致了所谓的“测量问题”，我们将讨论我们介绍了纠缠的概念（见第3节）。

2.3.3。 波函数

在量子理论的希尔伯特 - 空间表示中是波浪函数表示。

与任何可观察到的频谱相关，可观察到的可能值的范围可以接受。 给定任何物理系统和任何可观察到的该系统，可以通过考虑在可观察到的频谱上考虑复值函数来始终形成该系统的量子理论的Hilbert-Space表示。 这些功能的集合形成了矢量空间。 鉴于可观察到的频谱上的尺寸，我们可以通过处理仅在一组零尺寸的函数（即，我们的Hilbert空间的元素真正的零尺度上的频谱上，在光谱上形成了一个Hilbert空间。等效类功能），并通过使用测量来定义内部产品（如果此术语不熟悉，请参阅量子力学的条目）。

如果所选择的可观察到的频谱是连续体（例如，例如，对于位置或动量），这种类型的Hilbert空间表示称为波函数表示，以及表示量子状态，波函数（也“波函数”或“的函数波力事件”）。 此表单的最熟悉的表示是位置空间波函数，其上是系统的可能配置集的功能，并且动量空间波函数，它们是所涉及的系统的动脉的函数。