了得網科普讀物_概率的煩惱：量子貝葉斯拯救薛定諤的貓

編輯推薦

1.前沿與創新。量子理論*為前沿學科，讓我們從不同角度認識世界和構建一種全新的思維模式，同時作者結合概率論提出了“量子貝葉斯理論”，開創性的解釋了量子理論和量子理論的未來。2.科普性。隨著人們對科普世界越來越關注，比如量子、引力波、外星球是否有生物等，量子理論作為重要的重新認識世界的理論，對我們了解和構建新的認知模式具有重要作用。3.通俗易懂，深入淺出，大量配圖。4.量子理論界的大咖和重量級期刊隆重推薦

內容簡介

因為精確預測以及在科技領域的廣泛應用，量子力學被認為是*成功的科學理論之一，但也是*被誤解的理論之一。在被創立後的近一個世紀，量子力學仍舊充滿了爭議。通過量子貝葉斯理論（QBism）解釋量子理論中的悖論和謎題，本書為非專業的讀者闡述了量子力學深遠的含義、如何理解量子力學和量子力學如何與這個世界相互作用。QBism用對概率的全新理解去改造量子力學中的傳統特征。貝葉斯概率與標準的“頻率概率”不同的是，它是觀察者對未來將要發生的一個事件或者一個命題的信任程度的數值測量。相比於頻率主義，量子貝葉斯理論的優勢在於它能夠處理單個事件，它的概率估計可以根據獲得的新信息去更新，並且可以包含“頻率概率”的結果。但*重要的還是與量子理論相關的奇怪之處——如兩個原子可以同時在不同的位置，信號可以傳播得比光更快，以及薛定諤的貓可以同時處於死和活的狀態的想法。

用直白的語言而不是方程，貝耶爾用一種通俗的方式，揭示了量子力學的意義，發現了認識物理學的新途徑。

作者簡介

漢斯•克裡斯蒂安•馮•貝耶爾，威廉瑪麗學院校長教授。

部分量子力學 /001

第1節量子力學是如何誕生的 /003

第2節光的粒子 /012

第3節波粒二像性 /020

第4節波函數 /028

第5節 “美的物理實驗 ” /037

第6節見證奇跡的時刻 /045

第7節量子不確定性 /053

第8節簡單地波函數 /060

第二部分概率 /071

第9節概率的煩惱 /073

第10節貝葉斯牧師的概率 /086

第三部分量子貝葉斯主義 /099

第11節量子貝葉斯主義使事情明晰 /101

第12節量子貝葉斯主義拯救薛定諤的貓 /107

第14節實驗室中的量子怪異 /122

第15節物理現像都是定域的 /134

第16節信念與必然 /140

第四部分量子貝葉斯者的世界觀 /147

第17節物理和人類經驗 /149

第18節自然定律 /156

第19節石頭反踢一腳 /161

第20節現在的問題 /168

第21節一張完美的地圖？ /176

第22節未來之路 /179

附錄量子力學四種其他的解釋 /188

媒體評論

漢斯•馮•貝耶爾在本書中為向讀者揭示量子力學做出了令人驚嘆的工作。我很幸運在有生之年能夠兩次學習量子貝葉斯理論。*次學習猶如行走在崎嶇坎坷的路上，我和我的同事在形成這個理論的過程中就每個細節反復爭論，測試，再測試；推倒，再重建—
—我們為了到達彼岸，不得不顛倒我們的世界觀。第二次學習則是從馮•貝耶爾教授那巧妙的描述中重新學習它，這次學習使我心情愉悅。馮•貝耶爾教授措辭富有洞見，而我從來沒有意識到。現在我真正知道自己該如何去教授這門課程。

