12月31日科学史系召开第220期学术例会,报告人为2023级博士生张彦松同学和陈明坤同学。

报告开始,张彦松首先介绍了作为报告关键内容的“地球理论”和“地成论”,然后介绍为什么一个独立的“地成论”在古代和中世纪未能出现,进而从天文学革命带来的地球行星化出发,天文学革命通过打破亚里士多德的“月上”与“月下”区域的二分法,确立了地球作为独立客体的本体论合法性。其次,笛卡尔在1644年《哲学原理》中为宇宙和地球起源提供了无需依赖神圣干预的物理模型,但这一模型是缺乏历史性与时间性的。“地成论”的独立还需要一种独特的研究地球的方法,尼古拉斯·斯泰诺(Nicolaus Steno, 1638—1686)与罗伯特·胡克(Robert Hooke, 1635—1703)引入的时间维度与“阅读自然之书”(化石与地层)的方法论,使地成论拥有了独立的解释机制与实证基础。
最后,托马斯·伯内特(Thomas Burnet, 1635?—1715)通过《地球的神圣理论》(Telluris Theoria Sacra)明确界定了该学科的边界,他在拒绝宇宙论宏大叙事的同时,通过其作品引发的“伯内特之争”,使来自不同学术传统的学者共同参与到对地球理论的讨论和写作之中,确立了以物理法则解释地球历史的学术范畴。这一过程标志着关于地球的知识从探讨其“在宇宙中的位置”转向研究其“自身受因果支配的内部历史”。

报告后,程志翔、孙承晟、刘年凯、刘骁、鲁博林、王哲然、沈宇斌和郑中天等师生展开评议和讨论。根据彼得·哈里森(Peter Harrison)的研究,地球理论写作与17世纪末英国宗教思想背景的关联,以及同时代牛顿年代学研究和对地球历史探究的趋势,具有强烈的思想关联,论文后续应以科学思想史路径对这些问题进行深入探讨。另外,点评还就斯泰诺地层学方法的研究现状、地球研究与帕拉塞尔苏斯的关联性,以及报告中专业措辞,报告与博士论文中章节安排等提出问题,为报告提出了若干建设性改进建议,为后续研究提供了思路和启发。

陈明坤同学主讲题目为“量子力学理论中的量子倾向实体研究”。报告以量子力学中的“量子倾向”为核心,从物理实体角度系统探讨了其在解释量子现象中的本体论地位,并结合贝尔不等式实验、量子概率结构与多种量子理论解释,提出了一种基于倾向实体的连贯物理本体论方案。
报告人首先指出,量子力学中存在一系列难以用经典“局部事实马赛克”本体论解释的现象,如量子纠缠、测量问题、贝尔不等式违背等。他重点介绍了贝尔不等式实验的物理细节:在EPR-Bell实验中,两个纠缠粒子分别由Alice和Bob进行随机测量,测量方向可选择A₁、A₂与B₁、B₂,结果取值为±1。经典定域实在论预言CHSH关联值满足:
\[ |E(A_1B_1) + E(A_1B_2) + E(A_2B_1) - E(A_2B_2)| \leq 2\]
而量子力学预言,对于处于单重态(singlet state)的纠缠粒子,在特定测量角度组合下,该值可达 \(2\sqrt{2} \approx 2.828\)。自1980年代Aspect实验以来,一系列无漏洞实验均证实量子关联超越经典上限,这表明定域隐变量理论与实验不符,必须放弃“定域性”“实在论”或“经典概率结构”中的至少一条。
在此背景下,报告提出“量子倾向实体”作为解释量子关联的一种物理本体论方案。量子倾向被理解为量子系统携带的客观倾向性,其强度由波函数幅值决定,概率性结果(如玻恩规则)是倾向强度的体现。他强调,这种倾向不是认识论工具,而是微观世界中真实存在的物理结构。
报告系统分析了几种主流量子力学解释中的倾向性要素:
- 哥本哈根解释:虽强调测量导致波函数坍缩,但其概率解释隐含倾向性——波函数描述系统在测量中呈现各种结果的倾向,概率由 \(|ψ|^2\) 决定。
- GRW自发定域理论:通过引入随机坍缩过程,将空间叠加态视为系统携带的“倾向性实体”,其坍缩是倾向的自发实现,具有内在随机性,概率由坍缩机制决定。
- 埃弗雷特多世界解释:认为所有可能结果在不同分支中实现,波函数始终服从薛定谔方程。倾向性体现在分支权重的分配上,即各分支的“概率”实为倾向强度的表现。
- 玻姆力学:明确区分波函数与粒子位置,波函数作为引导波影响粒子运动。这里的波函数被视为携带非局域性倾向的实体,其倾向性体现在对粒子轨迹的全局影响中。
报告人进一步指出,尽管这些理论在形式与机制上差异显著,但都隐含或显式地依赖某种倾向性结构来描述量子系统的行为。例如,GRW中的“自发坍缩倾向”、玻姆中的“引导倾向”、多世界中的“分支倾向”,均体现了量子系统内在的倾向性本质。
在量子概率方面,陈明坤强调Born规则不应仅被视为频率或主观信念,而应理解为倾向强度的量化表达。量子概率具有客观性、单案例性与非经典关联性,这与经典概率论有本质区别,进一步支持了倾向性本体的物理实在性。
报告还简要提及Kochen-Specker定理与量子上定域性,指出量子系统在测量前并不具有所有可观测量的一组确定值,这与倾向性实体的“未实现但具有指向性”的特征相符。

在讨论环节,与会师生就量子倾向是否可被实验直接探测、倾向性与量子场论的融合、倾向性在量子信息中的应用等问题展开了深入交流。有评议提出,倾向性本体是否能为量子计算中的“量子优越性”提供更自然的解释框架;也有同学评议,倾向性是否有助于理解量子纠缠中的“非局域关联”本质。
本次报告从物理实体角度系统构建了量子倾向的解释框架,强调了在理解量子现象时超越经典本体论的必要性,并为量子基础理论的发展提供了新的思路。例会最后,主持人总结了本次报告的学术价值,并鼓励在物理与哲学交叉研究中继续深化对量子实在的理解。
