量子化条件（pq-qp=-ih/2π）本来有一个苛刻的限制：只有当它涉及的动力学变量是由哈密顿算符表示的可观察量时，量子化条件才

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“可观察量”与量子理论质疑群：终极理论之梦 2009-11-30 20:41:31 阅读104 评论0 字号：大中小 订阅 .

尽管物理概念是根本，然而，在量子力学发展初期，数学形式演算的发达程度远远地超前于物理意义的正确理解，在相当长的一段时间内，出现了把形式化的程序看作是量子化本质的“反客为主”的情形。按照科学实在论的眼光看，在高度抽象化、形式化的数学程序背后，一定有着它相应的物理概念和深刻的本体论基础的支撑。如果忘记了数学程序背后的基本前提、真正的物理含义和限制条件，那么将会本末倒置。

量子化条件（pq-qp=-ih/2π）本来有一个苛刻的限制：只有当它涉及的动力学变量是由哈密顿算符表示的可观察量时，量子化条件才有意义。但量子场论的所有先驱者和奠基者，诸如约当、狄拉克、克莱因、维格纳、海森堡、泡利和费米，似乎都忘记了这个大前提和限制条件，让有关量子场的一组“不可观察量”（诸如粒子数表象中的产生与湮灭算符，描述几率场幅度的非哈密顿算符等）去服从量子化条件，违反了量子化条件原先设定的基本限制。在狄拉克处理“辐射场”时，假定能量E（或能量子数N）和场的每一个分量的相位θ看做描述场的动力学变量，并满足量子化条件；而当他处理“薛定谔波场”时，则假定几率幅b及矢量势能a也看做满足量子化条件。第一，E、N、θ、b、a中哪些不是可观察量？什么样的量才算可观察量？只有可观察量才可以量子化吗？第二，经典辐射场和薛定谔波场区别是什么？应该把哪个场进行量子化？当代量子场论（区别于最初的正统量子场论）是如何看待波粒二象性的？

在量子电动力学中，实粒子不再是不生不灭的固定实体，虚粒子和虚过程变成了不可缺少的作用机制。这样的后果是，必须考虑任意高能量和动量的虚过程，这就导致不可定义的无穷大量的出现。40年代后期，重整化微扰形式在核弱力和强力理论中曾取得巨大成功，但相同方法进一步应用到核相互作用时却失败了。微扰法以耦合常数极小为前提，否则就不能算“微扰”了。介子耦合常数远大于1，微扰法根本不能用。介子理论重整化的失败给物理学家敲响了警钟，触发了研究量子场论的科学共同体一种危机意识，使得正统量子场论的核心原理和整个概念框架受到怀疑。有些公理化场论的理论家们指责正统量子场论缺乏批判性思考，把适用于有限自由度的量子力学不恰当地套用到无限自由度的场中来。他们发明了“模糊化（涂抹）”方法。因为重整化实质是吸收无穷大量，而无穷大的祸根就在“点模型”。涂抹使得精确的点模型模糊化，就消解了发散（无穷大）的根源，与重整化异曲同工。（但从微扰的视角看，这种分布性数字场理论仍然是不可重整化的。但如果没有了无穷大的困惑，为什么非要重整化不可？重要的不是不可重整化，而是不需要重整化）。

朗道和杰弗里·丘不仅从数学技巧上否定量子场论的微扰法，而且从物里思想上否定其一般的概念框架。他们认为“定域算符场”“定域耦合”“微观时空”“微观因果性”“虚粒子传递”等虚过程，都只是纯粹思辨的产物，在原则上是不可观察的，因而是靠不住的。施温格也认为“定域激发”“虚粒子传递”之类的假想世界是不切实际的，应把注意力转移到实验上可观察的现实世界中来。