——克裡斯托弗•A.福克斯麻省理工學院波士頓分校物理學教授

物理學家在如何用量子力學去計算上保持著一致，但是在這些計算的意義上各執一詞。在他慣有的幽默和優雅中，馮•貝耶爾教授帶我們嘗試著去理解原子內的神秘世界。

——詹姆斯•特勒菲爾（James Trefil）喬治梅森大學物理學教授，《世界史中的科學》作者

在線試讀

退休後，我成為了一名量子力學補鍋匠。在大學裡教授了五十年的量子力學，研究生涯中玩弄著數學的奇技淫巧，掙扎著通過各式各樣的報告、文章、書籍以及電視節目將量子物理福音帶給普羅大眾之後，量子力學給我的人生留下了深深的印跡。它點綴了我思考宇宙的方式。
然而，自從高中開始，在我發現喬治•加莫夫的經典故事集《湯普金先生》中所描繪的量子撞球和量子林叢林的魔幻世界之後，我備受量子力學帶來的不安情緒的折磨。到目前為止，它行之有效，且從未讓我抑或是其他人失望。然而，盡管使用它並且在大學裡教授它，我在內心深處卻覺得自己並沒有真的理解它！我感覺自己不過是在重復著量子先哲們精心設計的步驟。像所有物理學家一樣，我熟悉牛頓物理，也即經典物理，且當情勢需要時，我可以如同傳道者一樣引經據典，對答如流，飛快說出它的教令、篇章，口若懸河地去描述它，然而我卻從未能這樣熟悉量子力學。量子力學的古怪之處並不源於它的數學復雜，而在於與生俱來的的悖論和難解之謎。
其中著名的謎題莫過於薛定諤的那隻倒霉的貓的故事---根據量子力學的假設，這隻貓同時處於既生又死的狀態。其他的難解之謎包含了這樣一條論斷，即一個量子粒子可以在不同的位置上被同時觀測到，這意味著粒子表現得像波一樣，波則像粒子一樣，而信息則似乎可以瞬時傳輸。總而言之，這些謎被稱為量子奇異。
諾貝爾獎桂冠獲得者——理查德•費曼給予了我安慰。盡管他是二十世紀的量子物理學家，但是仍舊抱怨“沒有人真的懂量子力學”，包括他自己! 然而他這個極其悲痛的自嘲並未給予我太多的安慰。
隨後，意外的事出現了。就在我計劃著退休且從自己不會與量子力學相處愉快的那種悲傷論斷中撤退時，量子信息前沿領域專家克裡斯托弗.福克斯（Fuchs）的文章讓我猶豫不決。盡管我並不是很懂他的文章，但是這篇文章看上去很鼓舞人心。按照科學圈子的傳統，我邀請他來到我的學術之家——弗吉尼亞州的威廉•瑪麗學院做了一個報告。他接受了邀請，因而我開始在他幫助下尋找量子力學的新解釋。
它被稱為量子貝葉斯理論，一語雙關地簡寫成QBism，這麼做的原因，我將在這本書中解釋。量子力學這些年使我受益匪淺，且它激發了許多設備的發明，這些發明逐步衍生出改變我們生活的整個工業，而量子貝葉斯理論與量子力學的這些技術方面的應用無關。取而代之的是，量子貝葉斯理論不過是在重新解釋該理論的基本部分並賦予他們新的含義。
當我和克裡斯成為朋友之後，他很耐心地教導我如何驅散量子奇異的迷霧。在一段時間裡，我們相遇在一些國外的會議和研討會上，諸如在瑞典古堡、加拿大高科技智囊團、瑞士山巔酒店以及巴黎的某個陰郁的禮堂——每個地方，物理學家聚在一起爭論著量子貝葉斯理論的是與非。克裡斯和我聯繫密切，交換著無數的電子郵件以及一起飲空了許多酒瓶。對它的理解如同晨曦般慢慢灑在我的身上。退休後，我成為了一名量子力學補鍋匠。在大學裡教授了五十年的量子力學，研究生涯中玩弄著數學的奇技淫巧，掙扎著通過各式各樣的報告、文章、書籍以及電視節目將量子物理福音帶給普羅大眾之後，量子力學給我的人生留下了深深的印跡。它點綴了我思考宇宙的方式。

然而，自從高中開始，在我發現喬治•加莫夫的經典故事集《湯普金先生》中所描繪的量子撞球和量子林叢林的魔幻世界之後，我備受量子力學帶來的不安情緒的折磨。到目前為止，它行之有效，且從未讓我抑或是其他人失望。然而，盡管使用它並且在大學裡教授它，我在內心深處卻覺得自己並沒有真的理解它！我感覺自己不過是在重復著量子先哲們精心設計的步驟。像所有物理學家一樣，我熟悉牛頓物理，也即經典物理，且當情勢需要時，我可以如同傳道者一樣引經據典，對答如流，飛快說出它的教令、篇章，口若懸河地去描述它，然而我卻從未能這樣熟悉量子力學。量子力學的古怪之處並不源於它的數學復雜，而在於與生俱來的的悖論和難解之謎。

其中著名的謎題莫過於薛定諤的那隻倒霉的貓的故事---根據量子力學的假設，這隻貓同時處於既生又死的狀態。其他的難解之謎包含了這樣一條論斷，即一個量子粒子可以在不同的位置上被同時觀測到，這意味著粒子表現得像波一樣，波則像粒子一樣，而信息則似乎可以瞬時傳輸。總而言之，這些謎被稱為量子奇異。

