量子物理学进入社会层面

科学家们普遍认为量子理论只能在微观层面上“运用权力”，而在宏观层面上却无能为力。然而，根据《新科学家》网站上最近的一份报告，一些科学家认为，在量子世界中发挥重要作用的互补原理和概率论也可以用来解释一些宏观现象，如人类的决策过程等。这是因为普通的概率理论不能考虑对人们的决策行为有重大影响的特定情况，但是用量子概率理论，一切似乎都解决了。一些物理学家说，将量子力学的规则应用于心理学和经济学将有助于我们理解大脑和人类的决策行为。量子力学过程也可以在微观尺度上发生。如果有人让你区分意识和无意识，你能做到吗？仔细想想，这的确是一项非常困难的任务。如果意识有物理基础——意识是人脑中客观世界的反映，那么无意识也是一样吗？也许我们都认为心理学家，而不是物理学家，会给出这个问题的答案。毕竟，物理学家主要研究物质和辐射。但是如果你这么认为，你就错了。奥地利裔美国科学家沃尔夫冈·保利给出了答案，他因在1945年对量子力学的研究获得了诺贝尔物理学奖。他认为意识和无意识之间的关系类似于量子力学核心思想的互补原理。互补原理是量子力学的三大原理之一(另外两个是测不准原理和泡利不相容原理)，由丹麦物理学家、哥本哈根学派创始人尼尔斯·玻尔提出。该原理认为，在微观物体和测量仪器之间存在“原则上不可控制的相互作用”。这种“原则上不可控的相互作用”是“量子现象不可分割的一部分”。由于这种“原则上不可控的相互作用”，在分析量子效应时，不可能清楚地区分原子物体的独立行为和它们与测量仪器的相互作用。这些测量仪器用于确定现象发生的条件。泡利的类比涵盖了两个完全不同的尺度:控制原子、电子和质子行为的量子尺度和微观尺度(在本文中，大脑被控制)。人们真的能在这两个不同的世界之间划等号吗？毕竟，自20世纪20年代量子力学诞生以来，人们的普遍想法是，这一理论不适用于量子以外的尺度。量子尺度上无阻碍运动的规则并不遵循微观世界的逻辑。电子表现出什么样的行为取决于它是否被探测到。开创性的电子双缝干涉实验证明了这一点，实验还表明，一个电子似乎具有“分离性”，可以同时出现在两个地方。另一个特征是叠加——粒子表现得好像是一个整体，尽管它们相距很远。然而，在过去的15年里，越来越多的证据表明，量子力学过程也可以在微观尺度上发生。例如，奥地利维也纳大学的安东·切林格和他的同事通过实验证明了布基球(60个碳原子的富勒烯分子)可以表现出波粒二象性，这是一种奇怪的量子效应。许多人曾经认为这样的效应不可能存在于如此大的分子中。此外，科学家还发现，在最近一项关于人类味觉的研究中，当气味分子激活鼻子中的受体时，量子力学效应也会发生。

上述实验表明，一些大规模发生的量子过程也可以用量子力学的规则来解释。但是我们能在没有量子行为的情况下使用这些规则吗？科学家认为这是非常可能的，这也是最近即将出版的新书《量子社会科学》的焦点。这本书提出了这样一种观点，即“类量子”模型可以用于量子物理无法控制的领域(在这个意义上，它们与量子物理没有直接关系)。此外，作者对使用量子力学揭示复杂社会系统的行为特别感兴趣。量子力学可以用来解释人们的决策行为，并将量子力学应用于物理以外的领域，这一想法从10年前就已经出现了，当时科学家们试图寻找新的方法来模拟社会科学领域的信息，比如那些推高房价的领域。他们发现来自量子世界的概念可能具有深远而发人深省的经济意义。例如，量子势在构造定价公式中起着重要的作用。