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上一篇讲了相变——一群水分子在 99 度到 100 度之间的那一秒,集体做出了决定:不再当液体。
相变教我们:世界在大多数时候是平滑的,但在某些特殊点上会发生集体的、锐利的、不可预测的跳变。 涌现能力、Grokking、Double Descent——它们都是这套"突然"的现代表弟。
但相变再神奇,它描述的仍然是一群粒子的行为。温度、密度、磁化强度,都是统计量——你把 10²³ 个粒子的行为平均一下才能看到相变。
那单个粒子呢?
你可能以为:个体行为平凡无奇,奇妙的是"群体"。
但量子力学告诉我们,真正的诡异不在大,而在小。一颗电子,就足以颠覆整个古典世界观。
什么是"量子"? 20 世纪初,物理学家发现原子尺度上,能量、角动量这些物理量不是连续的——它们总是一份一份地出现,像台阶不像斜坡。“量子”(quantum)就是"一份"的意思。
什么是"量子力学"? 就是描述原子、电子、光子这类小东西如何运动的新物理学。我们日常的牛顿力学(苹果落地、汽车加速)在原子尺度失效了,量子力学接手。
它和经典物理最大的差别? 经典物理说:“每个粒子在每个时刻都有确定的位置和速度,我们只是可能不知道。” 量子力学说:“测量之前,这些属性根本就没有确定值。”
本文会反复出现的几个词:
- 波函数 ψ(读 psi):描述"一个粒子可能在哪里"的数学对象
- |ψ|²:ψ 的模平方,给出"在某个位置找到粒子的概率"
- 测量 / 观察:把装置对准粒子、读出一个结果的这个动作
- 坍缩:测量瞬间,波函数从"弥散的云"变成"一个点"的过程
你不需要会任何公式。 只需要记住一条:“在量子世界,概率不是我们无知的借口,概率就是世界本身的运作方式。”
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▸ 第七篇(本文):量子——观察者与被观察
第一章:爱因斯坦下半生不得安宁的那句话
1927 年 10 月,比利时布鲁塞尔,索尔维(Solvay)国际物理学会议。
29 个人挤进一张合影——其中 17 个人拿过或将要拿诺贝尔奖。坐在前排正中的是爱因斯坦,他 48 岁,是这个房间里最有名的人。
但主角不是他。主角是一群比他年轻十几岁的人:玻尔、海森堡、薛定谔、狄拉克、泡利——他们带着一套刚刚拼凑好的新物理学:量子力学。
这套理论的核心主张,让爱因斯坦无法接受:
- 粒子的位置不是一个确定的数,而是一个概率分布
- 在你测量之前,问"电子在哪里"这个问题没有答案
- 不是"我们不知道它在哪"——而是它根本就不在任何地方
会议间隙,爱因斯坦对玻尔说了一句后来被引用了一万次的话:
“上帝不掷骰子。”
—— Einstein to Bohr, 1927
玻尔毫不客气地回了一句:
“爱因斯坦,不要再告诉上帝该做什么了。”
这场辩论持续了整整 28 年,直到爱因斯坦 1955 年去世。他没有赢。
但真正的问题不在"谁赢"——真正的问题是:玻尔说的那套到底是什么意思?
在没人看的时候,电子在哪里?
这一篇,就是关于这个看似无聊、实则深不见底的问题。
第二章:双缝实验——粒子在等什么?
在讲量子力学之前,让我先给你看一个实验。它简单到可以在高中物理课里演示,奇怪到每一个看懂的人都会失眠。
实验装置: 一支电子枪,朝一块挡板发射电子。挡板上开两道细缝。缝后面放一张感光屏。
电子枪一次只发射一个电子。每个电子要么穿过左缝,要么穿过右缝,然后打在感光屏的某个位置上。
你关掉灯,开枪。一声响,屏上出现一个亮点。
再一声响,又一个亮点。
再,再,再——
你打了 10 个,看起来是随机分布。打了 100 个,还是随机。打了 1000 个——
屏上慢慢浮现出一排明暗相间的干涉条纹。

每一颗电子都是随机落点,累积到 1000 颗以后,干涉条纹(|ψ|² 的理论分布)自己浮现——它是全体未来的统计,不是任何一颗粒子的"真实路径"。
等等。这不对劲。
干涉条纹是"波"才有的现象。 当两列波同时穿过两条缝,它们会在某些位置同相叠加(更亮),在某些位置反相抵消(更暗)。这就是光学课讲过的托马斯·杨实验(1801)。
但电子不是波,电子是粒子。 而且你是一个一个发的,每次只有一个电子在装置里——它在和谁干涉?
