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爱因斯坦未完成的革命:因果律、非局域性与量子力学基础

李·斯莫林与Lex Fridman探讨爱因斯坦未完成的革命,包括量子力学的不完备性、时空涌现、因果律作为基础、非局域性实验验证,以及多世界诠释的争议。深入浅出,适合对物理学基础感兴趣的听众。

爱因斯坦量子力学因果律非局域性
成长分 / 100 71 综合收获、行动、留存与影响

为什么值得读李·斯莫林与Lex Fridman探讨爱因斯坦未完成的革命,包括量子力学的不完备性、时空涌现、因果律作为基础、非局域性实验验证,以及多世界诠释的争议

深入浅出,适合对物理学基础感兴趣的听众

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  1. 这条内容的价值在于把外部信息转化为可执行的判断和行动。
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Lex Fridman · 中文播客

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Podcast Script (zh)

[0.120-7.457] SPEAKER_01: 您的新书《爱因斯坦未完成的革命》,我想问,什么是爱因斯坦的 未完成的革命?我们怎么才能完成它?

[7.757-19.634] SPEAKER_00: 嗯,这是我一生努力的方向。爱因斯坦的未完成 革命其实是双重的:他创立了相对论,狭义和广义 还有量子理论。早在1905年,他就意识到

[19.714-25.402] SPEAKER_00: 需要一种全新理论,来解释或解决 光子波粒二象性的矛盾。

[25.702-34.966] SPEAKER_01: 而且,大家可能没把爱因斯坦跟量子力学联系太多, 因为他是奠基人之一,嗯,他确实算是量子力学的创始人,但有点藏着掖着。 是吗……

[35.046-40.874] SPEAKER_01: 他不相信量子力学在19世纪末到20世纪20年代中后期已经完全正确了。

[41.174-54.562] SPEAKER_00: 一开始他完全不信。 后来他确信它一致但不完整,我也是这么想的。 它需要更多自由度,比如粒子、力之类的,才能完整描述 每个现象,实现现实主义的要求。

[54.642-64.556] SPEAKER_00: 那么,你和爱因斯坦最不满量子力学的哪一点? 是波函数坍缩,还是测量问题? 每个现象,就像我说的,都要求现实主义。

[64.856-71.682] SPEAKER_01: 量子力学的哪部分,让你和爱因斯坦最纠结? 这说的是波函数坍缩和测量问题吗? 是那个...

[71.982-78.042] SPEAKER_00: 测量问题。 我不是为爱因斯坦说话的。 但测量问题,以及这个事实——

[78.342-80.455] SPEAKER_01: 什么是测量问题? 抱歉。

[80.755-92.353] SPEAKER_00: 量子力学描述时间演化有两种方式。 一种是没有观测和测量时。 另一种是在测量或观测时。 它们基本上相互矛盾。

[92.433-102.916] SPEAKER_00: 但还有另一个原因—— 革命不完整,因为我们不明白两者关系。 广义相对论是时空、引力、宇宙学和量子理论的最佳理论。

[103.216-115.095] SPEAKER_01: 大多数情况下,广义相对论描述大事物。 量子理论描述小事物。 这个革命提供了描述大小事物的强大工具。 而且它还没完成,因为—— 我们有完全独立的两个东西。

[115.175-117.880] SPEAKER_01: 需要连接它们,才能描述一切。

[118.180-129.163] SPEAKER_00: 对。 信量子力学现在对的话,那就只有两条路。 要么把广义相对论,或者它的扩展版本, 引入量子世界,这就是量子引力理论。

[129.243-139.703] SPEAKER_00: 或者,你要是信爱因斯坦说的…… 量子力学需要完善。 我这么认为。 那么,要完善或扩展量子力学,部分工作 得包含空间、时间和引力。

[140.003-152.230] SPEAKER_01: 那我们从哪开始? 首先,让我问一个问题。 让我问你几个最基本的问题。 其实一点都不基本。 最基本的问题最难。 但你提到了空间。 你提到了时空。 时空是什么?

