## 问答：科学研究“真相”吗？

> 读者 un&happy：
> "物理定律的作用是符合实验，而不是寻求真相"
> 这句话应该怎么理解？符合实验，不就是找到真相了吗？

> 读者 王保安：
> 感觉超级决定论无法证伪，因为你再怎么证明他是错的，他还是可以说你这个证明也是早在计划之中的。那它是一个科学理论吗？

> 万维钢

从逻辑上来说，符合实验只是说是找到了阶段性的真相，而不是最终的那个真相。这个问题涉及科学到底是干什么的。我们在前面的一次问答中说过，科学并不研究世界的“本质”，科学只是总结世界运行的规律。

我给你打个比方。现在有个特别有意思的网络游戏，玩家在游戏里创建角色，打怪升级，搜寻宝物，积累钱财，还可以交朋友、加入组织，也要为生存奋斗，也要积累声望。一个小男孩和一个小女孩正在谈论这个游戏。小男孩绘声绘色地讲了自己在游戏中的种种经历，说他一开始什么都不会，经常被敌对阵营的人欺负，后来找到了一些规律，渐渐地会玩了，在一次次的战斗中成长，现在是一个高手。他滔滔不绝地讲了很多战斗技巧。他说你知道吗？这个武器的伤害输出是多少多少，防御能力比较弱，但是如果是对战魔法类的职业就不用计较防御……

小女孩问小男孩，这些你是怎么知道的？

小男孩说，有些是在攻略中看到的，但是很多细节攻略里没有，是我自己总结的。比如你知道野外生物在多远的距离上会对你产生敌意吗？我做过一个实验……

小男孩一直说一直说。小女孩突然说，可是那些都是游戏公司设定的啊！他们想怎么设定就怎么设定。

没错，小女孩说得对。在这个故事里，小女孩说的是真相，但是小男孩是个科学家。这有两个原因。

一个原因是科学理论可以预言实验结果。你总结一套规律，这个规律可以用于新的现象，这很有用。量子力学认为单个粒子的行为是随机的无法预测，这对科学哲学是一个重大冲击，但是因为量子力学可以计算一个精确的概率，它仍然可以预测一大堆粒子的集体行为，所以它仍然是科学理论。

另一个原因是我们不能对无法验证的事情下断言。小女孩说的的确是真相，但是以玩家在游戏之中的体验而论，小女孩的理论没有办法验证，也就是不可证伪。不可证伪的理论不能预测实验结果。可能有些人会认为这样的理论也很有用，毕竟能给人提供想象和安慰，但是科学这个业务不研究这些。

所以“科学”不是“正确”的代名词，科学不研究真相。科学研究的是可以预测实验结果的理论。

量子力学可以让我们体会一下科学的边疆。量子力学现在有十几种解释，因为现在没有实验能证伪这些解释，我们不敢说它们中有哪个是错的。如果哪个解释想要脱颖而出，率先得到拥护，就必须提出一个现有的量子力学理论没有发言权、其他的量子力学解释做不出、或者作出错误的预言的实验，然后做这个实验，得到它预言的实验结果。

问题是你得能找到并且做成这样的实验才行。与很多人的直觉相反的是，像“多世界解释”和“超级决定论”，虽然听起来很“哲学”，但其实它们是有实验预言的。

多世界解释预言，总会有一个世界里，有个人会遇到特别特别巧的事件、以至于这个事件根本就不能用概率论解释。这是一个著名的思想实验，叫“量子自杀（Quantum suicide）”。我们设想把薛定谔的猫换成一个人，或者干脆连毒药都省了，直接用一把“量子手枪”。这把枪里面有个量子力学机制，每次扣动扳机，都有 50% 的可能性发出子弹把人打死，50% 的可能性只发出一个声响而不发射子弹。

一个物理学家拿着这把枪对准自己的太阳穴，每秒钟扣动一次扳机。只要枪击发，物理学家就等于是自杀了。

好，如果只有一个世界，手枪击发与否是个概率为 50% 的概率事件，那么我们可以想见，物理学家这么玩早晚会把自己打死。

但是如果多世界理论是正确的，那就是每次开枪都把世界分叉成了两个，其中一个里面的物理学家死了，另一个里面的物理学家活着 —— 不管开枪多少次，总有一个世界里的物理学家是活着的！对吧？

