薛定谔的比亚迪:股价放量大涨 拐入暴走模式的逻辑是什么?|比亚迪

原标题:薛定谔的比亚迪

文|锦缎研究院  股海笑笑生

登录资本市场18年以来,比亚迪(HK:01211/SZ:002594)的投资者从未像今天这样扬眉吐气过。就连10年前追随股神巴菲特他老人家买入比亚迪的港股投资者,熬到2020年也盈利了。

凭借着新能源车王者特斯拉(NASDAQ:TSLA)带动,加以A股科技牛市氛围的烘托,过去3个月中,比亚迪股价在A/H两地市场屡创新高,一举突破历史股价高点,总市值冲到3100亿。

尤其是上周,比亚迪A股周内两个涨停,连续4个交易日成交量50亿以上,一览众山小。

从十年窗下无人问到一朝成名天下知,比亚迪拐入暴走模式的逻辑是什么,是否真属“金鳞岂是池中物,一遇风云便化龙”?

01、十年低谷

要不是巴菲特光环加持,比亚迪既不会得到这么多关注,也不会有这么多争议:支持的人和反对的人几乎一样多,而且双方辩手都是超级巨星。

巴菲特的智囊团查理芒格,长期以来一直力挺比亚迪,王传福不管干什么,都是一通彩虹屁尬吹:搞电动车?比尔盖茨再世;搞云轨?杰克韦尔奇附体;搞电池?爱迪生重生;搞手机贴牌?不世出的天才……

而不看好比亚迪的人也大有人在,同样也是超级大腕。比如特斯拉掌门人埃隆·马斯克被问到比亚迪的时候就曾莞尔一笑:你看过他们的产品吗,他们做的产品很烂。

图1:2010年巴菲特、芒格与盖茨共同为比亚迪站台。来源:比亚迪图1:2010年巴菲特、芒格与盖茨共同为比亚迪站台。来源:比亚迪

在如今这样的网红时代,有争议才有流量。更何况,和其他那些第一天开始就喜欢财务运作、打造概念以套取补贴的新能源玩家不同,比亚迪过去十余年最大的成功,在于推出了一连串令人眼花缭乱的产品,个个都是行业领先、概念引领:

2003年的手机代工业务,2005年跨界进入的传统汽车业务,2008年切入的新能源车业务线,大干特上的光伏,打造三电全产业链的IGBT模组,被查理芒格啧啧称赞的盐湖提锂和云轨业务……

不过,务实的投资者看得明白,仅仅是把比亚迪业务线情况清楚地列出来,就需要花相当大的功夫。比亚迪每次进军一项业务,这项业务都甚是巧合地同步于当时国家鼓励且大力补贴的产业发展方向。

这究竟是王传福目光毒辣还是投机取巧,一直争议不断。

更令人头秃的是,比亚迪纷繁复杂的业务线中,绝大多数产品线还处在烧钱阶段,盈利能力极为有限。更多的情况下——比如光伏和传统汽车业务线甚至在缩水,每年还要失血不止。

这样一个业务线庞杂、每条业务线做的都不算很大、业务线之间有亏有赚、持续不断消耗资本的公司,在机构投资者主导的港股中自然谈不上受欢迎。即使有着股神的加持,比亚迪港股股价从2014年开始,也一直停滞在50元左右。

反观同期上市的吉利汽车(HK:00175),则抓住中国汽车消费升级的逻辑后发制人,在2018年成功股价逆转比亚迪。

图2:比亚迪股份与吉利汽车季K对比图。来源:Choice图2:比亚迪股份与吉利汽车季K对比图。来源:Choice

直至2018年,比亚迪可能遇到了自己“股生”的真正低谷。这一年内:

◆手上不下十条产品线中,光伏和汽油车已经不死不活年年掉血;电动车离取代50%汽油车的宏伟构想谬以千里,烧钱造车几乎走到了尽头;