[152.530-155.896] SPEAKER_00: 时空…… 你说到了一种构造。

[155.976-163.812] SPEAKER_00: 我认为时空是我们对宇宙事件的一种智力构建。 我相信事件真实,它们间的因果关系也真实。

[163.892-170.300] SPEAKER_00: 不过,有一种带度量和联络的四维光滑几何的想法。 并且满足…

[170.380-191.837] SPEAKER_00: 某种程度上,这个描述很不错。 这个近似很好。 它抓住了真实的自然现象。 但我从不认为它是基本的。 那好,我们… 我们要… 让我在这稍停一下。 宇宙中有事件。 事件引发其他事件。 有因果性这个概念。 好的。 所以那是真的。 那是我的…

[192.137-208.323] SPEAKER_01: 在你看来,那是真的。 或者发生。 或者发生。 或者发生。 或者发生。 或者发生了。 或者发生了。 或者发生了。 或者发生了。 或者发生了。 或者发生了。 或者发生了。 或者发生了。

[208.623-210.910] SPEAKER_00: 或者发生了。 或者发生了。

[211.210-212.916] SPEAKER_01: 或者发生了。 或者发生了。

[213.216-218.707] SPEAKER_00: 或者发生了。 有个假设,或是我一直发展的理论,做出了那个假设。

[219.007-228.968] SPEAKER_01: 所以你说时空,四维空间是事物所在的位置? 而时间就是时间那玩意儿,你说时空是, 空间和时间都是涌现的,不是基本的?

[229.048-233.471] SPEAKER_01: 不。 那么抱歉,在你纠正我之前,什么是 基本还是涌现?

[233.771-238.682] SPEAKER_00: 基本就是描述的一部分 尽量深入 我们有这个概念

[238.982-241.733] SPEAKER_01: 它是真的 对 尽量真实

[242.033-250.032] SPEAKER_00: 对,所以我觉得时间是基本的 而且引用一直延续,空间不是这样 它们在日常活动里的组合 我们叫它时空,也是一样

[250.332-252.363] SPEAKER_01: 那时间是什么

[252.663-259.048] SPEAKER_00: 我认为时间就是时间的活动 是从现有事件不断创造新事件的过程

[259.348-261.542] SPEAKER_01: 所以没事件就没时间

[261.842-265.835] SPEAKER_00: 那不仅没时间,什么都没 所以我相信宇宙有历史

[265.915-278.233] SPEAKER_00: 它指向过去 我觉得未来不存在 有现在这个概念 和未来这个概念 有种关于过去的概念。 而过去,就是事件的故事。 发生在我们过去。

[278.533-280.704] SPEAKER_01: 所以你说未来不存在。

[281.004-281.874] SPEAKER_00: 是的。

[282.174-290.916] SPEAKER_01: 能再说一遍吗? 能让我理解一下吗? 再讲一次? 所以事件会引发其他事件。 宇宙是什么? 我们会讨论局域和非局域。

[291.216-291.993] SPEAKER_00: 很好。

[292.293-302.056] SPEAKER_01: 听着疯狂,其实不疯。 你的想法很美。 但如果因果是根本, 我只是想更明白。 过去是什么? 未来是什么? 时间的流动是什么?

[302.136-303.912] SPEAKER_01: 宇宙里的时间误差呢?

[303.992-306.000] SPEAKER_01: 也许啥是事件,对吧?

[306.300-311.292] SPEAKER_00: 哦,事件就是某物发生变化的地方。 或者说两个,不好说,

[311.372-321.809] SPEAKER_00: 因为它是个基础概念。 事件就是空间里的一个时间点。 这是广义相对论的观点, 两个粒子的路径相交, 或者粒子路径上变了一下。

[321.889-330.550] SPEAKER_00: 现在我们假设存在 在基本层面上,一个概念, 这是个基本概念, 所以不用别的定义它, 但它是某种基本发生。

[330.850-333.775] SPEAKER_01: 跟能量或物质无关 或者任何交换?

[334.075-335.607] SPEAKER_00: 其实跟能量物质有关。

[335.907-337.544] SPEAKER_01: 所以是在那个层面?

