无知之科学价值 - 《华尔街日报》

在乔治·奥威尔的小说《1984》中，“无知即力量"是体现腐败邪恶政权的惊悚标语。但若稍加改动为"无知可成为力量”，则恰能概括某些前沿科学的特点。善加利用的无知可以成为超级能力——通过测量设备与计算机，分别让我们的感官更敏锐、思维更宽广。

这一看似矛盾的观点植根于量子现实的本质：它对我们认知物体属性施加了根本限制。即便完全掌握物体状态的理论知识，我们也只能预测测量时会发现其位置与速度的概率。但量子理论指出，当我们将位置预测的模糊度与动量预测的模糊度相乘时，其乘积存在明确下限。这就是海森堡不确定性原理。

假设我们需要极其精确地测量测试体的位置以探测引力波引发的空间微小畸变。为在遵守海森堡原理前提下最小化位置模糊度，就必须放大其动量模糊度。这种操作艺术称为"量子压缩"，正是当前研究的热点前沿。

构建优质量子计算机的核心难点，在于让自然无法获知计算机的运算过程。经典计算机通过由晶体管状态（0与1序列）构成的确定"状态序列"运行，而量子计算机如同量子粒子，允许所有状态同时共存。

位置上的模糊性是必要的，这样计算机才能可靠地移动，在"动量"上保持微小模糊，以执行程序中的下一步。如果计算机无意间泄露了其位置分布的信息，就会减少该分布的模糊性，并必然在相应动量中注入模糊性，从而使程序执行变得不可靠。

当我最初开始思考如何利用量子世界中的无知时，我认为这是该世界特有的怪异特征之一。但我逐渐认识到这是一个更为广泛的概念，它阐明了我们处理日常世界的许多方式。

例如，考虑一下识别某人的含义。到达我们视网膜的光子底层模式会因该人的位置、朝向、是否被其他物体部分遮挡、穿着以及其他许多因素而大不相同。但在得出"这是贝琪"的结论时，我们选择忽略所有这些差异，这显然是一种有用的做法。

为什么我们不具备绝对音高？我们的内耳中有微型的反向钢琴，会针对特定音调移动特定的键（实际上是特化的毛细胞）。这些信息是存在的，但很少有人能够获取它。我们这些没有绝对音高的人可能"选择"了无知——在我们大脑连接时无意识地——以便专注于更普遍有用的关系。

亚当和夏娃因吃了"分别善恶树"的果实而受到惩罚。无论你如何理解这个故事，它都生动地提醒我们，无知是一个值得牢记的选择。

出现在2023年9月2日的印刷版中，标题为’无知科学价值’。