真值不存在嗎？——二論不確定度論

            真值不存在嗎？——二論不確定度論

                                                                 史錦順  

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不確定度論剛出世的時候，為了使自己能立足，先對經(jīng)典測量學(xué)的誤差理論出狠招：砍老根。你誤差論的基點，是物理量有唯一真值；我現(xiàn)在指出唯一真值根本不存在，一鎬刨得你樹倒樓塌。

請看《國際通用計量學(xué)基本名詞》，即VIN 第一版(1984)1.18
True value (of a quantity)

The value which characterizes a quantity perfectly defined ,in the conditions which exist when that quantity is considered.

Note
The true value of a quantity is an ideal concept and, in general ,cannot be known exactly. indeed, quantum effects may preclude the
existence of a unique true value.

（量的）真值

表征某量在所處的條件下完整地確定的量值。

注
量的真值是理想的概念。一般不可能準(zhǔn)確知道，實際上，量子效應(yīng)排除唯一真值的存在。

   【史論】上文的譯者，是我國計量界的幾位資深專家，對照原文。翻譯準(zhǔn)確無誤。我們重點分析最后一句“量子效應(yīng)排除唯一真值的存在”。這是一句很重的話，如果此話成立，則是對誤差理論的致命打擊。

人們知道，現(xiàn)代物理學(xué)的最重要的、最基本的理論是相對論和量子物理。量子物理又稱量子力學(xué)，又稱量子理論或量子論。不確定度論引用量子理論來攻擊誤差論，真狠。

引用量子理論，似乎有根有據(jù)；其實，這是謊言，或者說是對量子理論的胡亂解釋。網(wǎng)上找到兩段精彩的文章（網(wǎng)友們在谷歌上打個題目就可找到）。一段是我國著名理論物理學(xué)家何祚庥院士寫的，另一段引自美國哥倫比亞大百科全書。請看二文。

“測不準(zhǔn)關(guān)系”正釋（何祚庥）

（原）編者按：量子力學(xué)乃現(xiàn)代物理學(xué)兩大臺柱之一，其數(shù)學(xué)結(jié)論在經(jīng)過無數(shù)的嚴(yán)密實驗檢驗后表明是正確的，并得到了公認(rèn)。我們熟悉的許多高技術(shù)產(chǎn)品如電子計算機、人造衛(wèi)星、核武器，均離不開它。但是量子力學(xué)的不少術(shù)語和數(shù)學(xué)結(jié)論的物理意義卻是極難理解和接受的，其中“測不準(zhǔn)關(guān)系”問題又是核心，提出相對論并對量子論的早期發(fā)展作出過重大貢獻(xiàn)的現(xiàn)代物理學(xué)之父愛因斯坦，直到逝世也沒有從觀念上接受它；而當(dāng)今許多從事物理研究的人則在理解上也往往出現(xiàn)錯誤。在此，特請中國科學(xué)院學(xué)部委員、理論物理研究所研究員何柞庥先生對“測不準(zhǔn)關(guān)系”作一正釋。
　　“測不準(zhǔn)關(guān)系”是量子力學(xué)的基本內(nèi)容之—，是微觀粒子“波粒二象性”這一特點所導(dǎo)致的必然結(jié)果。由于微觀粒子具有波動和粒子兩重性，所以它并不同時具有確定的坐標(biāo)和動量；這些量分布在某些平均值的附近，對平均值有一“漲落”。量子力學(xué)創(chuàng)始人之一、德國物理學(xué)家海森堡首先注意到，坐標(biāo)漲落與動量漲落的乘積等于一個確定的數(shù)(普朗克常數(shù))。

   　 海森堡曾給出兩種不同的推導(dǎo)。一種推導(dǎo)是直接來自粒子所具有的“波粒二象性”；另一種推導(dǎo)來自量子力學(xué)的數(shù)學(xué)公式及其幾率解釋。這兩種推導(dǎo)所涉及的，只是粒子本身所具有的特性，而和測量與否無關(guān)，更和儀器的具體性能無關(guān)。例如按測不準(zhǔn)關(guān)系，電子將不會固定在氫原子核或質(zhì)子上，因為這時如果座標(biāo)漲落為零，那么相應(yīng)的動量漲落便是無窮大!量子力學(xué)之所以能解決盧瑟福的原子行星模型的困難，就是因為這一測不準(zhǔn)關(guān)系禁止電子停止在原子核或質(zhì)子上。氫原子的存在至少有100（億）年的歷史，而人類的出現(xiàn)才300萬年，至于科學(xué)儀器，則只有400年。這就是說，氫原子所具有的上述特性，是與人無關(guān)的，更與儀器無關(guān)。

