客观实在之争

实在性（Reality），或称为客观实在性，是一种哲学概念，是指物质，或客观世界，不依赖于人类感知，独立于人类认识的存在和性质。而我们对物质的感知和认识则属于主观范畴。

在量子力学领域内，物理体系相当于物质，属于实在，测量相当于感知和认识，属于主观。由于量子力学中，测量会影响被测量的物理体系，也就是主观会影响客观实在，客观实在的独立性就受到了怀疑。即，是否存在客观实在？

这是量子力学建立早期的重要争论之一，认为客观实在性仍然存在的叫实在论(realism)。爱因斯坦是坚定的实在论者，而玻尔坚决反对实在论，认为如果没有观测，讨论客观实在就没有意义。反映这一认识差别的名言是：“如果不看月亮，它就不存在吗？”。仅仅在哲学层面，这一争议并没有明显的答案。爱因斯坦认为，无论看还是不看，月亮都是存在的。玻尔认为，如果没有人看到月亮，讨论月亮存在不存在就没有意义。看到就是测量。

具体到量子力学的测量过程，比如电子的自旋，由于单个电子太脆弱，无论用什么方式测量它，都必将显著改变它的状态。那么在测量之前它有没有一个自旋状态，是不是我们测量到的状态呢？这里有几种可能（假定测量正确）：

1、         测量没有改变电子原来的状态，测量到的值就是电子自旋原来的值。

2、         测量没有改变电子原来的状态，测量碰巧测到了该值，也有可能测到另一个值。

3、         测量改变了电子的状态，电子将本来的自旋方向转到了测量的值。

4、         测量改变了电子的状态，电子之前本来没有自旋，测量导致电子产生了测量到的自旋。

很遗憾，虽然我们都认可测量结果，但我们完全没有办法知道究竟发生的是上面哪一种可能。

还有一个相关的问题，就是：无论测量有没有改变客体，客体原来是不是有一个确定的状态？虽然我们永远不会知道该状态是什么。实在论认为是存在的，而玻尔认为讨论这个问题没有意义。

对于第1种和第2种情形，即测量不改变电子状态，不太可能。无论是磁场还是电场，都将影响电子的状态。有可能电子不需要改变，但是原则上要与测量装置相互作用，因为装置比单个电子强大得多。测量不改变电子状态也与哥本哈根学派对测量的理解不一致。但是第2种情形也是哥本哈根学派的一种理解，这里测量的效果是波函数坍缩，坍缩之前电子状态没有改变。第1种情形是第2种的特殊情况。

第3种情形，即单一电子就具有确定的自旋，虽然方向不确定。这是传统的观点。它与第2种的差别在于，电子状态在测量的时候已经发生了改变，变成了相应的本征状态，比如已经沿磁场顺排，不是第2种的概率坍缩。概率坍缩有机会坍缩到另一个值。

第4种情形意味着，有电子参与所有的相互作用中（比如在磁场中），电子的自旋自由度选择了一个本征方向，或者说自旋（和方向）是在相互作用的时候产生的，至少特定方向量子化是相互作用的时候产生的。它独立存在的时候，可能没有自旋，或者是上次相互作用时留下的残余自旋。

第1、2种是概率测量，不考虑相互作用。第3、4种考虑了测量带来的相互作用，是确定测量。

其实，4种情形都符合实在论。也就是测量以前，电子有一个确定的状态（包括叠加态），虽然我们无法知道该状态是什么。玻尔认为，讨论测量前的状态没有意义，所以他其实也没有否定实在论。他只是认为，物理应该基于可测量或已测量的性质（工具论，instrumentalism）。

实在论成立的另一个证据就是我们对基本粒子的计算。我们根据标准模型对粒子，比如电子的一些基本性质的计算，可以非常准确。而计算的依据，即各种费曼路径，是无法测量的，但是它们仍然在起作用，并且应该已经被准确描述，所以才有非常精确的计算结果。虽然由于计算困难，其它粒子的计算受到限制。

全局诠释的回答

纯粹在哲学层面，如果不可实验验证，争论的确没有意义。毕竟争论的人，或者科学探索者本身，只能是主观的。我们对任何客观的描述，必须经过我们的认知，我们的测量。如果测量本身不客观，客观性就不成立。如果不可测量，不可验证，不同的观点就是哲学，不能算科学。

但是，我们毕竟还是希望知道究竟发生了什么。我们现在无法测量，无法知道，也不一定等于未来也无法知道。我们也可以通过各种侧面来猜测。

全局诠释从标准模型出发，认可相互作用，以及基本粒子的复杂性。

上节的第1、2种情形实际上否认了相互作用，而把结果归咎到测量的特殊不连续性。我们认为这种测量观是一种粗暴的简化，来自于薛定谔方程的波动理想极限图像。从一个理想波动瞬时变化到下一个理想波动必然是不连续的，但这不是实际过程。

