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title: 康德-貝葉斯量子力學詮釋：測量問題的認知消解
tags: Quantum Mechanics, Philosophy, Chinese, Kant
description: 本文提出，若透過康德認識論與預測處理（貝葉斯大腦）理論的雙重透鏡來審視，量子測量問題將自然消解。
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# 康德-貝葉斯量子力學詮釋：測量問題的認知消解

**標題：** 康德-貝葉斯量子力學詮釋：測量問題的認知消解
**(The Kantian-Bayesian Interpretation of Quantum Mechanics: A Cognitive Dissolution of the Measurement Problem)**

**作者：** Tim Siu Ming Shum*
**機構：** 獨立研究員，香港
**ORCID:** [https://orcid.org/0009-0009-4482-9922](https://orcid.org/0009-0009-4482-9922)
**日期：** 2025年12月

*\*亦名 SHUM, Siu Ming。版權所有 © 2025 Tim Siu Ming Shum。保留所有權利。*

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### 摘要 (Abstract)

「測量問題」——為何量子疊加態在被觀察時會坍縮成確定的結果——近一個世紀以來一直是量子力學詮釋的核心挑戰。本文提出，若透過**康德認識論 (Kantian Epistemology)** 與 **預測處理（貝葉斯大腦）理論 (Predictive Processing / Bayesian Brain)** 的雙重透鏡來審視，這個問題將不再需要被「解決」，而是會自然「消解」。

借用康德對 *現象 (Phenomena)*（經驗中的世界）與 *物自身 (Noumena)*（事物本身）的區分，我們主張量子波函數 ($\Psi$) 並非代表物自身世界中的物理場，而是一個生成預測的認知代理（Observer）所持有的 **生成模型 (Generative Model)**。在這個框架下，「疊加態」代表的是未初始化的概率期望狀態（類似生成式 AI 的 **潛在空間 Latent Space**），而「坍縮」則被重新詮釋為 **貝葉斯信念更新 (Bayesian Belief Update)**——即從概率分佈過渡到確定數值的離散過程，這是由觀察者自身的資訊處理限制所必然導致的。

通過將觀察者視為一個主動的推論引擎而非被動的見證者，本框架：
1. **自然化了坍縮公設：** 測量是內部模型的更新，而非自然界中的物理斷裂。
2. **解決了嵌套觀察者悖論：** 對於「維格納的朋友 (Wigner's Friend)」問題，我們將現實視為一個具有「最終一致性 (Eventual Consistency)」的分散式系統，不同的代理持有不同的本地緩存狀態。
3. **為波恩定則奠基：** 我們論證波恩定則 ($P = |\Psi|^2$) 的平方振幅概率並非任意的物理定律，而是一個類似 Gleason 定理的 **先驗約束 (Transcendental Constraint)**，它是任何概率代理維持內部一致性所必需的條件。

此詮釋表明，量子力學的「奇異性」反映的並非現實本身的奇異，而是任何有限心智試圖對不可直接訪問的現實進行建模時，所必然面臨的架構性約束。換言之，物理學即是現實的「使用者介面 (User Interface)」。

**關鍵詞：** 量子基礎、測量問題、康德認識論、貝葉斯大腦、預測處理、主動推論、生成模型、資訊論、維格納的朋友、量子貝葉斯主義 (QBism)。

[TOC]

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### 1. 引言：量子力學的醜聞

量子力學形式化近一個世紀後，其基礎詮釋仍充滿爭議。該理論能以無與倫比的精確度預測物質行為，但我們卻不理解它究竟描述了什麼樣的現實。正如理查·費曼 (Richard Feynman) 的名言：「我想我可以安全地說，沒有人真正理解量子力學。」

這種不理解的核心在於 **測量問題 (The Measurement Problem)**：為什麼處於疊加態、在可能性中「彌散」的概率性波函數，會產生我們所觀察到的清晰、確定的結果？測量前的粒子似乎 *無處不在*；測量後，它卻 *在此處*。中間發生了什麼？