一个可能的解释:每个电子在穿过缝时,分成两半,一半穿左缝,一半穿右缝,然后自己和自己干涉。
那我们来验证一下。在左缝旁边放一个小探测器,看看电子到底走了哪一边。
实验重做。一个个电子打过去。
屏上——
干涉条纹消失了。 只剩下两团随机的亮点堆——左缝一团,右缝一团,像两个独立的散弹目标。
你一看它,它就"老实"了。
你把探测器拿掉,不看。条纹又回来了。
放回去看。条纹又消失。
这个实验的恐怖之处在于:“看"不是一个被动的动作。你放一个探测器,不管这探测器多温柔多无害,只要它能记录"电子从哪边过”,这个信息一旦存在,干涉就死了。
物理学家把这叫做"which-path information"。它的含义很残酷:
有些信息的存在方式,本身就改变了实验的结果。
第三章:波函数——世界的"可能性云"
双缝实验逼着物理学家接受一件事:电子不是小弹珠。 弹珠走一条路,但电子走"所有的路"。
于是有了波函数(wave function)。
1926 年,奥地利物理学家薛定谔(Erwin Schrödinger)写下了那条后来挂在无数大学办公室上的方程:
$$ i\hbar \frac{\partial \psi}{\partial t} = \hat{H} \psi $$
你不需要看懂它——你只需要知道 ψ(“普赛”)代表什么。
ψ(x, t) 不是粒子的位置。 它是一个复数函数,对每个时空点 (x, t) 给出一个值。
真正有物理意义的是它的模的平方 |ψ(x, t)|²,玻恩(Max Born,1926)告诉我们:
|ψ(x, t)|² = 在时刻 t、位置 x 找到这个粒子的概率密度。
注意这句话的微妙:ψ 不是粒子,ψ 是关于粒子的概率分布。一颗电子对应一朵"可能性的云",这朵云在空间中伸展、振荡、弥散。
在双缝实验里,ψ 穿过左缝产生一朵云,穿过右缝产生另一朵云,两朵云在屏前相遇,干涉。屏上每个位置的亮度 = |ψ 左 + ψ 右|²——这就是条纹。
所以"一个电子同时走两条缝"并不是说电子像果冻一样真的被掰成两半。它的意思是:
ψ 这朵云既可以穿过左缝,也可以穿过右缝——而"哪一朵真正发生了",在没测量前没有答案。
然后你测量。你把探测器放在屏上,记下电子打在哪里。
这时候 ψ 做了一件极其奇怪的事:它瞬间"坍缩"——从一朵弥散在整个屏上的云,压缩成你刚刚测到的那一个点。

测量前:|ψ|² 是一片"可能性的云"。测量瞬间:云坍缩成一个确定的点。这不是云"原本就在那里只是我们看不清"——是看这个动作本身改写了云。
坍缩之前,粒子"在所有地方又不在任何地方"。 坍缩之后,粒子"就在这里"。
中间发生了什么?
薛定谔方程不能回答这个问题——因为坍缩不是由它描述的。薛定谔方程告诉你波函数怎么平滑演化,但测量那一瞬的"跳",方程里没有。
物理学给这个跳起了一个含糊的名字:测量问题(measurement problem)。
而"测量"到底是什么?这个问题从 1927 年问到今天,没有公认的答案。
第四章:薛定谔的猫
薛定谔自己对这套理论也不舒服。他本来是想用 ψ 来拯救古典物理——他以为 ψ 可以像声波一样是某种真实的扰动。
但玻恩和玻尔说:不,ψ 只是概率。
薛定谔气坏了。1935 年,他写了一篇论文,里面编了一个极其恶毒的思想实验,打算一锤子把这套概率解释砸扁。这就是传说中的薛定谔的猫。
一只活猫,关在一个铁盒里。
盒里有:
- 一个放射性原子(每小时有 50% 概率衰变)
- 一个盖革计数器(探测衰变)
- 一个毒气瓶(被计数器触发后释放毒气)
一小时后,原子的波函数是"衰变 + 未衰变"的叠加态。
按量子力学的规则,整个系统——原子、计数器、毒气、猫——都应该处于叠加态。
问:打开盒子之前,猫是死是活?