[337.844-351.290] SPEAKER_00: 对,涉及到。所以这个版本 我发展的事件理论版本 和玛丽娜·科尔特斯合作,顺便说下。 我得说说我的合作者 因为他们至少同样重要 跟我在这个工作中一样重要

[351.370-368.427] SPEAKER_00: 大概2013年后的作品,都是Marina Cortes 2012、2013年,关于因果集、因果关系 在那之前,是Roberto Manguibara Anger 他既是哲学家也是法学教授

[368.727-378.607] SPEAKER_01: 这是你们共同努力的成果 和你的合作者一起完成那场未完成的革命? 是的 所以你把因果关系当作物理学的基础 所以

[378.907-384.433] SPEAKER_00: 当然还有其他合作者 但这两个人的思想影响巨大 对我自己的思想影响也很大

[384.733-391.118] SPEAKER_01: 所以在你描述因果关系的方式中 那就是你说的时间本质 也就是因果关系是根本的

[391.418-392.091] SPEAKER_00: 是的

[392.391-395.258] SPEAKER_01: 那么空间不根本是什么意思? 成为涌现的?

[395.558-407.112] SPEAKER_00: 那很好。 有个描述层次。 其中有事件,事件创造 其他事件,但没有空间。 它们不生活在空间里。 它们有相互引发的顺序。 而对我们来说,这是时间本质的一部分。

[407.192-411.418] SPEAKER_00: 但有个涌现的近似描述。 你让我定义涌现,我说不上。

[411.498-422.295] SPEAKER_00: 一个涌现属性, 是某个复杂层次上出现的属性, 比基础层次更大更复杂, 需要某种属性来描述它,

[422.375-424.406] SPEAKER_00: 它不能直接

[424.486-429.826] SPEAKER_00: 可解释或可推导——这是我用的词。 从基础事物的属性中得出。

[430.126-436.116] SPEAKER_01: 而空间就是其中之一, 在一个足够复杂的宇宙中,空间 事物的三维位置涌现了。

[436.416-442.220] SPEAKER_00: 对,我们有这个。 我们在模型里清楚看到它是怎么发生的。 不管是计算还是分析。

[442.520-445.434] SPEAKER_01: 好,所以空间相关就是局域性。 对。

[445.514-449.438] SPEAKER_01: 我们聊过实在论。 我活在这个像体育的世界里,

[449.518-453.105] SPEAKER_01: 你知道,局域性就是, 你能影响近处的东西,

[453.185-460.510] SPEAKER_01: 对远处没影响。 这让我对引力很困惑, 或者说超距作用。 可能也困扰过牛顿, 他至少提过一点。

[460.590-463.759] SPEAKER_01: 好,你怎么看局域性? 它只是一种构造吗?

[463.839-474.963] SPEAKER_01: 是不是我们人类就这样? 我喜欢这个想法,也认同它, 因为我们存在,需要它生存, 但它并不根本。 它不算基本性质,这很疯狂。 现实的一个侧面。

[475.263-476.354] SPEAKER_00: 没错。

[476.654-480.020] SPEAKER_01: 你能像心理医生一样安慰我吗? 比如,我该怎么做?

[480.320-483.733] SPEAKER_00: 我不是好治疗师,但会尽力。 好的。

[483.813-488.840] SPEAKER_00: 物理里谈局域性,有几种定义。 在场论中,

[488.920-496.222] SPEAKER_00: 结合狭义相对论 和量子力学, 有一种精确的局域性定义。 对应时空事件的场算符,

[496.302-502.350] SPEAKER_00: 那些类空间隔的事件, 作为算符相互对易。 所以在量子力学里,

[502.650-508.838] SPEAKER_01: 你把现实本质看作场, 场中靠近的东西 会互相影响。 互相影响。 比最远还远。

[509.138-510.635] SPEAKER_00: 对,没错。

[510.935-512.804] SPEAKER_01: 这让人安心。 有道理。

[513.104-526.492] SPEAKER_00: 这是量子场论的属性。 它经过充分验证。 可惜,还有另一个局域定义。 爱因斯坦提过这个定义。 约翰·贝尔更精确表述它。 实验检验发现这定义失效。