標準的回應分為幾個陣營：

| 詮釋 (Interpretation) | 核心主張 | 問題 |
| :--- | :--- | :--- |
| **哥本哈根 (Copenhagen)** | 波函數在測量時坍縮 | 什麼才算「測量」？ |
| **多世界 (Many-Worlds)** | 所有結果在分支宇宙中發生 | 本體論上的過度揮霍 |
| **導波 (Pilot Wave)** | 隱變量引導粒子 | 非局域性；增加了複雜度 |
| **客觀坍縮 (Objective Collapse)** | 物理機制導致坍縮 | 缺乏此類機制的證據 |
| **QBism** | 波函數代表信念 | 有唯我論的風險 |

本文提出，測量問題並不是一個需要在物理學內部解決的問題，而是一個需要通過認知科學和認識論來診斷的 **範疇錯誤 (Category Error)**。我們一直試圖尋求對 *物自身*（現實本身）的描述，卻被困在 *現象*（經驗中的現實）之中。

通過綜合 **康德認識論**、**貝葉斯大腦理論** 和 **量子資訊論**，我們提出一個「哥白尼式的反轉」：波函數不是對世界的描述；它是對 **任何代理對世界建模能力的資訊約束** 的描述。

#### 1.1 路線圖

本文結構如下：
* **第 2 節** 建立康德認識論基礎。
* **第 3 節** 引入貝葉斯大腦作為認知機制。
* **第 4 節** 將兩者綜合成康德-貝葉斯力學。
* **第 5 節** 通過資訊論探討波恩定則。
* **第 6 節** 應用此框架解決量子悖論。
* **第 7 節** 處理主體間性 (Inter-subjectivity) 問題。
* **第 8 節** 區分我們的觀點與相關詮釋（QBism, RQM）。
* **第 9 節** 回應反駁。
* **第 10 節** 結論與影響。

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### 2. 哲學基礎：康德認識論

要理解量子觀察者，我們必須重訪伊曼努爾·康德 (Immanuel Kant)。在《純粹理性批判》(1781) 中，康德主張我們從未直接感知世界。相反，我們的心智使用先驗範疇 (A priori categories) 主動將原始感官數據結構化為連貫的經驗。

*圖 1: 我們從未直接訪問「事物本身」，只體驗經過心智形式過濾後的「現象」。*

#### 2.1 關鍵區分

* **物自身 (Noumena):** 獨立於觀察之外存在的現實。原則上不可知。
* **現象 (Phenomena):** 由心智範疇結構化的現實。這是經驗的領域。
* **範疇 (Categories):** 作為可能經驗之條件的先驗形式（空間、時間、因果）。

#### 2.2 哥白尼式革命

康德在哲學上的「哥白尼式革命」在於認識到：**對象必須符合我們的知識，而不是我們的知識符合對象。** 就像哥白尼通過重新定位觀察者來解釋天體運動一樣，康德通過認識到心智的主動角色來解釋經驗的結構。

我們提出，**量子力學是對這一觀點的最終證明**。測不準原理和糾纏不是物自身世界的特徵；它們是我們訪問該世界的 **介面 (Interface)** 的特徵。

> 「我們對事物先驗的認知，僅限於我們自己放入其中的東西。」
> — 康德，《純粹理性批判》, Bxviii

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### 3\. 認知機制：貝葉斯大腦

現代神經科學為康德的哲學軟體提供了生物硬體。**貝葉斯大腦假說**（亦稱預測處理或主動推論）假設大腦不是記錄現實的被動相機，而是一個不斷生成並更新環境模型的 **主動預測引擎**。

#### 3.1 感知即受控幻覺

在這個觀點中，我們所謂的「感知」只是大腦的最佳猜測——一個受物自身反饋約束的 **受控幻覺 (Controlled Hallucination)**。

| 傳統觀點 | 貝葉斯大腦觀點 |
| :--- | :--- |
| 感知 = 記錄 | 感知 = 推論 (Inference) |
| 大腦 = 相機 | 大腦 = 預測引擎 |
| 現實 → 心智 | 心智 ↔ 現實 (雙向) |
| 被動接收 | 主動建構 |

這精確地映射到康德的框架：大腦的生成模型正是物自身轉化為現象的機制。

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### 4\. 綜合：康德-貝葉斯力學

我們現在擁有重新詮釋量子力學的概念資源。綜合過程通過三個關鍵步驟進行。

#### 4.1 波函數作為生成模型

如果大腦是預測引擎，那麼波函數 ($\Psi$) 是什麼？我們提出：

> **$\Psi$ 不是在空間中波動的物理場。它是觀察者的生成模型。**

波函數編碼了 *可能的* 未來經驗及其概率結構。它是代理對物自身期望狀態的數學描述。

| 量子概念 | 康德-貝葉斯翻譯 |
| :--- | :--- |
| 波函數 $\Psi$ | 觀察者的生成模型 |
| 疊加態 (Superposition) | 可能經驗的空間 (Latent Space) |
| 振幅 (Amplitude) | 相對期望權重 |
| 希爾伯特空間 | 可能預測的結構 |