◇曾经是强势产业的动力电池业务现在却被后发制人的宁德时代抢掉风头;而下重注研发的轨道交通云轨更是被监管一纸公文胎死腹中……

如果比赛持续这样下去,留给巴菲特的时间可就不多了。

02、对标艺术

不过,令比亚迪和股东们万万没有想到的是,“我的意中人,是位盖世英雄,有一天他会踩着七彩祥云来接我”。

疫情之后,A股2020年的投资主题迅速切换,一夜之间,所有的基金经理开始只关心“赛道,逻辑,成长”,每个人都念念有词:对标龙头,十年成长再开启。

伴随着全民亢奋的牛市情绪,A股消费和科技主题更是全面暴涨。

随便一家消费品公司,市盈率起步就是50倍,能够对标海天味业(SH:603288)“酱香科技”概念的更是随随便便就是5倍涨幅。

图3:海天味业与千禾味业月K对比图。来源:Choice图3:海天味业与千禾味业月K对比图。来源:Choice

而科技类公司更是完全不受业绩牵绊,比如一年前还在死亡边缘徘徊的蔚来(NYSE:NIO),刚刚拿到援助资金,便从ICU直奔KTV,股价直冲云霄,一年暴涨15倍。

盈利?不存在的。我们只关心赛道和对标。

在这样的对标行情里,只要你能够抱对大腿,跟对龙头,产品线足够强势,股价翻倍就是时间问题。而这一切条件,简直就是给自带流量的比亚迪量身定做的:比亚迪产品线个个是网红,王传福高光产品线策略此刻恰好符合了对标这一估值艺术。

【1】对标宁德时代的动力电池

2020年3月,比亚迪发布了刀片电池,成功克服了续航里程太短的问题,同时还保留了传统磷酸铁锂电池安全性高和寿命长的优势。

一直被宁德时代(SZ:300750)三元电池压一头,地位堪忧的比亚迪电池业务,似乎一夜之间突然有了要与宁德时代分庭抗礼的潜力(详见《宁德时代与比亚迪的战争》)。

要知道,占据50%的份额的宁德时代当前市值近5000亿。比亚迪电池就算只能拿下30%份额,市值怎么也要站稳3000亿吧?牛市中最不缺乏的就是想象力,错过了宁德时代的你,难道还想再错过下一个宁德时代?

【2】对标特斯拉的新能源车

和特斯拉(NASDAQ:TSLA)比起来,比亚迪的电动车就是中国电动车发展的缩影,只要补贴稍微下降,比亚迪销量就迅速缩水。

不过,随着2021年的双积分政策出台,以及新能源购置补贴延续到2022,比亚迪的电动车似乎稍微有了一点可以抢救的迹象。

凭借发布的旗舰产品汉系列的全新上市,比亚迪似乎也有了那么点与特斯拉可以一时瑜亮的本钱。不管怎么说,比亚迪在全球新能源车市场地位,至少从销量上,还可以排在前二的位置。

对A股投资者来说,这道对标的算术题就是:特斯拉总市值已经接近3万亿人民币,营收1000亿;那凭什么中国最好的电动车公司,电动车营收将近500亿,不能给个万亿级估值呢?

图4:比亚迪汉EV推介图。来源:比亚迪图4:比亚迪汉EV推介图。来源:比亚迪

【3】对标立讯精密的比亚迪电子

对任何一个toB的电子公司来说,抱住苹果大腿是股生成功的不二法则;凭借过去几年在配件方面建立的合作关系,比亚迪2019年正式进入核心产品平板的组装供应链,有望今年4季度放量。

而在安卓体系抱住小米大腿的比亚迪,也能够成功对冲华为手机业务下滑的影响。

富有想象力的还有比亚迪与大疆以及电子烟巨头Juul的合作。零部件和组装业务同样可以打造一个电子产业链新王者。

市场对比亚迪抱腿能力的一致看好,让曾经一度估值仅为200亿的比亚迪电子市值直接站上900亿港币。

不过,在心比天高的乐观投资者眼中,与立讯精密(SZ:002475)持续新高的4000亿市值比起来,比亚迪这样的估值在牛市里应该说也只是刚刚起步吧?