諾貝爾獎桂冠獲得者——理查德•費曼給予了我安慰。盡管他是二十世紀的量子物理學家，但是仍舊抱怨“沒有人真的懂量子力學”，包括他自己! 然而他這個極其悲痛的自嘲並未給予我太多的安慰。

隨後，意外的事出現了。就在我計劃著退休且從自己不會與量子力學相處愉快的那種悲傷論斷中撤退時，量子信息前沿領域專家克裡斯托弗.福克斯（Fuchs）的文章讓我猶豫不決。盡管我並不是很懂他的文章，但是這篇文章看上去很鼓舞人心。按照科學圈子的傳統，我邀請他來到我的學術之家——弗吉尼亞州的威廉•瑪麗學院做了一個報告。他接受了邀請，因而我開始在他幫助下尋找量子力學的新解釋。

它被稱為量子貝葉斯理論，一語雙關地簡寫成QBism，這麼做的原因，我將在這本書中解釋。量子力學這些年使我受益匪淺，且它激發了許多設備的發明，這些發明逐步衍生出改變我們生活的整個工業，而
量子貝葉斯理論與量子力學的這些技術方面的應用無關。取而代之的是，量子貝葉斯理論不過是在重新解釋該理論的基本部分並賦予他們新的含義。

當我和克裡斯成為朋友之後，他很耐心地教導我如何驅散量子奇異的迷霧。在一段時間裡，我們相遇在一些國外的會議和研討會上，諸如在瑞典古堡、加拿大高科技智囊團、瑞士山巔酒店以及巴黎的某個陰郁的禮堂——每個地方，物理學家聚在一起爭論著量子貝葉斯理論的是與非。克裡斯和我聯繫密切，交換著無數的電子郵件以及一起飲空了許多酒瓶。對它的理解如同晨曦般慢慢灑在我的身上。

盡管量子貝葉斯理論是激進而又意義非凡，但它並不難懂。我如此緩慢地纔將它擁入懷中，是因為傳統的量子力學的成功，盡管存在著各種奇怪之處，但是卻令人震驚地解釋了自然現像以及給出了可靠的預測。如同我這一代人一樣，我在一個傳統的被笑稱為“閉嘴吧，快去計算”的物理學院接收教育。我們被告知去接受量子力學是一個事實，使用它去解釋實驗和設計小物件，而不必擔憂它的深層含義。

“運用它”是“閉嘴吧，快計算”的更禮貌的表述方式。我們被鼓勵著先擱置哲學上的顧慮，取而代之去成功解決實際問題。這種心態需要一點時間去適應。

我們這種自負的態度在千禧年之際伴隨著量子信息理論的成熟而開始改變，這個理論揭示了量子力學未知的魔力。這些被用於一些非常炫酷的應用中，諸如量子加密（創造一種牢不可破的密碼）和量子計算（解決曾經被認為不可解決的問題）。前者已經有商業上的實現，而後者據信不遠的將來會成為現實。受科技上巨大進步的鼓舞，物理學界開始用新的視角去審視量子力學的真正的含義。年輕的研究者將不會因為表達出對它的基礎的研究興趣而被當作白日夢者嗤之以鼻。贊揚克裡斯和他的合作者的引起新的成果卓著的在已接受的智慧的檢驗的榮譽是他們應得的，如同攪拌著一個長久以來在爐眼上炆火慢燉的鍋。

當我看到量子貝葉斯理論的思想隻是緩慢地在物理學界中傳播時，我意識到是時候去為那些並不能輕易理解數學公式和方程的人寫這本書了。

大約25年前，在一本關於單個原子壯觀的新圖像對物理學的影響的書中，我並非確信而隻是非常期待地寫到：“當前我們正在建立的對原子理解的紐帶...將賦予它更深的意義，直到某天一個意義深遠而簡單地想法解開量子的所有謎團。”當然，那一天還未到來，但是毫無疑問，正如二十世紀顯微鏡學的進展使我們對原子有了更多了解，意義深遠而簡單的量子貝葉斯理論將在二十一世紀促使我們對量子更進一步的理解。

本書的章“量子力學”，主要以非數學的術語介紹傳統的量子理論。為了讓讀者對量子理論有更直觀的感受，我通過人們熟悉的事物或者日常經歷這樣的隱喻和類比方式來傳達理論直觀的意義。高中水平課程將有助於你理解，但也不是必須的。