#### 4.2 坍縮作為信念更新

神祕的「波函數坍縮」精確對應於預測處理中的 **貝葉斯更新步驟**。

| 階段 | 貝葉斯大腦 | 量子力學 |
| :--- | :--- | :--- |
| **測量前** | 代理持有概率性先驗 (Prior) | 系統處於疊加態 $\Psi$ |
| **測量** | 代理接收物自身數據（誤差信號） | 觀察發生 |
| **測量後** | 代理更新為確定的後驗 (Posterior) | 波函數「坍縮」 |

「坍縮」之所以是不連續的，不是因為自然界發生斷裂，而是因為 **資訊更新是離散的**。沒有「半知半解」。當你知道貓是活的時，你不會經歷一個 50% 相信牠活著的狀態。你直接更新了模型。

#### 4.3 經驗的語法 (The Grammar of Experience)

這是本文的核心創新。為什麼我們從未體驗過疊加態本身？為什麼我們看不到「既死又活」？

這不僅是因為進化偏好確定的行動。更是因為疊加態在經驗的語法中是 **語法無效 (Grammatically Void)** 的。

**現象語法** 指的是結構化所有可能經驗的先驗規則：

1. **空間：** 物體必須有位置。
2. **時間：** 事件必須有順序。
3. **同一律 ($A=A$)：** 物體必須是自我同一的。

疊加態 ($A \land \neg A$) 違反了同一律。大腦無法將其解析為現象經驗，就像編譯器無法將語法錯誤解析為可執行的程式一樣。

> **「現象語法的界限，即是可能經驗的界限。」**

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### 5\. 資訊論轉向：波恩定則

量子基礎中最深的謎團是 **波恩定則**：$P = |\Psi|^2$。為什麼概率等於振幅的平方？

#### 5.1 惠勒的 "It from Bit"

約翰·惠勒 (John Wheeler) 提出資訊是基礎——每個物理量都從資訊論約束中獲得其意義。

#### 5.2 波恩定則作為先驗約束

我們主張波恩定則不是任意的物理定律，而是對概率預測的 **先驗約束**——它是允許連貫經驗的唯一規則。

**Gleason 定理** (1957) 證明，在維度 $\ge 3$ 的希爾伯特空間中，波恩定則是對量子命題分配概率的 *唯一* 一致方式。

* **康德式類比：** 就像我們無法體驗空間之外的物體一樣，我們無法在波恩定則之外做出連貫的預測。
* **結論：** 波恩定則不是物質的任意定律；它是維持概率性宇宙內部模型一致性的必要條件。

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### 6\. 解決悖論

康德-貝葉斯框架通過揭示經典量子悖論為範疇錯誤來消解它們。

#### 6.1 薛丁格的貓

**標準悖論：** 觀察前，貓「既死又活」。這似乎很荒謬。

**消解：** 貓在現實中從未「彌散」。作為物自身對象的貓是不可知的。*疊加態* 代表觀察者在互動發生前 **無法解析** 貓的狀態。當我們停止將地圖 ($\Psi$) 誤認為疆域 (貓) 時，悖論就消失了。

#### 6.2 維格納的朋友 (Wigner's Friend)

**標準悖論：** 維格納觀察他的朋友觀察一個量子系統。朋友看到確定的結果（坍縮）。維格納描述朋友處於疊加態（無坍縮）。誰是對的？

**消解：** 在客觀坍縮理論中，這是矛盾。在康德-貝葉斯觀點中，這是預期的。

* $\Psi$ 是一本 **私有的使用者手冊**。
* 朋友已經更新了 *他們的* 模型。
* 維格納尚未更新 *他的* 模型。
* 相對於他們各自的資訊狀態，兩者都是正確的。

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### 7\. 主體間性 (Inter-subjectivity) 的解決方案