要ToB有ToB,要ToC有ToC。“新能源小霸王+苹果供应链王者+电池超巨”,比亚迪凭借网红产品线的无限对标策略,总算十年之后收到奇效:2020年9月还没结束,比亚迪(A股)今年已经暴涨142%。

03、薛定谔的比亚迪

在二级市场全民头脑发热的2020年,真正理性的投资者只要耐心回看一下历史,就会发现,比亚迪这套对标逻辑实际已经演化了不止一次。

而且遗憾的是,其历史上的每次对标,都基本失败了:

【1】对标丰田的汽油车——F3。

对标丰田花冠的F3,上市后很快销量一路走高,不过后劲不足的问题逐渐爆发:车身生锈,变速箱渗油,底盘异响的问题开始反复出现,销量迅速缩水至一年1000多辆。

不过比亚迪并没有放弃,随后又推出几款包括速锐在内的车,几乎又是F3的翻版、结果当然也一样,逐渐走向停产。

在产品线上大开大合,不专注钻研产品,最后结果自然是销量日益下滑,以及随之而来的众叛亲离:2010年4月-8月,比亚迪汽车经销商四川成都平通公司宣布退出,随后湖南光大、山东创涨以及河南的部分经销商,也陆续退出了比亚迪销售网。

从此,比亚迪遭遇了燃油车滑铁卢,2010年正好成了比亚迪燃油车销量的顶点,产品线逐渐缩水,到2019年,比亚迪汽油车销量已经从最高峰50万辆跌至只剩23万辆。

想要颠覆传统汽油车的比亚迪,没想到第一个被颠覆的竟然是自己的汽油车业务。

【2】对标隆基股份的光伏业务

而梦想对标隆基股份(SH:601012)的比亚迪光伏,失败到比亚迪甚至在自己的年报中,都不好意思将光伏业务的业务单独列出,只能与其他电池业务合并,来掩盖光伏业务亏损的事实。

从雄心壮志要成为中国最强光伏制造商,到业务藏进年报最深处无颜江东父老,比亚迪只用了10年时间。

【2】对标中国中车的云轨业务

比亚迪更不愿提及的是曾经对标中国中车的云轨,现在坟头草已经三丈。

比亚迪本身现金流非常紧张,云轨产品没有经过市场测试,匆忙上马研发,投入几十亿造出来之后,又被城市建设一纸公文直接叫停。

2019年全年,云轨业务也被扫进年报不起眼的“其他”范畴,业务收入仅为5.8亿左右,下跌将近7成。

图5:比亚迪云轨模型。来源:比亚迪图5:比亚迪云轨模型。来源:比亚迪

过去十余年,对标失败的业务持续失血,对标成功的业务则始终是梦想。

沉浮之间,一些外界观点犀利指出:比亚迪的战略诉求并不是做一款消费者最热衷的产品,而是希望能够赌中政策风口,以持续提升估值,以一方面不断高位融资,另一方面也可以不断拿下国家补贴。

似乎也只有这样说法才能解释:为什么过去十年比亚迪超长产品线,却始终未见一款拳头产品。直至2020年,口罩创汇、扩容苹果链份额、刀片电池与汉EV的出世,在泡沫四溢的牛市风口里让人惊呼比亚迪真的迎来质变时刻……

这一次,比亚迪的“那只狼”真的来了吗?