薛定谔的目的是归谬:一颗原子在叠加态我能忍,但猫在"又死又活"的叠加态——这太荒谬了,说明这套理论有毛病。
结果事与愿违。 物理学家们看完文章说:没错,猫就是又死又活的。
这不是一个让量子力学丢脸的思想实验——这是一个把测量问题逼到台前的思想实验。
因为它问了一个无法回避的问题:
“测量"到底是什么?是探测器盖革计数器咔嗒一声?是毒气释放?是猫死了?是你打开盒子?还是你意识到猫死了?
这条链条,坍缩到底发生在哪一环?”
- 如果坍缩发生在原子层面——那么为什么电子双缝不在电子离开缝的瞬间就坍缩?
- 如果坍缩发生在宏观物体层面——那么"宏观"的界线在哪里?10 个原子?10¹⁰ 个?
- 如果坍缩发生在意识接触信息的瞬间——那在这之前,月亮真的在那里吗?
这些问题至今没有公认答案。物理学界分成了好几个教派:
- 哥本哈根派(Bohr, Heisenberg):别问这么多,计算出来对得上实验就够了。“Shut up and calculate.”
- 多世界派(Everett, 1957):坍缩是幻觉,每次测量都分裂出一个平行宇宙。又死又活的猫分叉成"死猫宇宙"和"活猫宇宙"。
- 隐变量派(de Broglie, Bohm):粒子其实一直有确定位置,我们只是看不到"隐变量"。
- QBism / 量子贝叶斯派(Fuchs, Mermin, 2001+):波函数不是世界的状态——是观察者的信念。—— 本文第七章要讲的主角。
在继续之前,我们得先处理掉一个重要的反对意见——隐变量派。因为爱因斯坦就是这一派的精神领袖,而他 1935 年还有最后一张牌没打。
第五章:爱因斯坦的最后一击——EPR 与贝尔
1935 年,爱因斯坦联合两位年轻同事波多尔斯基(Podolsky)和罗森(Rosen)发表了一篇论文,标题直接掀桌子:《量子力学对物理实在的描述是否完备?》
这就是物理学史上著名的 EPR 悖论。
爱因斯坦的论证思路大概是这样的:
- 制造两个纠缠的粒子 A 和 B,让它们飞向相反方向,分开很远——比如 A 在地球,B 在月球。
- 按量子力学,A 和 B 的属性(比如自旋)在测量前都是"叠加的"。
- 但 A 和 B 有一个守恒律:它们的自旋必须相反。
- 现在你测量 A,发现自旋朝上——那 B 的自旋必然朝下。
- 问题来了: B 是怎么"瞬间"知道自己应该朝下的?信息不是不能超光速吗?
爱因斯坦得出一个漂亮的结论:要么量子力学允许超光速通信(他坚决不信),要么 A 和 B 其实早就各自有确定的自旋——只是量子力学没告诉我们。 后者就是"隐变量"。
爱因斯坦的判决:量子力学是一个不完备的理论。真实的物理图像比它更深。
这个论证漂亮到让当时的玻尔头皮发麻。玻尔回应了,但回应含糊,大家都没听懂——也包括玻尔自己。
这件事就这样悬而未决了 29 年。
1964 年,北爱尔兰一个叫约翰·贝尔(John Bell)的物理学家做了一件看似不可能的事:他把"是否有隐变量"这个哲学问题,变成了一个可以用实验验证的数学不等式。
这就是贝尔不等式。它的核心思想是这样的:
如果爱因斯坦是对的(存在隐变量,且没有超光速),那么对纠缠粒子做某些特定组合的测量时,一个关于相关度的数值必须 ≤ 2。
如果玻尔是对的(量子力学是完备的),那个数值可以达到 2√2 ≈ 2.83。
两种世界观给出了不同的数字。谁对谁错,做实验就行。
1972 年,第一次实验。1982 年,法国物理学家 Alain Aspect 做了第一个真正严谨的实验。结果——
2.70 ± 0.05。 明显大于 2。
爱因斯坦错了。
之后四十年,不同实验室用不同粒子、不同距离、不同方法,把所有可能的漏洞一个个堵上。2015 年,代尔夫特大学做出了"无漏洞贝尔实验"——结论同样无情:
不存在隐变量。量子力学就是完备的。世界在根子上是概率的。
2022 年,诺贝尔物理学奖颁给了 Aspect、Clauser、Zeilinger 三人——表彰他们用实验证明了:
爱因斯坦错了,而且错得很彻底。
第六章:概率到底是什么?
好。让我们暂停一下。
我们刚刚在三章里走完了量子力学最戏剧性的那段路:双缝 → 波函数 → 坍缩 → EPR → 贝尔 → 诺奖。结论是:世界在根子上就是概率的。
但这句话——“世界在根子上就是概率的”——到底是什么意思?
你可能没意识到,它其实非常古怪。
让我们把它和上一篇讲过的经典概率作对比。
经典概率(骰子、热力学、熵):
- 骰子掉在桌上是 3 点——这个结果由骰子的精确初始条件 + 空气流动 + 桌面摩擦力唯一决定
- 我们说"有 1/6 概率是 3 点"只是因为我们不知道这些初始条件
- 概率 = 对无知的定量描述
- 这是上一篇讲的熵:熵 = 你不知道的信息量
量子概率(电子位置、自旋):
- 电子落在屏的 x 位置——贝尔实验告诉我们,这个结果不是由任何隐藏变量决定的
- 即使你知道全宇宙的所有信息,你仍然只能说"有 |ψ(x)|² 的概率落在 x"
- 概率不是无知,概率就是实在本身
这是量子力学最让人睡不着觉的地方。
经典概率是一把"无知的遮羞布"——只要你愿意努力,原则上可以把概率消除,换成确定性。
量子概率是"布后面没有东西"。 遮羞布就是真相。
这个世界观让很多物理学家无法接受。因为你可以追问:
- 如果概率不是对某个底层真相的无知,那它是关于什么的?
- 如果电子没有确定位置,那"电子"这个词到底在指什么?
- “一个粒子” 和 “一个概率分布”——哪个才是实在?
整整一个世纪,物理学家用三种不同的答案来应付:
- 别问(哥本哈根派):闭嘴计算。
- 都在(多世界派):每一种可能都真实存在,分裂成多个宇宙。
- 信念(QBism):波函数不是关于世界的陈述,是关于你的陈述。
前两种答案都试图保住实在——要么让它躲在"不该问"的角落,要么让它膨胀成无数个宇宙。
只有第三种,彻底放弃了"实在"这个旧框架——然后给了我们一个惊人的新视角。
这个视角,和你上个月读过的一篇文章有关。
第七章:量子贝叶斯主义——Fuchs 的答案
你还记得贝叶斯定理那篇文章里那个医学检测的题目吗?
一个罕见病患病率 0.1%,检测准确率 99%。你的检测结果是阳性。真正患病的概率是多少?
答案不是 99%,是 9%。
为什么?因为你有先验(绝大多数人没病)。阳性这个证据确实让你更新了信念,但它没把你推到 99%,只推到了 9%。
贝叶斯定理的简化形式是:
$$ \underbrace{P(\text{病} | \text{阳性})}{\text{后验}} \propto \underbrace{P(\text{阳性} | \text{病})}{\text{似然}} \times \underbrace{P(\text{病})}_{\text{先验}} $$
先验 × 证据 = 后验。
你的每次"学习"都是这样一个更新。贝叶斯派对概率的主张是:概率不是"客观的频率",而是"某个主体在某个证据状态下的合理信念"。
现在请你戴上这副眼镜,重读量子测量。
2001 年,美国物理学家 Christopher Fuchs 和两位同事(Schack, Caves)提出一个激进的想法,后来叫 QBism(Quantum Bayesianism,量子贝叶斯主义):
波函数 ψ 不是世界的状态。
|ψ(x)|² 不是一个"客观的概率"——它是观察者关于"如果我测量会得到什么"的主观信念。
测量不是"揭开真相"——测量是观察者进行一次贝叶斯更新的过程。
坍缩不是物理事件——坍缩就是你的信念从先验分布更新到后验分布。
让我们一一翻译:
| 贝叶斯(医学检测) | 量子(QBism 视角) |
|---|---|
| 先验 P(病) = 0.1% | 波函数 |ψ|² :测量前的信念分布 |
| 证据:检测阳性 | 测量事件:探测器响了 |
| 似然 P(阳性|病) | 算符的谱:每个可能结果对应的投影 |
| 后验 P(病|阳性) = 9% | 坍缩后的波函数:新的信念分布 |

左边:证据(阳性)进来,后验压缩到 9%。右边:测量发生,后验压缩到一个点。数学是同一个——先验 × 证据 = 后验。量子只是把这句话推到了极限:先验就是世界的全部。
这张图的核心是:左边和右边用的是同一套数学。
先验 × 证据 = 后验。
只不过在医学检测里,先验是关于"病人到底有没有病"的信念——背后有一个事实在那里,我们只是不知道。在量子测量里,QBism 说:先验就是世界的全部。没有"背后的事实",ψ 就是一切。测量那一刻,观察者把自己的信念更新了,仅此而已。
这个视角一下子解决了薛定谔的猫那个"坍缩到底发生在哪一环"的问题——
QBism 的答案:坍缩发生在观察者学习到新信息的那一刻。 它不是一个物理事件,它是一个信息事件。猫对自己的状态没有疑问;盖革计数器也没有;“又死又活"只存在于还没打开盒子的你的信念里。你打开盒子,你更新信念,坍缩就发生了——但这个坍缩只发生在你这里。它甚至不是同时发生在你和旁边同事身上:同事还没看,对他来说猫还是叠加的。
这听起来像唯我论,但 QBism 小心地避开了。它不说"意识创造实在”——它只说:“波函数是关于我的,不是关于猫的”。
就像概率 0.1% 是关于"我这个预测者"的,不是关于"病人体内"的。
这个观点没有解决所有问题(物理学没有哪派能解决所有问题)。但它完成了一件极其漂亮的事:
它让量子力学变成了贝叶斯定理的一种极端形式——一种把"信念"推到实在根基上的贝叶斯定理。
你去年读了贝叶斯文章。那篇文章告诉你:“学习就是信念的更新。”
这一篇告诉你:物理学 100 年的争吵,最后绕回了同一句话。
第八章:AI 里的"波函数"
到这里,如果你一直跟着这个系列走,你可能已经猜到了 AI 的位置。
让我们把 QBism 的结构拿到手边,对着 LLM 比划一下。
LLM 生成文字的过程是什么?
给定一段上文,模型输出一个关于"下一个 token"的概率分布。比如你输入:
“今天天气很”
模型输出大致是:
| Token | 概率 |
|---|---|
| 好 | 0.42 |
| 不错 | 0.18 |
| 糟糕 | 0.11 |
| 冷 | 0.09 |
| ……(几万种可能)…… | … |
这个分布就是模型关于"下一个字该是什么"的信念。
你执行一次采样,随机抽一个 token。比如抽到"好"。
看到了吗?
- 采样前:分布弥散在整个词表上——“好"和"糟糕"都有可能
- 采样后:一个具体的 token 出现了
- 下一步推理开始时:模型基于这个新 token 重新计算下一个分布
这个过程和波函数坍缩在数学结构上是一样的:
$$ \underbrace{p(\text{下一个 token})}{\text{先验分布}} ;\xrightarrow{\text{采样}}; \underbrace{\text{具体的 token}}{\text{观察事件}} ;\xrightarrow{\text{新 context}}; \underbrace{p(\text{再下一个 token})}_{\text{更新后的先验}} $$
对照一下:
| 量子(QBism) | LLM 生成 |
|---|---|
| 波函数 ψ | 模型输出的 next-token 分布 |
| |ψ|² | softmax 概率 |
| 测量事件 | sampling(采样 + 解码) |
| 坍缩到具体结果 | 生成出一个具体 token |
| 温度(热力学类比) | temperature 参数(控制分布锐度) |
这个对应不是比喻——采样本身就是"从概率分布中抽一个点"的数学操作,波函数坍缩也是"从 |ψ|² 中抽一个点"的数学操作。它们是同一个动词。
再看一个更直接的例子:扩散模型(Diffusion Models,Stable Diffusion / DALL-E 的底层)。
扩散模型的生成过程更像物理:
- 从一张纯噪声的图开始(最大熵 = 最均匀的"先验”)
- 一步步去噪,每一步都是在"根据已经确定的部分,更新对剩余部分的信念分布"
- 最后收敛到一张具体的图(“坍缩"完成)
这整个过程用到的数学叫"随机微分方程的逆过程”——它字面上就是薛定谔方程的扩散版。2021 年 Yang Song 和 Stefano Ermon 的经典论文 Score-Based Generative Modeling 就是在把这个数学骨架讲清楚。
你下次用 Stable Diffusion 生成一张图——注意看进度条。你看到的不只是像素在变清晰,你看到的是一个高维波函数在被你"一点点测量"。
再往前一步,人类教 AI 的核心流程——后训练(RLHF、DPO、SFT)——本质也是贝叶斯更新:
- 预训练:在互联网海量数据上形成先验(模型的初始信念分布)
- SFT / RLHF:用高质量的人类反馈作为证据(似然)
- 微调后的模型:新的后验信念分布
这条链条在贝叶斯定理那篇里详细展开过。这里我们多加一句:这条链条的数学形状,和量子测量是同一个形状。
所以 LLM 生成文字、扩散模型画画、RLHF 对齐——三件事表面上毫不相关,底层都是同一件事:
维护一个关于世界的信念分布,然后在证据到来时,按贝叶斯的方式更新它。
这就是 AI。这也是量子力学。这也是一个牧师 260 年前在英国小镇上写下的那条公式。
第九章:量子留给我们的三个直觉
让我们回到那只又死又活的猫。
量子力学走了 100 年,从爱因斯坦不服到贝尔不等式实验证伪再到 QBism 的重新解读。它给我们留下了三个深刻的直觉——任何你未来读 AI、读认知科学、读任何关于"信念与事实"的话题时,都可以用它们来解构。
一、观察不是被动的。
在经典世界里,你看一朵花不改变这朵花。在量子世界里,“看"这个动作定义了"被看到的是什么”。
这不是玄学——这是贝尔不等式实验反复验证的事实。它的现代含义是:你对世界的描述,和你用什么方式问问题,紧紧绑在一起。 AI 问答里的"prompt 决定答案的质量"——是这件事的一个庸俗投影。
二、信念和实在的界限是模糊的。
QBism 的终极主张是:波函数是关于"你"的,不是关于"它"的。
这听起来像唯心主义,但它其实是一种极端的操作主义:如果有两种描述在所有可能实验中都给出相同预测,它们就是同一件事。 “世界的真实状态"这种形而上学语言,不能做出任何预测,所以它可以被安全地扔掉。
这个态度在 AI 里有直接对应。LLM 的"理解"是否"真实”?它是否"真的知道"自己在说什么? QBism 给你一个工具:别问它的内部状态是什么,问它和环境的交互满足什么规则。 如果规则对得上,描述就够了。
三、概率是第一性原理。
160 年前,玻尔兹曼说概率来自无知。100 年前,量子力学说概率就是实在本身。
这两件事不矛盾——它们是同一个光谱的两端。贝叶斯定理把它们缝在了一起:任何概率都是关于某个主体在某个信息状态下的合理信念。 主体可以是物理学家(熵),可以是测试病人的医生(医学贝叶斯),可以是生成文字的 LLM(next-token 分布),可以是宇宙本身(量子 |ψ|²)。
它们用的是同一套数学。 这不是巧合——这是这个系列从第一篇到现在一直在铺的暗线:物理学和 AI 共享的,不是某个比喻,而是同一套描述世界的工具。
尾声:从相变到量子
上一篇的结论是:相变是无知中突然涌现的秩序。
这一篇加了一句:量子是秩序本身的不可消除的不确定性。
相变讲的是群体的突然:一群水分子在一度之内集体决定不再当液体。 量子讲的是个体的不确定:一颗电子在测量前不在任何地方。
这两个"突然"合起来,就是 AI 今天的样貌——
- LLM 的涌现能力:模型规模的相变
- LLM 的 token 采样:波函数的坍缩
- RLHF 训练:贝叶斯式的信念更新