那么如果现在有一个物理学家，对自己连着开了很多很多枪，发现自己居然还没死，他首先可能会觉得这只是巧合。于是他接着又开了很多很多很多枪，发现自己仍然活着！他会告诉自己，世界上没有这么巧的事情！我一定是那个一直都被分叉到了“活”的世界里的那个幸运儿！由此我判断，多世界理论是对的。

当然，如果他再多开一枪，他还可能会死 —— 但是他的一个分身，会继续活着。多世界理论和概率理论的关键区别就是多世界理论认为永远都*一定*会有一个分叉中的物理学家是活着的，而概率理论认为那个可能性太小了。

量子自杀实验的麻烦在于我们很可能不在那个幸运的分叉世界之中，没有哪个物理学家敢这么做实验。

但是如果你遇到了一系列特别特别巧合的事儿，你对多世界解释的信心应该增加。

而且巧合会让我们对超级决定论的信心减少。比如我做了一个量子纠缠实验，我的结果，根据贝尔不等式，说明光子之间有超距作用。我对自己说，这其实只是一个巧合，是物理定律安排我在那个时刻选择做实验，那两个粒子也是被安排的。第二天，我当众指着一个大石头叫了一声“落！”石头就落了下来。我对自己说这也是一个巧合，一切都是被安排的。第三天、第四天、我每次做量子纠缠实验都得到了同样的结果。

那我就会反思一下自己的人生。这么巧吗？一切都是安排好的？难道物理定律对我有什么偏爱吗？不能啊？不管这时候超级决定论怎么安排我，我都会降低对它的信心。

> 读者 Seifer-zzg：
> “没有时间”是个怎样状态呢？是事物的变化发展没有逻辑性吗？还是有太多的时间维度而不是遵循一个矢量方向的发展呢？物质和时间是绑定的吗？

> 万维钢

没有时间就是方程里没有时间这个变量，就是事情不会随着时间变化。比如你打开一张纸质的地图，它有两个空间，而我们如果假设地图的这张纸不会变质，就可以认为地图是一个只有空间没有时间的东西。

如果宇宙中只有一个粒子，比如说有一个电子，因为没有东西跟它相互作用，它的运动不会发生变化，我们可以说这样的宇宙是没有时间的。只要有两个粒子，互相一动，时间就诞生了。

不过有时间不等于有“时间箭头”，那是另一个故事。

> 读者 照母山动力：
> 为什么发生在广阔的真空中的一个局部量子涨落的一次偶然隧穿，会引起全宇宙大爆炸一般的暴涨呢？这能量从哪儿来？真希望能尽可能搞懂这个接近起源的解释。

> 万维钢

除了假真空比真真空的零点能多出来的那一点点能量，暴涨并不需要多余的能量。宇宙暴涨的过程中各种物质出现、包括他们的动能，这些都是“正能量”，没错；但是恰恰因为暴涨，物质之间的距离拉开，它们之前的引力势能也在增加，而引力势能是个“负能量”。正能量和负能量抵消，宇宙的总能量并不增加，仍然是 0。不算量子涨落的话，宇宙的演化是一个严格的能量守恒事件。

> 读者 色子曰：
> 为什么伊芙接收到爱丽斯发出的纠缠的光子会被吸收，而鲍勃接收到却可以收听到里面的信息呢？

> 读者 stone扎西华丹：
> 可是波函数不是什么都知道吗，有没有可能做一个巧妙的实验，让波函数在99%不吃掉光子的情况下获知光子的偏振方向呢？有没有一个原理从根本上杜绝这个可能性？

> 万维钢

这个细节是这样的。我们要测量一个光子的偏振情况，一般是使用一个叫做“格栅”的东西，你可以把它理解成宏观看像眼镜、微观感觉像百叶窗的一个东西。假设格栅处于水平方向，那么一个水平偏振的光子会 100% 通过格栅，一个垂直偏振的光子会通不过、也就是会被格栅吸收，而一个在其他方向偏振的光子则会以一定的概率通过。

所以伊芙原则上不会吸收掉爱丽丝发出的所有光子，有一些会通过。通过了伊芙的光子，鲍勃再测一遍，如果他们用的测量方向相同并且正好是水平或者垂直方向，鲍勃将得到确定的、同样的结果 —— 但是这个不叫窃听，因为只有一部分光子可以通过伊芙，鲍勃和爱丽丝对不上，伊芙破坏了爱丽丝和鲍勃的协调。

波函数什么都知道，但是我们跟波函数对话只能得到坍缩之后的信息，我们不能什么都知道。我们不可能在不破坏一个量子态的情况下复制到这个量子态，这叫量子不可克隆定理。

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