从梵高的画中能读出哪些量子力学哲理？现实存在于观察者眼中

梵高的作品并不忠实于现实和生活。他当然有能力做出非常写实的画，但他的艺术效果是通过色彩和厚重的波浪形笔触来传达一个叠加着情感的世界。

在梵高进行艺术创作的时候，物理学世界已经走到了经典时期的尽头。物理学在很大程度上借鉴了18世纪英国理性主义的哲学，描绘了这样一个世界：测量是纯粹客观的，测量者或观察者是无关紧要的。换句话说，世界上的一切事物都有一个确定的客观状态。

量子力学核心概念之“测量”，测量行为是如何影响系统的属性的？

另一方面，梵高所描绘的世界不是世界本身，而是他所看到的。对19世纪的思想家来说，这是错误的；一个单一的明确的现实是存在的，与任何观察者无关。

所有这些都随着20世纪的到来而改变。

首先是爱因斯坦，他的相对论使测量永远与观察者相对。

然后是量子力学，它完全摧毁了客观性。

海森堡是最早阐明需要从位置和动量等经典概念转向将观察者和被观察者联系在一起的量子版本的人之一。

其原因与量子力学中的测量方式有关。例如，如果你考虑一个旨在测量自旋的仪器，你会发现，仪器会影响结果。这并不是因为仪器改变了它所测量的粒子的自旋，而是因为被测量者和测量者是内在联系的。

在20世纪20年代，对于如何解释这一切有很多分歧。例如，爱因斯坦在1924年主持了一次会议，当时只有22岁的海森堡就他的解释发表了演讲。年纪比他大一倍的爱因斯坦强烈反对海森堡的解释。会议结束后，他们论了这个问题，基本上达成了一致。似乎海森堡说服了这位超级明星，他的方法与爱因斯坦自己的相对论方法相似。

第二年，海森堡写下了著名的量子物理学和经典物理学的综述，从爱因斯坦的书中摘取了一页。他的方法摒弃了薛定谔的波动力学，重新解释了粒子的位置和动量，就像爱因斯坦重新定义“时间”是由时钟测量的东西一样。量子领域的位置和动量不是粒子的固有属性，而是由测量仪器测量的东西。这并不意味着它们没有任何意义。只是它们与进行测量的东西不可分割，就像颜色、光线和阴影与梵高对他所看的东西的感觉不可分割一样。

海森堡的方程显示了这些取代经典位置和动量的矩阵量是如何在时间中演变的。人们今天仍在使用这些方程，但却不常想到它们与普通思维有什么不同。

然而，年轻的海森堡却在被称为“教皇”的尼尔斯·玻尔的影响下改变了自己的理解。玻尔的量子物理方法是康德式的，因为他相信经典物理学中的位置和动量等概念在宏观世界中是有意义的，在微观世界中就会崩溃。

哲学家帕特里克·希兰曾与一些量子物理学的杰出人物如尤金·维格纳合作过，也采访过海森堡，他认为，海森堡的解释更“具体”、更客观，而玻尔依靠波和粒子等概念作为类比，这些概念不一定与任何真实事物相对应。因此，玻尔是一个反现实主义者吗？这很难说。有些人指责他和海森堡都是反现实主义者，但这可能是因为玻尔只是不想致力于一个特定的解释，因为有太多的相同的解释。

爱因斯坦的相对论和海森堡的早期解释的核心概念都是可观测的。在爱因斯坦相对论中，时间是由钟表获得的，而不是由某个上帝定义的。长度是由尺子给出的。除了观察者之外，这些都不是客观存在的。相反，它们受制于观察者自身的运动状态。海森堡将这些概念扩展到位置、速度、轨迹等等。测量仪器定义了它们。因此，由于这些概念的变化取决于测量仪器的设置方式，它们必须是相对论的，就像时间和长度一样。

基本现实是以某种方式结合所有可能性的东西，正如时空中的四个分量速度定义了运动中的物体的客观现实。然而，这究竟是基本现实还是仅仅是方便的抽象？这个问题将导致海森堡和量子理论的另一位名人之间的争论：埃尔温·薛定谔。