美国当代著名的量子物理学家和科学思想家大卫·约瑟夫·博姆(David Joseph Bohm)认为，量子世界中的粒子仍在沿着一条精确连续的轨迹运动，但这条轨迹不仅由普通力决定，还受到更微妙的量子势的影响。量子势是由波函数产生的。它通过提供整个环境的动态信息来引导粒子运动。正是它的存在导致了微观粒子不同于宏观物体的奇怪运动表现。尽管将量子力学应用于社会科学领域的概念还很新，但越来越多的例子提供了各种令人信服的证据，这表明量子力学为我们理解复杂的情况提供了一种全新的方式。这种方法似乎对决策领域影响最大。心理学和经济学中广泛使用各种模型来描述决策行为。然而，创建一个精确的模型是一个巨大的挑战。许多传统模式都基于一个基本假设——我们是理性的人，每一个行动都是为了确保最大的利益。但事实并非如此，因为我们的理性会受到我们偏好的影响。说明这一点的经典例子是埃尔斯伯格悖论。1961年，美国科学家丹尼尔·埃尔斯伯格进行了一次赌博实验，得出了埃尔斯伯格悖论的结论，这表明人们不喜欢模糊性，即不喜欢某个游戏的模糊概率分布，即人们在冒险时喜欢以已知概率为基础，而不是未知概率。当人们决定是否在一个不确定的事件上赌博时，他们除了考虑事件发生的概率外，还会考虑它的来源。后来，斯坦福大学的心理学家阿莫斯·特沃斯基和普林斯顿大学的心理学家菲尔德·谢菲尔借用了这个悖论的逻辑来测试人们如何在两阶段的赌博行为中做出决定。他们证明，尽管第二阶段的结果与第一阶段的结果无关，但参与者进入第二阶段的决定仍然受到他们是否被告知他们在第一阶段的赌博活动中的表现的影响。这项研究告诉我们，不确定性——甚至不相关的不确定性——会在我们做决定时让我们困惑。埃尔斯伯格悖论强调人类不喜欢模糊性，更喜欢用已知概率而不是未知概率作为基础，这令许多经济学家和心理学家困惑，因为它违反了全概率的基本规则，全概率是用来计算某个结果的可能性的经典模型。那么，你如何解释这种情况？这是否意味着量子理论不适用？事实并非如此。科学家已经证明，在双缝实验中也违反了同样的完全概率规则。为了从数学上解释这一点，需要引入一个特殊的因素——干涉项。由印第安纳大学的经济学家杰罗姆·巴塞尔梅尔和布鲁塞尔比利时*大学的物理学家德里克·阿兹领导的研究表明，这个干扰项也可以用来解释埃尔斯伯格悖论中起作用的概率值。不仅如此，量子力学的概率定律也能理解其他决策悖论。为什么量子力学的数学方法为我们提供了更好的理解这些悖论的方法？这是因为，在现实生活中，人们总是依靠情境来做决定，而情境是物理学、社会学和经济学的混合体。尽管经典概率规则很容易包含量子概率规则，但它并不考虑这些情况，量子力学也是如此。脑科学是另一个可以从类似量子的方法中受益的领域。将量子信息论的原理应用于大脑建模开辟了类似量子的人工智能领域，机器学习使用量子力学提供的算法来工作。今年5月，谷歌和美国宇航局宣布推出他们的量子人工智能实验室。这一里程碑式的事件可能会突出量子人工智能的前沿和重要性。此外，科学家们一直试图阐明大众媒体提供的大量信息是如何影响选举的。结果表明，所谓的量子主方程使我们能够描述社会系统及其环境之间的相互作用以及选民的个人偏好。量子社会科学仍然是一门新科学，但它为科学家在复杂环境中模拟信息提供了一种重要的新方法。然而，有一点需要弄清楚:这不是在量子水平上对社会科学的重建。此外，这并不是说量子物理学发生在我们描述的复杂和大规模的过程中，而是说量子力学可以用来解释这些复杂的现象。目前，从它的受欢迎程度来看，这个新领域正在被广泛接受。此外，越来越多的资金正慢慢涌入这一领域，前景似乎很光明。