[526.572-535.627] SPEAKER_00: 这个实验用两个粒子。 量子力学有件怪事。 叫纠缠性质。 让两粒子相互作用。 共享一个属性,并非 任何单粒子的属性。

[535.707-547.142] SPEAKER_00: 取这样一个系统, 然后测量粒子A。 它在我右手边, 粒子B在这里。 别人测量粒子B 不管粒子B的本质是什么 它不受观察者影响

[547.222-558.321] SPEAKER_00: 粒子A测量选择的影响 不是结果,是选择 他们测量的不同东西 这就是局域性 因为它假设这些事 空间上很远,类空分离 任何选择的信息

[558.401-568.234] SPEAKER_00: 都需要时间传递 A处的人做的选择 影响B处的现实 但你做了这个假设 这叫做贝尔局域性 然后你推出某个不等式 某些关联和关联函数 必须满足

[568.314-577.892] SPEAKER_00: 然后你可以直接检验它 这是关于粒子B的现实 做产生光子对的实验时 或者其他粒子。 而且它在好几个西格玛水平上都是错的。

[578.192-582.220] SPEAKER_01: 实验里它不匹配。 实验里,实验里。 那这意味着什么?

[582.520-584.609] SPEAKER_00: 我讲的局域性定义是错的。

[584.909-587.242] SPEAKER_01: 爱因斯坦一直想的那定义。

[587.542-599.723] SPEAKER_00: 还有我讲的那个定义。 就是说,这个说法不成立:对粒子B来说真实的一切 不受观察者测粒子A什么的影响 不管它们以接近光速飞离多久。 它应该这样。 它应该有关系。

[600.023-606.292] SPEAKER_01: 就像它们之间的距离。 嗯,这个当然验证过了。 如果你觉得量子力学不完备

[606.592-620.097] SPEAKER_00: 或者错了,需要被某东西修正,那么 如果你希望量子力学存在 不完整或错误,并被某东西纠正 这一点改变了,已经在几公里范围内测试过了。 我不记得是25公里还是100公里

[620.177-622.591] SPEAKER_00: 还是其他公里数。

[622.891-633.888] SPEAKER_01: 所以在尝试解决未完成的革命时, 在试着提出一个理论时,答案是什么? 答案是什么? 万有理论。 因果关系是基本的,而摆脱 局域性是关键步骤吗?

[633.968-647.751] SPEAKER_01: 所以在你的书里,本质上,这些 是我们真正需要 作为共同体认真思考的两件事,尤其是物理学 界必须思考这个问题。 所以我的问题是,我们怎么解决, 怎么完成未完成的革命?

[648.051-652.335] SPEAKER_00: 嗯,我只能告诉你我在尝试什么 以及我放弃了什么。

[652.635-654.202] SPEAKER_01: 对,完全正确。

[654.502-657.137] SPEAKER_00: 这个做法不起作用。

[657.437-660.966] SPEAKER_01: 就像一只蚂蚁,蚁群里的聪明蚂蚁,对。

[661.266-672.539] SPEAKER_00: 或许就是因为愚蠢,谁知道呢? 不过我觉得,我们已经 想出了一些不错的理论。 有好几种不同的理论。 两者都是。 跟量子力学和量子引力有关。

[672.619-682.859] SPEAKER_00: 这些不同方法有很多可取之处。 但据我所知,没有哪个 完全解决我在意的问题。 所以现在的情况是, 对学生来说要么可怕,

[682.939-695.489] SPEAKER_00: 要么对合适的学生是机会,我们已经 有十多个了。 尝试不少。 我从没想过,没人料到 它会这样奏效,部分成功了。 后来他们遇到了一个问题

[695.569-707.550] SPEAKER_00: 没人知道怎么绕过或解决。 这就是我们的处境。 我对此有两种反应。 其中一个是想把人们聚在一起。 我们沦落到了这种社会困境。

[707.630-724.513] SPEAKER_00: 有些社区, 围绕这些方法,慢慢形成了社区。 再借埃里克的一个比喻。 他们坐在理论的高峰上。 互相扔石头。 就像埃里克说的,我们需要两件事。 得让大家从山丘上撤下来。

[724.593-740.536] SPEAKER_00: 下到山谷里,一块儿聚聚聊聊。 变得友好:多说“是的,而且”,少说“不,但是”。 对。 对。 没错。 你能想到这一步,真不容易。 不过,要是和我的想法结合, 我们还能走得更远。 对。

[740.836-752.367] SPEAKER_01: 抱着这种精神,我多次 和肖恩·卡罗尔,他也写过 最近有本超棒的书。 他就像个铁粉似的在玩。 讲量子力学的多重世界解释。 所以我就是个麻烦精。

[752.447-761.967] SPEAKER_01: 那我想问,你怎么看肖恩和他这个想法? 多重世界解释? 我读过不少正反评论。 你们很友善,相互尊重。 但辩论时吵得很开心。

[762.267-771.822] SPEAKER_00: 我真的很喜欢肖恩,不,我真心觉得 他口才好,是出色的代表。 也是科学面向大众的大使。 和跨领域的沟通者。

[771.902-775.234] SPEAKER_00: 他和我一样重视哲学。 而且不像我有时候那样,

[775.314-785.646] SPEAKER_00: 他真做了功课。 他读了很多。 认识那些人,和他们聊过, 向他们阐述自己的论点。 而我有种神秘感,我们最后常常 站在其中一个对立面。

[785.946-787.443] SPEAKER_01: 不过很有趣。

[787.743-792.236] SPEAKER_00: 很有趣,我想就此聊一聊。 但我想把他拉进来。

[792.536-794.451] SPEAKER_01: 我了解多世界理论。

[794.751-798.535] SPEAKER_00: 不,我可以说说我对多世界理论的看法。

[798.835-810.389] SPEAKER_01: 我很乐意,但关于那个,先打住。 肖恩有一个播客。 你得想办法跟肖恩聊聊。 我会的,其实我跟肖恩说过, 想听你们来回讨论。 希望你们能实现。 你和肖恩。

[810.689-818.490] SPEAKER_00: 我不告诉你是啥。 但肖恩2016年6月跟我说了些话, 改变了我对某问题的整个思路。 但我得先告诉他。

[818.790-821.564] SPEAKER_01: 对,那样告诉他挺好。 在他播客上。

[821.864-825.254] SPEAKER_00: 我能自己上他播客,但我不干。

[825.554-827.783] SPEAKER_01: 好,我们会做到的。 那么多世界。

[828.083-828.895] SPEAKER_00: 总之。

[829.195-838.750] SPEAKER_01: 你怎么看? 多世界,我们聊过非局域性。 多世界也让人不安。 或者很美,看你怎么看。 它非常好。 就是说,它带有现实主义。

[838.830-846.457] SPEAKER_01: 你叫它魔幻现实主义。 对。 这句话很美。 但同时也很难。 我们有限的心智很难理解。 那你怎么看它?

[846.757-864.081] SPEAKER_00: 先从简单明显的说起。 然后说科学层面。 好。 它不吸引我。 它没回答我想问的问题。 它如此有力地论证了一个情况 以至于当罗伯托、曼格贝尔、安格尔和我, 开始找原则时,

[864.161-878.687] SPEAKER_00: 我想回头说说, 原则在科学中的运用, 这是我原本想说的另一件事, 我不想漏掉这点。 当我们开始找原则时, 我们定了第一条原则: 只有一个世界,只发生一次。

[878.767-890.388] SPEAKER_00: 但这对我个人方法没帮助, 对我个人议程也没用。 当然,我是群体一员。 而对多世界诠释的理解, 我想了很多,挣扎了很久。 下面来讲。

[890.468-894.856] SPEAKER_00: 首先,有埃弗雷特本人, 还有埃弗雷特理论的内容。

[894.936-908.406] SPEAKER_00: 有几个问题, 与宇宙概念相关。 宇宙这个概念是存在的。 宇宙这个概念是存在的。 宇宙这个概念是存在的。 玻恩规则是可以推导的。 这个规则赋予事件概率。