對于測不準(zhǔn)關(guān)系有許多誤解，最通常的誤解便是認(rèn)為它是測量過程對微觀粒子產(chǎn)生干擾而導(dǎo)致的結(jié)果。需要指出的是，測量的確在許多情況下會干擾粒子的原來狀態(tài)，但并不是必然干擾粒子的原來狀態(tài)，這要看測量什么物理量，用什么方法去測量。

測量引起干擾的典型一例，是海森堡所討論過的γ射線顯微鏡的理想實驗。在這一實驗中，對電子的位置的精確測量，將引起動量的不確定性，而對動量的精確測量就引起位置的不確定性。但是海森堡這一分析只能說明測量不能超越測不準(zhǔn)關(guān)系，測量將能發(fā)現(xiàn)有測不準(zhǔn)關(guān)系。至于測不準(zhǔn)關(guān)系產(chǎn)生的原因，卻不能歸于測量行為。γ射線顯微鏡會發(fā)現(xiàn)電子必然滿足測不準(zhǔn)關(guān)系，原因就在于光子也滿足測不準(zhǔn)關(guān)系。所以，使用γ射線對電子的位置進(jìn)行測量，不能期望這一測量能超越測不準(zhǔn)關(guān)系。
　　有人認(rèn)為測量所引起的干擾，將不可避免地導(dǎo)致對測量的精度的限制。這是極大的誤解!海森堡就曾明確指出：“測不準(zhǔn)關(guān)系所討論的，是在量子理論中同時測量幾個不同量的精確度問題。這一關(guān)系對單獨測定位置或速度的精確性并無限制。所以，認(rèn)為“干擾”限制了某一物理量的測量精度的無限提高，是錯誤的。
　　也許有人要問：測不準(zhǔn)關(guān)系禁止人們同時并高精度地測出微觀粒子的位置和動量，這會不會阻礙人們實現(xiàn)對微觀粒子的認(rèn)識的“完備性”?其實對于量子力學(xué)體系來說，只要高精確度地知道粒子在空間的分布，那么通過傅立葉變換就能唯一且高精確度地知道它的動量空間的分布；反之亦然。這就是說，只要知道或者空間分布，或者動量分布，那么此認(rèn)識已經(jīng)是完備的指述了。

“測不準(zhǔn)關(guān)系”的英文名詞是Uncertainty Principle，直譯是“不確定原理”。這里毫無測量引起測不準(zhǔn)的意思。由于歷史上的誤會，在我國卻被譯為“測不準(zhǔn)關(guān)系”，有些人望文生義而產(chǎn)生了誤解。順便指出，在德文、俄文的名稱中也不具有“測不準(zhǔn)”的含義。（接樓下）