比起这一难以测定的“薛定谔的比亚迪”式谜题,更大概率的事情是:随着市值飙升,比亚迪对资本的渴求将会愈发猛烈,估值提升之后的融资亦将如期而至——以史为鉴,只要能够“building your dream”,王传福和他的比亚迪可以不惜一切代价。

科学好故事|无人观察时的薛定谔猫:量子解题新思路|量子理论|黑洞

撰写:丹尼尔·苏达斯基(Daniel Sudarsky)

来源:Nautilus

翻译:任天

著名物理学家理查德·费曼曽说:“我想我可以很有把握地说,没有人理解量子力学。”

物理学中一些最令人费解的课题几乎都围绕着量子理论,其中最著名的难题可能要属“薛定谔的猫”,以及黑洞蒸发过程中的信息损失问题。大多数物理学家已经习惯了这一点。毫无疑问,量子理论在实用层面是成功的,但是,当量子理论不再仅仅被视为计算可能实验结果的概率工具,而是对“外部世界”的基本描述时,严重的概念问题就会出现。

最基本的问题是,量子理论似乎只与我们测量的东西有关,而不是关于世界上存在的东西。有人可能会认为这很好,因为这个理论仅仅代表了我们关于世界的“信息”。但是,这只有在世界上存在某种我们可以被告知的东西时才有意义;在一般情况下,这样的信息必须由量子理论指定。

根据量子理论,系统的一般状态(粒子的位置或速度)没有明确的值。这种不确定性被称为“量子不确定性”(quantum uncertainty),也叫“量子涨落”(quantum fluctuation)。标准教科书中的量子理论涉及物理系统状态演变的两种不同规则:一种是英国数学物理学家罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)提到的“U过程”(U-process)。U过程由薛定谔方程表示,在给定系统当前状态的情况下,允许在未来任何时间(确定性预测),或过去任何时间(完全可逆)精确地确定系统状态。但是,这条规则只适用于系统没有受到“观察”的情况。

第二条规则在系统的某些属性被观察或测量时发挥作用,是一个随机规则,被彭罗斯称为“R过程”(R-process)。根据该规则,作为测量的结果,系统状态会跳转到疑问属性具有定义良好的值的状态之一。一般来说,这个规则不允许精确地预测将要发生的状态,也不允许对测量或观察之前的状态进行反演。人们可以用R过程来准确地预测概率,并估计大量重复实验所产生的平均值,以及结果的统计离散度,后者在数值上与上述不确定性水平是一致的。

还有一个问题是,量子理论在没有观察者的情况下,对世界本质的主张是模糊的。这个理论是否需要意识的参与才能有意义,如果需要,那是否包括老鼠或苍蝇的意识?尤其需要指出的是,量子理论中测量所包含的具体要素也非常模糊,几乎无可弥补。也许我们需要的只是一个足够大的装置,但多大才算足够大?在边界处会发生什么?所有这些问题被称为测量问题。如此种种概念上的困难往往会被物理学家在实践中忽视。

著名物理学家戴维·玻姆(David Bohm)提供了一个例外。他重新发现了一个由路易·德布罗意(Louis de Broglie)初创的理论,赋予其不同特征,认为点状粒子在任何时候都有明确的位置和速度,而量子态只是引导它们随时间演变(而且一只猫永远不会处于既死又活的状态)。另一个值得注意的例外来自支持修正量子理论的研究者,该理论将把U过程和R过程统一为单一的规则,消除了在基本层面上引入“测量”概念的需要。在这种情况下,不幸的薛定谔猫将处于要么死了,要么活着的状态,即使没有人观察它。

戴维·玻姆戴维·玻姆

这种方法形成了“自发坍缩”(spontaneous collapse)理论的基础。这些理论的特点是在整个空间和时间中触发某种微观的坍缩,类似于所有粒子自发的R过程;也就是说,不需要进行测量。更前沿的理论包括多世界诠释(many-worlds interpretation),由休·艾弗雷特(Hugh Everett)提出。在多世界诠释中,每一项测量都与现实的一个分支(或多个分支)联系在一起,这些分支类似于平行共存的世界。