[908.486-919.840] SPEAKER_00: 但概率之所以有问题, 是因为我提到两种方式, 物理系统可以演化。 多世界诠释砍掉了一种, 跟测量有关的那种, 只剩薛定谔演化,

[919.920-932.542] SPEAKER_00: 也就是量子态平滑演化。 但概率只藏在第二条规则里, 而我们已经扔掉了它。 那概率从哪来? 你必须回答这个问题, 因为实验者用概率 来检验理论。

[932.622-944.719] SPEAKER_00: 乍一看,你会很困惑, 好像真有个大问题。 因为在多世界诠释里, 这种分支讨论不太实用。 它不精确,但我会用它。 有个分支,一切可能发生的事

[944.799-956.316] SPEAKER_00: 在这个分支里,一定会发生。 你可能觉得能计算分支数量 事情发生和没发生的分支 然后得到你能定义为 类似频率主义概率的数字。

[956.396-973.593] SPEAKER_00: 埃弗雷特确实往那个方向论证。 但这个论证变得很微妙。 但这个论证变得很微妙。 但这个论证变得很微妙。 当有无限多种可能性时, 就像大多数量子系统那样。 而我的理解, 尽管我不是专家,

[973.673-983.854] SPEAKER_00: 埃弗雷特自己的提议失败了,没成功。 还有,事情不止这些。 有个重要想法,埃弗雷特不知道。 这就是退相干。 它是一种现象。

[983.934-994.766] SPEAKER_00: 我觉得这很重要。 所以很多人在埃弗雷特之后 试着构建版本 你可能管它叫多世界量子力学。 这是个很大的领域,很微妙。

[994.846-1006.165] SPEAKER_00: 这不是我擅长的。 所以我咨询了…… 所以我在书里写了两章讲这个。 第十章讲埃弗雷特的版本。 第十一章。 牛津有个很棒的物理哲学小组。

[1006.245-1021.828] SPEAKER_00: 西蒙·桑德斯、大卫·华莱士、哈维·布朗, 还有其他人。 当然还有大卫·多伊奇,他也在那里。 他们发展出了 投入大量工作,形成了一套很复杂的思想 目的是回头回答那个问题。

[1021.908-1035.749] SPEAKER_00: 它们有种……的味道, 其实根本没什么概率。 我们承认这点。 但假如埃弗雷特的故事是真的, 而你就在那个多重宇宙里。 你会怎么下注? 于是他们用了决策理论,

[1035.829-1047.810] SPEAKER_00: 来自概率论和赌博的理论, 来构建一个故事, 关于你会怎么下注, 如果你在埃弗雷特宇宙里, 而且你知道这点。 而且还有… 这些专家有争议,

[1047.890-1062.254] SPEAKER_00: 关于他们有没有真的成功。 我在写这本书的时候, 和其中一些人核实情况时, 比如我好友西蒙, 还有大卫·华莱士, 他们告诉我,他们不确定 他们中是否有人是对的。

[1062.334-1077.313] SPEAKER_00: 所以这就是我写进书里的内容。 现在,我再补充一点。 肖恩对那问题有自己的一套。 也就是所谓的自我引用。 或自我定位的观察者。 而且它并不... 我试着读过。 但我没看懂。

[1077.393-1085.636] SPEAKER_00: 我没深究。 我没跟肖恩聊过。 我没做平常做的事。 所以书里对这点没说什么。 而且我不确定它对不对。

[1085.936-1099.324] SPEAKER_01: 但我觉得,在所有人里头, 我能说的东西,没啥顾虑。 所以我不太确定。 在自己做过研究后, 我偶然发现了一些证据。 这些证据能用在我的研究里。 我不确定他们有没有证据。 知道有问题。

[1099.404-1106.962] SPEAKER_01: 但我觉得确实有用。 确实。 但我不懂你啥意思。 我不知道你在说啥。 但我觉得你想想这点很重要。 所以我跟他们合作过。