接 1#

第二篇文章
說明海森堡不確定性原理不限制單一測量的準(zhǔn)確度。

原文
uncertainty
uncertainty principle physical principle, enunciated by Werner Heisenberg in 1927, that places an absolute, theoretical limit on the combined accuracy of certain pairs of simultaneous, related measurements. The accuracy of a measurement is given by the uncertainty in the result; if the measurement is exact, the uncertainty is zero. According to the uncertainty principle, the mathematical product of the combined uncertainties of simultaneous measurements of position and momentum in a given direction cannot be less than Planck's constant h divided by 4π. The principle also limits the accuracies of simultaneous measurements of energy and of the time required to make the energy measurement. The value of Planck's constant is extremely small, so that the effect of the limitations imposed by the uncertainty principle are not noticeable on the large scale of ordinary measurements; however, on the scale of atoms and elementary particles the effect of the uncertainty principle is very important.      Because of the uncertainties existing at this level, a picture of the submicroscopic world emerges as one of statistical probabilities rather than measurable certainties.     On the large scale it is still possible to speak of causality in a framework described in terms of space and time; on the atomic scale this is not possible. Such a description would require exact measurements of such quantities as position, speed, energy, and time, and these quantities cannot be measured exactly because of the uncertainty principle. It does not limit the accuracy of single measurements, of nonsimultaneous measurements, or of simultaneous measurements of pairs of quantities other than those specifically restricted by the principle. Even so, its restrictions are sufficient to prevent scientists from being able to make absolute predictions about future states of the system being studied. The uncertainty principle has been elevated by some thinkers to the status of a philosophical principle, called the principle of indeterminacy, which has been taken by some to limit causality in general. See quantum theory .
譯文
       物理理論不確定原理，由海森堡于1927年闡明。指明同時測量某些測量對時，綜合準(zhǔn)確度的限制。測量的準(zhǔn)確度由測量結(jié)果的不確定度給定。如果測量是精確的，則不確定度為零。 根據(jù)不確定性原理，同時測量位置和給定方向的動量時，合成不確定度之積，不能小于普朗克常數(shù)除以4π。此原理還限制同時測量能量與測量能量所需時間的測量準(zhǔn)確度。普朗克常數(shù)特別小，在宏觀世界中，對通常測量，不確定性原理的限制效應(yīng)不顯現(xiàn)；而對原子和粒子的尺度，不確定性原理的限制效應(yīng)非常重要。由于此場合不確定性的存在，亞微觀世界的顯現(xiàn)為統(tǒng)計，而非必然可測。大尺度中，在時空所描述的框架中，談因果關(guān)系是可以的；在原子世界，這是不可能的。這種描述要求諸如位置，速度，能量以及時間的精確測量，而由于不確定性原理，這些量不能精確測量。不限制單一測量的準(zhǔn)確度，也不限制非同時測量的準(zhǔn)確度，非不確定原理要求的成對的量，同時測量也不限制準(zhǔn)確度。即使如此，科學(xué)做出所研究的系統(tǒng)的關(guān)于未來狀態(tài)的絕對預(yù)言，它的限制是充足的。不確定性原理被一些思想家引申去研究哲學(xué)，稱為模糊原理，被用于限制通常的因果關(guān)系。見量子理論。

Bibliography: See W. Heisenberg, The Physical Principles of the Quantum Theory (tr. 1949); D. Lindley, Uncertainty (2007).

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  【史論】

  我們引上面二文，主要是兩文都有一句話：不確定原理不限制單一測量的準(zhǔn)確度。由此，我們可以不受限制地去追求準(zhǔn)確。也就是說單一測量的量，有不受限制的準(zhǔn)確值。因此我們開頭引的VIM的話“量子效應(yīng)排除唯一真值的存在”是對量子理論的歪曲，是錯誤的。

量子理論不確定原理限制的是同時測量互有對易關(guān)系的二量的準(zhǔn)確度，找到的也只有“能量和時間”一對，和“坐標(biāo)與動量”一對，特別要注意，同時測量才受限制，不同時測量不受限制。

我是搞時間頻率計量的，此前搞過七年電子計量。時間（頻率）與能量（功率）的計量，不僅不同時，而且不同地，想一起測量都辦不到。

不確定度論否定真值存在的論斷，是錯誤的。

真值存在，但是請教真值如何測得？
測得誤差就是不確定度

人家說了，極限就是

那么極限是什么？做多少次才是極限？

還有，極限真的是嗎？　要記住，所有的測量結(jié)果是有條件的。

“測量”來源于“觀察”。我們怎么“觀察”物體？要有“光”。在基本粒子物理領(lǐng)域，對粒子的測量和觀察都需要粒子的“干預(yù)”。“測不準(zhǔn)”的根源在哪里？在于我們要“觀察”要“測量”。①為什么動量的位置不能同時測準(zhǔn)？是因為進(jìn)行“觀察”的光子“干預(yù)”被觀察的量子。當(dāng)我們希望測量精確的位置，我們需要波長極端的光子，也就是能量極大的光子，這樣的光子必定撞擊被觀察的粒子從而改變了它的動量；反過來，我們要精確的動量，就必須使用能量極弱的光子，也就是波長極長的無線電波，這樣位置的分辨率自然很差。②再看看薛定諤之貓。一個量子沒有被“觀察”之前處于量子疊加態(tài)中，當(dāng)我們“觀察”——“測量”了，波函數(shù)坍塌，貓的生死完全取決于我們是否“觀察”。這是一個尚無可解的佯謬。哥本哈根詮釋、平行宇宙都未完全解決。
不管怎樣，真值的問題并非一目了然那么簡單。當(dāng)前的理論包括量子力學(xué)和相對論有時甚至能動要我們唯物主義的根基。真值可知嗎？真值唯一嗎？我想不是我們能回答的。全世界最聰明的頭腦得出還沒有哪怕令人寬心的結(jié)果。