突然想起伯仑学长曾在一篇日志的评论中对我说：“我同意你对场的看法，不过在实际工作中，再重要的观念总会附着在一定的物理对象和客观实体上。文小刚教授对此有一段非常精辟的解说，他觉得也许真正实在的东西只是多体系统的关联与响应，而量子场论只不过是为了获得前两者的手段和观念。观念总会过时，而事实永远不会过时。”这或许是对科学实在论的最好证明。数学方程总有过时那一天，而物理客体（自然万物）永恒不变。数学形式再“美”，但代替不了物理客体的“真”。在物理中，真比美重要，实验比逻辑更有权威。“精确（数学）的虚”，不如“近似的实”更接近宇宙真理。但反对者们也各自提出自己方案。如杰弗里·丘提出解析S矩阵理论，还有一些科学家主张流代数理论。这一时期，形式推理和代数运算取代了内在动力学机制的研究。

但60年代中期后，对内在动力学机制的研究把纯粹对数学形式的研究压了下去，因为实验永远是物理学的最高权威。在强相互作用领域，随着在复平面上的越来越复杂的S矩阵奇异结构的发现，S矩阵理论逐渐衰退；流代数理论也出现了与实验事实明显不相符的结果。问题在于它只管形式演算，完全不顾数学背后的物理意义（动力学机制），因而只是权宜之计，从根本上说是靠不住的。以为“等时对易关系”完全不依赖于相互作用的细节，也是过分理想化的不切实际的幻想。它的基本假定之一，即流对易子不依赖于动力学细节，这种过分简单化的假定削弱了整个研究纲领的基础。

但是，只看重可观察量，忽视不可观察量一定正确吗？

（1）流代数虽然看重可观察量（有助于回避正统量子场论引入不可观察量的理论结构的全部困难），但这也妨碍了它对于基本粒子及其行为（动力学机制）的深入探究。

（2）矩阵力学和波动力学基本方程都明显含有虚数单位i，这意味着“相位的变换”不会影响宏观可观察量。正是“相位”这个概念，使得受广义相对论启发的外尔“规范不变性”思想复活，才有今天的规范场论。说来有趣，“相位”真正进入物理学是在量子力学之后，而外尔提出“规范不变性（相位不变性）”是在量子力学之前，超出了当时物理学发展进度，因而遭到很大反对。最大的质疑是爱因斯坦“钟表”理想实验（相同起点的两个相同的钟沿不同路径运动到相同终点，显示的时间不同）。直到几十年后，这个质疑才由杨振宁澄清（钟沿不同路径运动由于相因子i而有不同标度（相位），而不同相位不会影响钟的快慢）。

（3）杨振宁回忆说，自己曾严格遵奉“只考虑可观察的对称性”这种哲学，实际上是犯了先入为主的错误。任何情况下，对局域规范对称性来说，“可观察性”的意义本身并不清楚。我曾认为“如果一种对称性不可观察的话，它就不能在基本理论中占有一席之地”，所以抗拒基本场论中的对称破缺观点。由于先入为主，“粒子物理中最优秀的头脑也没有产生自发对称破缺的思想”。不过到80年代，杨振宁依然认为，“引进一个场而使对称破缺，不会是一种终极理论，虽然它或许是一种好的暂时理论。就像费米的衰变理论一样”。

（4）量子力学中一个根本的革命思想就是不确定原理，而解释这一原理一般要引入观察者。按照哥本哈根解释，“没有观察，我们什么也不知道”。在观察者存在的情况下,波函数魔术般坍塌.例如电子波干涉实验,电子是好象事先知道它前面是双缝还是单缝,以及前面埋伏着各种障碍,而故意绕开?!如果不接受哥本哈根解释那个鬼现实,就得相信埃弗雷特的平行宇宙论.对于薛定谔的猫,整个世界分裂成2个版本.这2个版本在其余方面是全同的,唯一不同在于:其中一个版本中,原子衰变了,猫死了;另一个版本中,原子没衰变,猫还活着.这又能说明什么呢？EPR佯谬说明什么?2个分开的光子具有心灵感应(彼此观察)?如果观察者是必须的,那么谁来观察"观察者"呢?突然想起一幅漫画(参考C++编程思想-递归):一只猴子想画下自己正在画自己时的得意情景: