诺奖得主 Wilczek ：无知的科学价值
诺奖得主 Wilczek ：无知的科学价值撰文 | Frank Wilczek
翻译 | 胡风、梁丁当
在量子物理中，只有对粒子的动量信息保持无知，才有可能获取它的位置信息。
在乔治·奥威尔（George Orwell）的小说《1984》中，有一句荒谬的标语“无知即力量”。这句标语是乔治 · 奥威尔笔下腐朽邪恶的政权的深刻缩影。如果把它巧妙地调整一下，改成“无知或为力量”，那这句新的标语就成了如今科技前沿的生动写照。如果我们能聪明地利用无知，它可以成为一种超能力，使我们的感官更敏锐（通过测量仪器），思维更开阔（通过计算机）。
这条标语看似自相矛盾，其根源却在于量子现实的本质，它从根本上对我们所了解的任意物体的特性施加了限制。如果我们掌握所有关于物体状态的理论知识，那么我们就能够准确地预测，在测量物体的位置与运动速度时，它出现在某个地点以及具有某个速度的概率。然而，根据量子理论，位置的模糊度与动量的模糊度的乘积必须大于一个极限值。这就是海森堡不确定性原理。
现在，假设我们要精确地测量某个物体的位置，以探测引力波引起的微小的时空扭曲。为了最大限度地减少位置测量的误差，同时不违反海森堡原理，我们需要尽可能地增加动量的模糊度。这种测量艺术被称为“量子压缩”，它是当前热门的前沿研究领域。
要想制造出性能优越的量子计算机，最主要的困难在于如何让它始终保持对自己的状态一无所知。经典计算机在运行过程中会经过一系列的“位置”，每个位置由一串 0 和 1 组成的字符所编码,其中的 0 和 1 代表晶体管的两种状态。与之相对的是，量子计算机的计算单元就像量子粒子一样，它可以同时处在所有这些位置上。
要想确保量子计算机能够可靠地运行，这种位置的模糊性是必要的。因为只有这样，计算机才能在动量模糊度较小的情况下准确地执行下一步程序。如果计算机无意泄露了位置分布的信息，就会降低位置的模糊度。根据不确定性原理，这必然会导致动量模糊度升高，从而破坏程序执行的可靠性。
在我刚开始思考如何利用量子世界的不确定性——某种程度上，也可以被称为“无知”——的时候，我曾经认为这是量子世界独有的奇特现象。但我逐渐认识到这是一个更为广泛的概念，它清楚地揭示了我们与周围世界沟通的许多方式其实并不简单。
比如，让我们想一想我们通常是怎样辨认出某个人的。当光子投射到视网膜上，而后经大脑处理产生的图像会受到诸多因素的影响，比如这个人的位置、朝向、她是否被其它物体遮挡、她的穿着等等。尽管如此，我们仍然能够判断出“这是贝茜”。显然，在这个过程中我们选择性地忽略了很多细节，而这样做是有益的。
还有一个问题也透露着无知的价值 ：为什么不是所有人都有完美的音准呢？在我们的内耳中，有一对小小的“反向钢琴”。它们通过拨动特定的键（实际上是特定的毛发）来对特定的音调产生响应。通过这种方式，耳朵可以收集到所有的信息，但只有极少一部分人能够完全利用它们。对于我们这些没有完美音准的人来说，或许大脑在运作时，无意识地“选择”了无知——忽视那些音调的信息，好让我们专注于更加有用的信息上。
在圣经故事中，亚当和夏娃因为吃了“分别善恶树”上的果实而受到惩罚。无论你怎样看待这个故事，它都生动地提醒我们 ：无知是一项值得留意的选择。
弗兰克·维尔切克是麻省理工学院物理学教授、量子色动力学的奠基人之一。因发现了量子色动力学的渐近自由现象，他在 2004 年获得了诺贝尔物理学奖。
本文转载自微信公众号“蔻享学术”。
返朴 2023-10-07 08:13 发表于湖南 现代网络新用语中的“正能量”其实就是原来“力量”的意思。所以，上面的戏语“无知或为力量”其实也就是现在大家所说的“无知产生正能量”的同构表述，哈！
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