仔细分析表明,这些理论本质上是处理前述问题的三种可能的逻辑途径:通过增加一些量子态以外的东西来修正量子理论(隐变量理论中的德布罗意-玻姆理论);通过让测量事件在所有时间发生,对理论中的状态演变规则进行修正(如自发坍缩理论);或是完全去掉R过程(如多世界诠释)。

许多量子物理学家都相信,这个问题,或者人们在这方面可能采取的方法,与他们所在领域的挑战无关,但也有少数研究者持有截然不同的观点,并认为“自发坍缩”是最有前景的路径,可以解决当前在理解宇宙规律时所遇到的一些最严重的困难,特别是那些必须同时涉及引力和量子理论的情况。

暴胀与测量

对暴胀时期的研究是宇宙学的中心课题之一。科学家认为,暴胀发生在普朗克时期之后的极短时间内。普朗克时期本身就非常不可思议,被认为是宇宙历史中最早的时间阶段,从0至大约10^-43秒。在普朗克时期,量子引力应该发挥着主导作用,而时空本身的概念可能不再相关或有用(量子引力理论是一种将广义相对论的基本原理、引力理论和量子理论和谐地结合起来的理论)。在暴胀的机制下,通常的时空概念被认为是足够的。而且,引力也被认为能用广义相对论很好地描述,物质则可以用我们在研究常规粒子物理现象时使用的同一类理论来解释(比如在欧洲核子研究中心大型强子对撞机中进行的实验,或是对高能宇宙射线的研究)。

主要的区别,被认为在于暴胀时期占主导地位的物质(暴胀子)处于所谓的“暴胀场”。暴胀场有点像电磁场,但简单得多,因为暴胀子没有固定的方向或自旋。暴胀时期的主要特征是,由于暴胀场的引力作用,宇宙以加速的方式极快地膨胀(总膨胀系数至少是一个10^30的因数)。结果,宇宙的空间曲率被驱使至0,所有偏离完美均匀性和各向同性的偏差都被完全稀释(剩余的10^-90阶偏差,如此之小,可以简单地取为零)。

暴胀时期结束时,暴胀场衰变,宇宙充满了如今所能见到的所有物质:普通物质,构成了我们本身,也是组成地球和太阳系的物质;借助欧洲核子研究中心(CERN)强大的粒子加速器,科学家在几分之一秒的时间内制造出了一些更奇特的物质;甚至还有难以捉摸的暗物质,似乎构成了星系和星系团的绝大部分。换句话说,暴胀时期结束后的宇宙,应该很符合提出更早、更传统和更经验主义的大爆炸理论的描述。此时,在一个膨胀的宇宙中,充满了由各种粒子组成的热等离子体,其各自的丰度主要由热力学因素决定。宇宙在膨胀过程中逐渐冷却,形成了轻核(温度下降到10亿开尔文);很久以后,形成了第一批原子(大约3000开尔文)。这后一个阶段便对应了宇宙微波背景辐射所释放的光子。

在宇宙微波背景辐射温度模式的微小变化中,我们可以看到来自均匀性和各向同性原始偏差的印记,这些偏差将继续增长直到现在,并构成我们当前宇宙的星系、恒星和行星。关键在于,在很长一段时间内,宇宙都是不均匀且各向异性的。另一方面,根据暴胀理论,宇宙的剧烈膨胀完全冲淡了所有的不均匀性(不同空间条件的差异)和各向异性(不同方向之间的差异)。这种情况是用完全均匀和各向同性状态下的时空和暴胀场来描述的。

导致所有宇宙结构形成的不均匀性,以及我们在宇宙微波背景中看到的印记,它们都是从何而来?根据目前的宇宙学正统理论,它们产生于暴胀时期的“量子涨落”和时空度量。事实上,某种量子态的场,也就是所谓的“Bunch-Davies真空”也会伴随暴胀而出现。这种状态,正如平坦时空中的真空态一样,具有100%的均匀性和各向同性;但我们本应该将这种状态的量子不确定性看作是今天宇宙不均匀性的肇因。