1926年，薛定谔提出了波动力学和波函数的概念。这是一个美丽的理论，使用了许多经典物理学中的波的概念。这让很多物理学家兴奋不已，因为它似乎是对量子粒子的客观定义，将它们与牛顿式的方程合并。另一方面，海森堡的矩阵数学是抽象的和混沌的。它否定了 "看不见的观察者 "这一严密的想法。薛定谔提供了玻尔想要的关于在微观层面发生的事情的 "图片"。人们可以是理性主义者，相信波函数及其坍缩，或者他们可以是康德主义者，相信这只是正在发生的事情的一个图片。无论哪种方式，他们都可以保持他们的经典概念神圣不可侵犯。

玻尔让海森堡和薛定谔在这一年会面，讨论他们各自的观点。他们都否定了对方的观点。海森堡说，薛定谔的理论把量子理论抛在了一边，而选择了一种简单的波动理论，对测量一无所知。薛定谔说，海森堡的理论过于抽象和不切实际，部分原因是海森堡认为，世界是不连续的，粒子一直在随机跳跃。玻尔认为，他们都必须以某种方式正确，因为他们的方程在数学上是相等的。他把这个想法称为互补性。

海森堡继续坚持波动力学的不合逻辑性。根本不存在波函数。相反，只有当谈论一个像位置这样的量时，才能谈论它是如何被测量的。没有什么神秘的波函数向仪器扩张和坍缩。相反，位置仅仅是图表上的点，显示在哪里以及何时测量了一个粒子。因此，你不能谈论粒子在这些点之间有一个位置，因为它不是相对于测量仪器而言的。

有趣的是，与二十年前闵可夫斯基对爱因斯坦的相对论所做的类似扩展相比，这场争论有很大的不同。爱因斯坦在他的相对论中谈到了棒和钟，而闵可夫斯基谈到了四维时空。爱因斯坦接受了闵可夫斯基的观点，在新的引力理论中把这些思想扩展到弯曲的时空，这是自牛顿以来的第一次。然而，闵可夫斯基的时空很像波函数——一种远离测量和观察的抽象，而这正是爱因斯坦对现实的理解的核心——到一些潜在的现实。然而，真正的问题并不是海森堡认为没有潜在的现实，或者像玻尔一样认为它是不可触及的。相反，他相信他的理论在某种程度上提供了这一点，而薛定谔的理论是一场数学闹剧。

那么，海森堡认为波函数是什么？对他来说，这只是科学家对粒子所在位置的无知的一种衡量，与现实毫无关系。

不幸的是，这是一种非常经典的、概率论的思考方式。根据海森堡自己的想法，思考波函数的一个更好的方式是，它是衡量粒子偏离经典力学的程度。换句话说，它在多大程度上偏离了牛顿的决定论。这不是对无知的衡量，而是对经典决定论的内在缺陷的衡量。

海森堡从来没有完全实现哥白尼式的飞跃，如果不是老一辈的人阻挠，他年轻时的洞察力本可以实现这种飞跃。他的独到见解为一种新的知识观打开了大门，这种知识观可以应用于任何已知的事物。经典物理学关注的是通过扩大或扩展我们所观察的事物来获得知识就像用望远镜来观察一个遥远的星星。我们是被动地收集关于一个事物的内在属性的信息。根据海森堡的见解，量子物理学是通过将一个事物与另一个事物进行比较并理解其相互关系来获得知识。这更像是一杆秤或天平，感兴趣的东西被放在秤上，用某个单位来衡量。我们可以获得的关于世界的基本知识是关系性的，而不是内在性的。可观察的知识从根本上说是关于主体和客体的。薛定谔的波动观只是海森堡的爱因斯坦观点在抽象（波函数）上的闵可夫斯基式的延伸，我们最终无法观察，只能思考。

凡高在直觉上理解的东西，海森堡似乎在逻辑上非常接近地掌握了，但却无法从经典物理学的包袱中剥离出来。这就是：所有的知识从根本上都是基本相关的，我们对世界的认识直接取决于谁在进行观察。即使当我们观看一幅梵高的作品时，我们也是在看梵高是如何看待某些东西的，但也不能避免在梵高的作品上叠加我们自己的感受，这样就像通过多个镜头来看世界。无论客观现实是什么，我们只能通过像时空或波函数这样的抽象概念来看待它。然而，对世界的直接体验只能是一种关系，而且从根本上说是相对的。