zt 从某吓唬文科生的科普文扯出去

草民

现在的科普有时候写得跟鬼怪奇谈差不多，下面的链接就是很好的例子：http://www.guokr.com/article/437327/。

说老实话单看这样的文章，如果不查原始文献，估计没几个人读得懂它真正要说的意思。不过人类的心理是微妙而难以捉摸的，有些时候很多人就是喜欢这种半懂不

懂的感觉，而另外一些时候又喜欢摧毁这种感觉。接下来的一大篇废话，多少是为了满足后一种恶趣味而诞生的。先抛个原文的链接：http://arxiv.org/pdf/1105.4464v3.pdf，然后顺便介绍一点预备知识。

相对论的因果性

物理概念的因果，一般是指事件发生的顺序性，比方按从“按开关”到“亮灯”这两件事，虽然整个过程非常短，但是确实有前后顺序，如果

反过来就不符合常识了。在最日常的经验里面，这样的顺序性其实是跟时间联系在一起的，换句话说，因果发生有时间上的前后关系。当然这样的说法基于一个“隐

性”的假设，就是依赖于一个的全局“背景”时间。在狭义相对论里面，我们知道，时空都是相对的，找不到一个绝对的背景时空可以作为全局参照。虽然局部的时

空是可以定义，但是这样的定义取决于所谓的“参照系”，也就是局部的相对运动。所以，在上面的例子里面，这两件事的时间间隔长短其实不是绝对的，而是取决

于具体的参照系。不过很奇妙的，狭义相对论里面虽然取消了绝对的时空观念，但是不同时间变换间的对称性却仍然足够保证因果前后顺序是不变的：在两个不同的

参照系（视角）下观察，虽然得到的从按开关到亮灯的间隔时间未必一样，但是

按开关总还是在亮灯前面。所以，狭义相对论是所谓的保证“因果性”的理论。而因果间的时间间隔，虽然是相对的，却有其物理上限：

从因到果的信息传递速度必须不超过真空中的光速。所以当讨论两个异地事件的时候，因果的建立不是无限制的。虽然这个限制对于我们的日常经验可以完全忽略不

计，不过如果距离非常远，两个有前因后果的事件就需要足够的间隔时间传递，否则就破相对论因果性。

量子力学的概率观念

在微观世界的领域，量子力学是非常精确而又有点奇怪的理论。奇怪的地方在于，量子力学是概率理论，在根本层面认为物理世界是随机统计性的，而非一般意义上

的机械决定。当然，所谓的概率并非彻底混乱，事实上，量子概率的演化过程遵守非常严格的数学方程。这些方程是跟狭义相对论协调的，所以在数学形式上并没有

跟因果顺序绝对冲突的地方。麻烦在于，在这个框架下所谓的因果已经不是在

点状事件的

简单相续，而是弥散在时空上的整体性变化，所以原则上量子的描述是非局域（非定域）的，这似乎跟相对论的局部光速限制产生矛盾。历史上著名的EPR佯谬大

致上就是基于类似的思考而质疑量子力学。当然，现在我们知道，虽然量子的涨落变化是非局域的，我们还是没法利用这些变化以超越光速的方式传递信号：量子关

联的两异地事件单独而言都是随机的，

但是整体放在一起却不是完全随机的。

哲学层面的解释

关于量子力学的理解，是一个源远流长的话题，从最早期的哥本哈根学派的解释开始，一直踊跃出各种千奇百怪的版本，当然目前也还没有真正的定论。不过介于上述讨论的话题，个人觉得有某个非主流的看法值得一提，就是所谓的

“关系量子力学”（Relational quantum

mechanics）。主要的想法源于相对性原理：我们能观测/解释的只能是相对的联系/关系，而不是一个个绝对的对象。把相对性原理应用到量子力学，

EPR其实不是问题。因为虽然数学上

有一个所谓的整体关联，但是绝对不存在一个“上帝视角”能够同时观测到异地的两个事件。异地的任何一端，看到的还是局域的，所以并不违背狭义相对论。

内蕴的随机性

量子力学的概率描述大概会让不少感觉不适，所以曾经有一小部分的物理学家，试图回到经典的确定性框架下。比方说，我们可以有一套更为精致的

确定性方程描述微观世界，但是因为测量没有到那个精确，所以只能观测到部分信息，这样得到了一个“有效”理论等价于量子力学。在这样的观点下，量子随机只

是表象而不是内蕴，而量子力学只是一个不完整的部分理论。有意思的是，有办法区分这两者。一个著名的例子就是所谓的贝尔不等式——一个数学方程大致上描述

了定域理论的极限（任何定域性的确定性），而量子理论事实上可以超过这个极限：即便我们的观测只限制在定域的范围，量子的“整体”效应还是使得这个观测区

别于定域的经典理论，虽然这个区别并不直接违背狭义相对论。连续几十年的实验表明，微观物理可以违背定域理论的理论上限，所以基本上把确定性定域理论这条

路的可能性堵死了。

所以目前为止，说量子的概率性是内蕴的，应该比较符合现在人类对微观世界现象的总结。

非定域因果

回过头来，在开头介绍的那篇文章里，事实上做了一个相当精巧的设计，把类似贝尔不等式的思路运用到时间的非定域上，就发现非常奇怪的结果：

量子理论能得到比经典的（定域）顺序因果对未来更高的预测概率，所以感觉起来好像是因果关系倒置了一样。

那个文章还证明对于任意的经典概率组合（如果不违背因果顺序），也量子力学的预测有所出入。虽然，这并不是说因果律被直接违背（因为量子方程微观上还是符合相对论协变性），

但是的确与我们一般理解上的因果性不完全一致。

不过，那个吓人的链接里面有一段，说的还是挺不错的：“ ‘随机性是本质上就有的。’

科尔贝克解释道：‘在更深的层次上，宇宙是自发的（spontaneous）。本质上，没有任何理由来解释量子粒子为什么具有这样的属性：不存在隐藏的影响，不存在铁律一般的因和果，不存在缺失的信息。万物生就如此，宇宙无需解释。’”