一个由相变描述的宏观对象,内部运转着量子式的微观机制,通过贝叶斯式的规则学习世界。 三层物理学,全部在现代 AI 系统里被同时启用。
下一篇(第八篇),是这个系列的收官:对称性——诺特、杨振宁、宇宙的骨架。我们会从守恒律回到最开始(第四篇动量),看看诺特定理如何把"守恒"和"对称"焊成同一件事,再看杨振宁如何把同一个想法推广到整个粒子物理的"标准模型"。对称性是整个物理学的隐藏 API——也是 AI 里等变性(equivariance)、归一化、旋转不变卷积的数学骨架。
在那之前——如果你这一篇只带走一句话,让它是:
量子力学不是关于"粒子在哪里"的理论,它是关于"一个观察者在何种信息状态下、持有何种合理信念"的理论。
上帝不掷骰子。是你。
附:Python 小实验——亲手做一次双缝
一段 30 行代码,从 |ψ|² 采样来重建干涉条纹。体会"每一发都是随机,累积起来是秩序"——这就是量子概率的全部精神。
import numpy as np
print("=== 双缝实验:从 |ψ|² 采样看到干涉条纹 ===\n")
# 定义双缝产生的 |ψ|²(归一化的概率密度)
x = np.linspace(-6, 6, 600)
envelope = np.exp(-x**2 / 14.0) # 缝的宽度决定的整体包络
pattern = envelope * np.cos(1.8 * x)**2 # 两列波干涉:cos² 条纹
pattern += 0.02 # 加一个小底噪免得条纹绝零
pattern /= pattern.sum() # 归一化 → 概率分布
# 分阶段模拟"发射 n 个电子"
for n in [5, 50, 500, 5000]:
hits = np.random.choice(x, size=n, p=pattern)
# 用 40 个 bin 画简单字符直方图
counts, edges = np.histogram(hits, bins=40, range=(-6, 6))
max_c = counts.max() if counts.max() > 0 else 1
print(f"━━━ 发射 {n} 个电子 ━━━")
for c in counts:
bar = "█" * int(c / max_c * 40)
print(f" {bar}")
print()
print("观察:")
print(" n=5: 杂乱 —— 你说'这是粒子行为,随机的'")
print(" n=50: 有点起伏 —— 还不清楚")
print(" n=500:条纹开始显形 —— 波函数在浮现")
print(" n=5000:清晰的干涉条纹 —— |ψ|² 被完整重建")
print()
print("没有任何一颗电子'知道'干涉条纹的存在。")
print("条纹是 |ψ|² 的统计——是全体未来的分布,不是任何个体的路径。")
运行这段代码,你会看到条纹从噪声中浮现。这个过程——从采样累积出分布——就是物理学家做量子实验时,在屏幕前做了一万次的事情。
也是每次 LLM 生成一段话时,在内部隐藏做的事情。
延伸阅读
- Niels Bohr, 1928, The Quantum Postulate and the Recent Development of Atomic Theory
- Albert Einstein, Boris Podolsky, Nathan Rosen, 1935, Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? —— EPR 原论文
- John S. Bell, 1964, On the Einstein-Podolsky-Rosen Paradox —— 贝尔不等式
- Alain Aspect et al., 1982, Experimental Test of Bell’s Inequalities Using Time-Varying Analyzers
- The Nobel Prize in Physics 2022 —— Aspect, Clauser, Zeilinger
- Christopher A. Fuchs, 2010, QBism, the Perimeter of Quantum Bayesianism
- N. David Mermin, 2014, Physics: QBism puts the scientist back into science, Nature 507
- Hansen et al., 2015, Loophole-free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 km —— 代尔夫特无漏洞实验
- Yang Song, Stefano Ermon, 2021, Score-Based Generative Modeling through Stochastic Differential Equations —— 扩散模型的 SDE 数学骨架
- 本系列内部链接:
- 《看见物理(五):熵》 —— 经典概率 = 无知
- 《看见物理(六):相变》 —— 群体的突然
- 《贝叶斯没有想到的事》 —— 本文第七、八章的前传
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