量子非定域性疑问综述

作者：谭惠昭 潘平 单位：贵州省物资学校 贵州大学计算机科学与信息学院

从物理学的角度界定是指:对两个类空间隔的物理实在之一的测量，其结果不影响另一个物理实在的行为事件，即任何物理事件不存在“超距作用”。从认识论意义上界定是说，对物理世界的观测，受限于时空变数，受限于观察与思辨的局域性。可见，定域性问题是人类对稳定的宏观物质世界最普遍的认识原则。量子非定域性问题就其本质而言，是微观实在的内禀性———波粒二象性、实在之间的相互作用、空间的拓扑结构和独有的纠缠结构的根本表现，具有时空的非均匀性。定域性问题长期指引着物理学家、哲学家和社会学家的思辨与发展。因为，定域性问题至少隐含了实在的因果律、H率性和μ率性等基本哲学观点。

量子纠缠的哲学思考

现代科学技术的发展，离不开近代物理学的基础研究，物理学的操作技术是现代科学技术的基础。物理学对自身的逻辑结构、发展规律、物理概念的变化，物理学理论与客观物质世界的关系，物理学理论与物理学家的信仰、知识背景之间的关系，以及物理学理论所描绘的自然图景之间的关系等等方面进行反思而形成的物理哲学属哲学分支学科［5］。量子信息作为一种全新的、非传统的、随机性的理论与技术学科，就哲学问题而言，不仅是对客观存在及运动形式的思辩，它具有更为广泛的哲学内涵，进一步的研究量子信息的哲学问题，对于指导量子信息理论与技术的构建以及理论自身的完备性具有十分重要的意义。量子纠缠是量子信息最神奇的实在资源，它构成了量子信息的最为本质的特征，它所涉及的实在性、定域性、隐变量以及测量理论等是量子力学的基本问题，同时也是哲学的基本问题。从量子纠缠的提出开始，就为广大的物理学家及哲学家所关注，关于量子纠缠的争论，贯穿着量子物理学的整个发展历程，它不仅在物理学同时也在哲学上带给我们众多的思考。从哲学意义上讲，量子纠缠是指:存在着这样的实在，当不给予任何适当的操作时，它处于一个确定的时空中;当主体对客体实施某种操作时，便分裂出一些实在，它们在相同的时间上，各自处于不同的空间;对这些实在作关联操作时，实在之间的关联度就构成了实在的纠缠。从技术的角度上说，至少需要对两个或两个以上的实在进行量子的相互作用。量子纠缠的理论和实验说明，当实在之间不存在纠缠关联时，对实在的操作只能表现为局域的，不可能获得多世界的图景;一旦实在之间建立起关联，即使在相同的时间上，各自处于自己的世界，仍可相互描述实在之间的存在信息。因此，纠缠的度量表现了局域空间的边界，它说明了现实世界———局域着的操作过程，其空间是有限的，实在是客观存在着的，是不以人的意识而独立存在;而在不同的空间中，实在之间通过纠缠关联，构建我们的世界观，通过对实在的操作，将相互纠缠的实在表现为局域中的实在行为。量子纠缠赋予了我们对存在的认识论和方法论一种新的诠释。强调存在的客观性和主观性，虽然主观意识所参与的操作，不能改变客观实在的普适规律，但它确能使我们获得更多的关于客观实在的信息。通过量子纠缠，可以将客观实在与主观存在相互联系，从而获得客观实在与主观存在的相对统一。因此，可以认为，量子纠缠度是度量存在之间交换信息的量;意识是另一个存在，它们是理论构建中本质上不可分割的形式。量子纠缠是实在的不可分割的整体，实在的本体存在之间存在着内禀性;表明了局域的世界，空间是有限的;纠缠是客观实在之间，具有主体介入的间接存在的实在，是非局域的;在不同的空间中，实在之间通过纠缠关联，构建我们对实在的本体之间关系实在的认识观，是复合系统整体存在的不可分离性、非局域操作性、非因果性和统一性的整体表象，每个实在的本体特征，承载着信息，通过纠缠操作，实现信息的转移与显现。因此，纠缠具有存储与识别的实在本体的能力，是整体关联存在认识的显现，是表征主义认识论走向主客体内在关联的认识过程。这种科学的认识论所形成的统一认识论的观点，是科技哲学体系在量子信息科学研究中的具体表现。