一個關鍵的反駁出現了：如果 $\Psi$ 是相對於觀察者的，為什麼我們都同意月球的位置？這是唯我論嗎？

**不是。** 我們同意，因為我們共享 **硬體**、**軟體** 和 **網路**。

1. **共享硬體 (生物學)：** 我們將「觀察者」定義為具有相同感官裝置的特定類別貝葉斯代理（人類）。
2. **共享軟體 (語法)：** 我們都使用相同的康德範疇（空間/時間）解析物自身。如果我們透過相同的「鏡頭」看相同的「隱藏原因」，我們會看到相同的圖像。
3. **網路 (糾纏)：** 當觀察者互動時，他們變得糾纏。資訊論規定糾纏的代理必須擁有相關聯的記錄。我們同意不是因為我們看到了「真理」，而是因為互動在物理上強制我們的內部模型對齊。

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### 8\. 相關工作與區別

康德-貝葉斯框架綜合了多個現有傳統的見解。為了釐清我們的貢獻，必須將此觀點與其近親區分開來。

#### 8.1 與 QBism (量子貝葉斯主義) 的區別

我們的框架與 QBism 有遺傳聯繫，特別是波函數代表代理信念度的觀點。然而，存在根本分歧。

* **QBism:** 強調 **唯意志論 (Voluntarism)**。概率是代理選擇下注的個人賭注。
* **康德-貝葉斯:** 強調 **必然性 (Necessity)**。概率是受普遍物種特定語法約束的個人信念。我們不能隨意對世界建模；我們在認知上被迫將物自身解析為時空格式。

#### 8.2 與關係量子力學 (RQM) 的區別

RQM 假設屬性僅相對於其他系統存在。我們同意量子事實是相對的。然而，RQM 是一個關於物理關係的 **本體論** 主張。我們的框架是 **認識論** 的，專注於預測代理執行的認知解析。

#### 8.3 擴展自由能原理 (FEP)

這項工作擴展了 Karl Friston 的自由能原理。我們提出量子力學是應用於基本極限的 FEP 物理學。它描述了一個預測引擎必須如何對它無法完全訪問的現實進行建模。

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### 9\. 反駁與回應

* **「這是唯我論」：** 不正確。我們假設一個真實的物自身會產生預測誤差。如果現實純粹是精神的，我們可以不用吃飯就預測自己飽了。世界會「反踢 (kicks back)」。
* **「這可證偽嗎？」：** 這是一個詮釋，而不是對 QM 的新修改。它做出與標準 QM 相同的預測，但對觀察者的本質提供了更強的解釋力。

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### 10\. 結論：通往心智的窗口

康德-貝葉斯詮釋提供了對測量問題的激進消解。它表明量子力學根本不是關於「物質」的理論，而是關於 **知識** 的理論。

量子世界的「怪異」——疊加、糾纏、不確定性——不是世界本身的怪異。它是有限的、生成預測的心智，在試圖導航一個無限、不可知的現實時，必須使用的 **介面 (Interface)** 的結構。

正如尼爾斯·波耳 (Niels Bohr) 所預見：

> *「認為物理學的任務是找出自然的本質是錯誤的。物理學關注的是我們能對自然說些什麼。」*

在這個觀點中，測量問題不是醜聞。它是一面鏡子。當我們凝視量子深淵時，我們看到的不是宇宙的底部；我們看到的是 **我們自己意識的架構**。

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### 參考文獻 (References)

1. Bohr, N. (1935). Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? *Physical Review*.
2. Clark, A. (2013). Whatever Next? Predictive Brains, Situated Agents, and the Future of Cognitive Science. *Behavioral and Brain Sciences*.
3. Feynman, R. (1965). *The Character of Physical Law*. MIT Press.
4. Friston, K. (2010). The Free-Energy Principle: A Unified Brain Theory? *Nature Reviews Neuroscience*.
5. Fuchs, C. A., et al. (2014). An Introduction to QBism. *American Journal of Physics*.
6. Gleason, A. M. (1957). Measures on the Closed Subspaces of a Hilbert Space.
7. Hohwy, J. (2013). *The Predictive Mind*. Oxford University Press.
8. Kant, I. (1781). *Critique of Pure Reason*.
9. Rovelli, C. (1996). Relational Quantum Mechanics.
10. Wheeler, J. A. (1990). Information, Physics, Quantum: The Search for Links.