第二章“概率”，在這章中我將轉向討論對概率的解釋，比較我們中學學習的“頻率論”的方式解釋概率與不太熟悉的貝葉斯概率之間的差別。這些討論的核心就是形式化的數學概率理論與其在現實世界應

用之間的基本的但也是常常被人們忽略的差別。

在做好這些鋪墊之後，本書的核心部分將描述如何將量子力學和貝葉斯概率結合成量子貝葉斯理論，以及如何用這種新的觀念來解決量子

奇異。

後，“量子貝葉斯理論的世界觀”這一章稍微有些偏哲學，主要涉及我們從量子貝葉斯理論中獲得的有意義的教訓，或者說它的更深層的意義，這是本書的重點。量子貝葉斯理論意味著一直以來的對世界的科學觀的支柱（另一支柱是相對論，譯者按）看法的改變。基於量子貝葉斯理論的觀點，我們將在本章中接觸到下面這些問題：什麼是“自然規律”的本質；這些規律又能完全決定宇宙的演化嗎；或者我們有自由意識去影響演化嗎；在物質世界中，我們既是其中的一部分又是觀察者，我們與物質世界的關繫又是如何；什麼是時間；人類認知的極限又在哪裡。我們也展望了量子貝葉斯理論發展的前景。

量子貝葉斯理論並非舊酒裝新瓶，也不僅僅是量子力學的另一種解釋。量子力學裝飾了我的世界觀，而量子貝葉斯理論改變了它。

退休後，我成為了一名量子力學補鍋匠。在大學裡教授了五十年的量子力學，研究生涯中玩弄著數學的奇技淫巧，掙扎著通過各式各樣的報告、文章、書籍以及電視節目將量子物理福音帶給普羅大眾之後，量子力學給我的人生留下了深深的印跡。它點綴了我思考宇宙的方式。

然而，自從高中開始，在我發現喬治•加莫夫的經典故事集《湯普金先生》中所描繪的量子撞球和量子林叢林的魔幻世界之後，我備受量子力學帶來的不安情緒的折磨。到目前為止，它行之有效，且從未讓我抑或是其他人失望。然而，盡管使用它並且在大學裡教授它，我在內心深處卻覺得自己並沒有真的理解它！我感覺自己不過是在重復著量子先哲們精心設計的步驟。像所有物理學家一樣，我熟悉牛頓物理，也即經典物理，且當情勢需要時，我可以如同傳道者一樣引經據典，對答如流，飛快說出它的教令、篇章，口若懸河地去描述它，然而我卻從未能這樣熟悉量子力學。量子力學的古怪之處並不源於它的數學復雜，而在於與生俱來的的悖論和難解之謎。

其中著名的謎題莫過於薛定諤的那隻倒霉的貓的故事---根據量子力學的假設，這隻貓同時處於既生又死的狀態。其他的難解之謎包含了這樣一條論斷，即一個量子粒子可以在不同的位置上被同時觀測到，這意味著粒子表現得像波一樣，波則像粒子一樣，而信息則似乎可以瞬時傳輸。總而言之，這些謎被稱為量子奇異。

諾貝爾獎桂冠獲得者——理查德•費曼給予了我安慰。盡管他是二十世紀的量子物理學家，但是仍舊抱怨“沒有人真的懂量子力學”，包括他自己! 然而他這個極其悲痛的自嘲並未給予我太多的安慰。

隨後，意外的事出現了。就在我計劃著退休且從自己不會與量子力學相處愉快的那種悲傷論斷中撤退時，量子信息前沿領域專家克裡斯托弗.福克斯（Fuchs）的文章讓我猶豫不決。盡管我並不是很懂他的文章，但是這篇文章看上去很鼓舞人心。按照科學圈子的傳統，我邀請他來到我的學術之家——弗吉尼亞州的威廉•瑪麗學院做了一個報告。他接受了邀請，因而我開始在他幫助下尋找量子力學的新解釋。

它被稱為量子貝葉斯理論，一語雙關地簡寫成QBism，這麼做的原因，我將在這本書中解釋。量子力學這些年使我受益匪淺，且它激發了許多設備的發明，這些發明逐步衍生出改變我們生活的整個工業，而
量子貝葉斯理論與量子力學的這些技術方面的應用無關。取而代之的是，量子貝葉斯理論不過是在重新解釋該理論的基本部分並賦予他們新的含義。