量子非定域性问题的哲学反思

对量子非定域性问题进行哲学反思，目的就是通过量子理论与实验所显示的实在属性，揭示微观世界神秘的面纱，帮助我们进一步认识客观世界。因为，自然世界本质上是量子的。吴国林教授从基于空间的非定域性问题论述了量子非定域性的哲学意义，他认为，量子力学并不违背事件之间的因果性［6］。成素梅教授从语境的角度分析了量子非定域性概念的内含与意义［7］。从认识论意义上看，因果律是实在的属性在时间次序积累上的结果，具有时空的非均匀性。客观实在和客观实在之间的行为事件，本质上是逻辑结构主义的因果关系，是事件演化行为的显现，任何理论结构都不能违反因果关系，包括微观世界的实在行为也亦遵守，因果关系的非对称性的本源来自于我们自身的定域性的思辨结构。在微观世界中，用波函数刻画客观实在，其演化行为在相对论定域性原则下，遵循薛定谔方程（方程略）但我们必须注意到，这个描述是对客观实在独立演化行为的描述，且其行为演化的结果并非唯一确定的，而是概率性的，也就是说，微观实在的“过去———原因”，对“将来———结果”的影响可以有许多的结果，既是概率性的，又受时空中运动的因果律制约。对两个类空间隔的波函数（函数略）在其演化过程中，其中一个的演化行为必然影响另一个的演化行为，遵循因果关系，只不过这种因果关系在时间上表现为时间上的瞬时性，即文献［6］在其论证中强调的“延时选择”之因果。无论是基于相对论定域性原则的宏观因果关系，还是基于非定域性的微观因果关系，就因果关系而言，一方面是，根据思辨模式刻画思辨过程的结构因果关系;另一方面是，根据事件的行为现象构造事件内在的关联，显现行为事件的因果关系。它们都有一个共同的本质特征———共同过去独立的约定观，强调相互作用前的行为事件的独立性，否认存在客观上的因果倒置，忽视了客观事件内在的关联。事实上，量子理论和量子信息的表述，只是行为事件之间内在的关联描述，表明因果之间可以相互转换，而不是事件的因果关系。因此，我们认为，量子非定域性存在因果关系，这种因果既不同于马尔可夫的因果关系，亦不同于牛顿———拉普拉斯的因果关系。因为，这两个因果关系均是共同过去假说的推论，推论的结果不允许存在因果倒置。而量子非定域性的因果关系描述，从因果律意义上可分为两种，不违背定域因果律的定域弥散性描述和违背定域因果律的定域弥散性描述［8］。张永德教授在量子理论空间非定域性评述中［9］，论述了量子理论的因果律与相对论定域因果律不兼容，并非证明它们的非因果关系。在量子理论中论证其非因果关系，通常是用光锥加以辅证，详细分析可知，第一，具有典型的约定主义，这种约定主义束缚了思辨的逻辑结构;第二，是典型的现象宿命论描述，这种现象宿命论束缚了我们认识客观实在的视觉;第三，是实在本体的描述，忽视了整体关联的认识。因此，在相对论定域因果关系的外衣下，对量子非定域的因果关系不可能有完备的描述。然而，我们可以通过对量子非定域的时空关联分析，关联的客观实在事件表现为瞬时的因果关系，亦即对微观行为事件的操作，既是原因也是结果。既不是共同过去假说，亦不是共同将来假说，它强调对相互关联的整体的作用的同时性。

结语

世界是量子的，有许多神奇的特性和资源需要我们去认识，其中最神奇的资源就是纠缠。因此，我们说量子信息的本质之一是纠缠的有效制备与度量;纠缠是一种存在，它描述了存在之间在不同时空中的关联，度量了空间边界的模糊度以及客观存在与主观存在之间的关联度，同时也是复杂程度的量度。纠缠的存在形式，说明了存在之间天然的内在联系是不可分离的，存在之间不存在客观实在上的因果关系，以至任何存在的某种行为都可自动地通过不相互接触的方式，就能获得其它存在的信息，从最深层次上揭示了量子信息的本质特征。非定域性问题是量子世界的另一特征，本质上是客观实在的某些固有属性在时空上的非均匀性关联，在某些属性上具有时空上的同时性，这种同时性的逻辑演化，表现为实在之间相对论定域因果关系和μ率性的破缺，是相互关联的整体的内禀性的显现。因此，对量子信息本质特征的深入理解与认识，不仅有助于我们构建信息理论与技术的完备性，同时也有助于我们从更深层次上去揭示世界的本质，让神秘世界的真实图景更加清晰地展现在我们的面前。