在“光子是什么”一节中，我们认为光子的自旋不是量子化的，可以是任意值，是否量子化由光子产生过程决定。第4种情形相当于认为，单一自由电子的自旋不需要是量子化的，只是在相互作用的时候，+-1/2是电子的两个本征值，也就是，自旋是电子参与相互作用时的涌现，而不是电子的“内禀属性”。

在考虑电子与测量装置相互作用的基础上，与传统的第3种看法不同，全局诠释偏向于第4种观点。理由包括：

1.    全局诠释认为波动性质的全局本征表现，才是各种量子化的来源，电子自旋量子化应该也一样。

2.    1/2自旋的物理图像不好理解，比如转动两周之后才变回原来。而作为相互作用时的本征态，可以跟轨道角动量量子化类似理解。

3.    至少从经典角度理解单个独立电子的自旋很困难。

4.    至少没有实验证据反证。因为实验证据都必须通过相互作用，或者测量去获取。这条理由与薛定谔猫悖论相同。

由于实验不可能告诉我们究竟发生了什么，我们只能从逻辑上猜测，更有可能是哪一种。比如，哪种观点的假定更少。

我们在“量子化是自然涌现”一节中，已经认为原子能级和角动量的量子化都是自然涌现，那么基本粒子的量子化角动量为什么不可以是类似的原因呢？毕竟我们认为，基本粒子都是复杂多体过程的某一本征或稳定能量激发模式。它们在相互作用时和独立存在时，并不需要有相同的性质。比如中子单独存在时不稳定，而与一个质子在一起就非常稳定了。夸克无法独立存在也是一个例证。

总结，对于实在论，全局诠释认可爱因斯坦的实在论，但是与玻尔的工具论也不矛盾。但是由于承认局域相互作用和复杂性，我们不认可哥本哈根的概率和波函数坍缩测量论。作为量子化是涌现概念的延申，我们认为基本粒子的自旋也是在相互作用时表现出来的本征模式，不一定是独立存在时的性质。当然，也有可能，粒子独立存在的时候，自旋就已经维持在其指定的本征态上了。

实在的相对性

关于实在性，还有一点应该讨论。那就是，无论在哲学范畴，还是科学范畴，实在都是相对的。我们无法回避从主体认知和相互作用的角度讨论实在。

我们不能摆脱我们是认知主体的事实，无法排除认知能力和测量工具的影响。

我们对客体的任何一次认知，或者测量，都是一次复杂的相互作用。一般来说，被测量的客体越宏观，越稳定，时空距离越近，就越不容易受到观测工具的影响，越容易得到重复的结果，测量结果也越可信。比如是不是有月亮，虽然很多人没有看到，心里有疑问，但是同时还有很多人看到了；如果我们已经有科学工具，可以不受气候，月球所在位置的影响，我们每个人随时都可以核实月球是否存在；如果我们知道月球引力引起的物理现象，比如潮汐，随时都存在，我们也知道月球在那里。

如果时空距离遥远，或者客体信号微弱，或者工具有缺陷，或者我们自己有偏见，观测结果就会不太可信。所以我们对古代的一些历史事件，遥远天体的物理性质，微观物体的性质，目击证人不清楚的记忆，……，就没有很强的信心。

但是事实就绝对可信吗？比如，我们会相信月亮一定在那里吗？如果有一个人告诉你月球不见了，或者说天上出现了两个月亮，你该不该相信他？两个人在说呢？三个人？

在物理测量上，体现在我们测量得到的所有数值，都有一个不确定度，比如电子质量，虽然已经很精确了，但是却有一个不可消除的不确定度，即实验测量统计分布宽度。

一般而言，量子化意味着准确，没有不确定度，没有分布宽度。

数学定义也是一样，我们定义一个物体的质量为M，或者速度为v，一般意味着这些量是准确的，没有不确定性。

由于标准模型世界观中相互作用的复杂性，以及随时加入的外来因素的影响，不可能得到一个无干扰的、干净的测量。无限精确测量不可能。

物理量的不确定性来自实在的相对性。对于测量一个未知电子自旋方向这样问题，误差和测量值是同样量级的，也就是非常不可信。虽然我们相信它有实在性，却是不可知的，这也是玻尔批评实在性的原因。

实际上，对于某些量子概念，比如量子计算，物理实在性的相对性被忽视了。在Shor算法中，需要有N+1，N+2，N%M这样的操作，其中的N由物理量表达，是至少1000个二进制位的整数，即300个十进制位的精确数。到目前为止，没有任何物理量的精度可以超过15个十进制位。在量子计算中，3位精度都很困难。如何正确实现1.01(+-2)x10³⁰⁰+1?所以Shor算法不可能对大数实现。

基于认知和测量的实在性当然是相对的，即使“实在性”这个词，你去问不同的人，他们会告诉你一个不同的答案。连什么是实在性，我们都没有统一的看法，又有什么是绝对正确，或者绝对精确的呢？