當我和克裡斯成為朋友之後，他很耐心地教導我如何驅散量子奇異的迷霧。在一段時間裡，我們相遇在一些國外的會議和研討會上，諸如在瑞典古堡、加拿大高科技智囊團、瑞士山巔酒店以及巴黎的某個陰郁的禮堂——每個地方，物理學家聚在一起爭論著量子貝葉斯理論的是與非。克裡斯和我聯繫密切，交換著無數的電子郵件以及一起飲空了許多酒瓶。對它的理解如同晨曦般慢慢灑在我的身上。

盡管量子貝葉斯理論是激進而又意義非凡，但它並不難懂。我如此緩慢地纔將它擁入懷中，是因為傳統的量子力學的成功，盡管存在著各種奇怪之處，但是卻令人震驚地解釋了自然現像以及給出了可靠的預測。如同我這一代人一樣，我在一個傳統的被笑稱為“閉嘴吧，快去計算”的物理學院接收教育。我們被告知去接受量子力學是一個事實，使用它去解釋實驗和設計小物件，而不必擔憂它的深層含義。

“運用它”是“閉嘴吧，快計算”的更禮貌的表述方式。我們被鼓勵著先擱置哲學上的顧慮，取而代之去成功解決實際問題。這種心態需要一點時間去適應。

我們這種自負的態度在千禧年之際伴隨著量子信息理論的成熟而開始改變，這個理論揭示了量子力學未知的魔力。這些被用於一些非常炫酷的應用中，諸如量子加密（創造一種牢不可破的密碼）和量子計算（解決曾經被認為不可解決的問題）。前者已經有商業上的實現，而後者據信不遠的將來會成為現實。受科技上巨大進步的鼓舞，物理學界開始用新的視角去審視量子力學的真正的含義。年輕的研究者將不會因為表達出對它的基礎的研究興趣而被當作白日夢者嗤之以鼻。贊揚克裡斯和他的合作者的引起新的成果卓著的在已接受的智慧的檢驗的榮譽是他們應得的，如同攪拌著一個長久以來在爐眼上炆火慢燉的鍋。

當我看到量子貝葉斯理論的思想隻是緩慢地在物理學界中傳播時，我意識到是時候去為那些並不能輕易理解數學公式和方程的人寫這本書了。

大約25年前，在一本關於單個原子壯觀的新圖像對物理學的影響的書中，我並非確信而隻是非常期待地寫到：“當前我們正在建立的對原子理解的紐帶...將賦予它更深的意義，直到某天一個意義深遠而簡單地想法解開量子的所有謎團。”當然，那一天還未到來，但是毫無疑問，正如二十世紀顯微鏡學的進展使我們對原子有了更多了解，意義深遠而簡單的量子貝葉斯理論將在二十一世紀促使我們對量子更進一步的理解。

本書的章“量子力學”，主要以非數學的術語介紹傳統的量子理論。為了讓讀者對量子理論有更直觀的感受，我通過人們熟悉的事物或者日常經歷這樣的隱喻和類比方式來傳達理論直觀的意義。高中水平課程將有助於你理解，但也不是必須的。

第二章“概率”，在這章中我將轉向討論對概率的解釋，比較我們中學學習的“頻率論”的方式解釋概率與不太熟悉的貝葉斯概率之間的差別。這些討論的核心就是形式化的數學概率理論與其在現實世界應

用之間的基本的但也是常常被人們忽略的差別。

在做好這些鋪墊之後，本書的核心部分將描述如何將量子力學和貝葉斯概率結合成量子貝葉斯理論，以及如何用這種新的觀念來解決量子

奇異。

後，“量子貝葉斯理論的世界觀”這一章稍微有些偏哲學，主要涉及我們從量子貝葉斯理論中獲得的有意義的教訓，或者說它的更深層的意義，這是本書的重點。量子貝葉斯理論意味著一直以來的對世界的科學觀的支柱（另一支柱是相對論，譯者按）看法的改變。基於量子貝葉斯理論的觀點，我們將在本章中接觸到下面這些問題：什麼是“自然規律”的本質；這些規律又能完全決定宇宙的演化嗎；或者我們有自由意識去影響演化嗎；在物質世界中，我們既是其中的一部分又是觀察者，我們與物質世界的關繫又是如何；什麼是時間；人類認知的極限又在哪裡。我們也展望了量子貝葉斯理論發展的前景。

量子貝葉斯理論並非舊酒裝新瓶，也不僅僅是量子力學的另一種解釋。量子力學裝飾了我的世界觀，而量子貝葉斯理論改變了它。

商品搜索

商品分类

【醫學】

【各大出版社】