大多数宇宙学家在这一点上看不出问题,因为他们很容易混淆“量子不确定性”和“统计离散”(在这两种情况下,“涨落”这个词往往会掩盖概念上的偏差)。但是,只有在涉及到测量的情况下,这种观点才是合理的。关键是,根据R过程,测量可能确实会改变系统的状态,导致系统不再像初始状态那样均匀且各向同性。

那么,在星系、行星和有意识的生命形成之前的早期宇宙中,有什么可以作为一种测量呢?一些宇宙学家会回答说,我们今天正在利用卫星进行必要的测量。稍加思索,我们就可以发现这种观点的问题:人类和人类的测量设备,是导致早期宇宙具有完美均匀性的原因,改变了宇宙结构(包括星系、恒星、行星等)的形成,而这些反过来是生命出现(并自称“智能”)的必要条件!在某种程度上,我们就是自己存在的原因!这不禁让人想起一首古老的乡村歌谣所唱的,“我是我自己的爷爷”。

自发坍缩的加入

在考虑了解决“爷爷”问题的现有路径后,墨西哥国立自治大学核科学研究所的丹尼尔·苏达斯基(Daniel Sudarsky)教授等研究者提议在其中加入一种新要素:暴胀场量子态的自发坍缩。这是R过程的一个版本,不断地发生,通常会导致暴胀场的量子态发生微小而随机的变化。这种过程的随机性可以解释早期宇宙中均匀性和各向同性的破坏,而无需调用任何观察者或测量设备。此外,如果自发坍缩满足一些简单的要求,那么对这些不均匀性的结果预测就可以重现在宇宙微波背景中看到的温度变化分布特征。

自发坍缩或许是解决测量问题、黑洞悖论和其他量子难题的一种方法自发坍缩或许是解决测量问题、黑洞悖论和其他量子难题的一种方法

一开始,这种新方法似乎没有导致任何与标准预测发生重大偏离的结果。但至少在一个方面,两种预测出现了很大的分歧。结果表明,根据标准处理方法,对宇宙中物质密度不均匀性产生的预测,不可分离地与所谓的遗迹引力波产生的类似预测联系在一起。这些引力波与激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座探测器(VIRGO)观测到由黑洞和/或中子星碰撞产生的引力波相似。但与之不同的是,这些原始的引力波现在已经非常微弱,只有在宇宙微波背景辐射极化导致的特定类型的各向异性中才能检测到它们的存在。

物理学家一直很热衷于对遗迹引力波的研究,因为他们认为这可能是证实暴胀理论正确性的主要证据。然而到目前为止,科学家还没有探测到这些引力波的信号,这也被认为是暴胀宇宙学面临的严重问题之一。由于预期探测的失败,那些最简单和最有吸引力的模型也都被排除在外。

当采用苏达斯基等研究者的方法时,关于原始引力波产生的预测显著减少,以至于它们将无法被目前的方法和探测器灵敏地检测到。计算结果表明,只有在灵敏度大大提高,以及焦点在天空中从非常小的角度转换为非常大的角度的情况下,遗迹引力波才能被探测到。不幸的是,这两件事做起来都相当困难。因此,相当出乎意料的是,在苏达斯基等人开始进行这种概念上的思考时,对暴胀宇宙学的具体预测发生了戏剧性的变化,新的预测与现有的经验证据更加一致。

黑洞与量子引力

量子理论在概念上的困难也与黑洞有关。广义相对论预言,一旦黑洞形成,其内部就会发展出一个奇点,即一个几何量在名义上获得无穷大值的区域,曲率会随着该区域的接近而发散。这类奇点的性质引起了各种各样的猜测,有观点甚至认为它们代表了更多奇异物体的出现,甚至可能是通往其他宇宙的入口。不过,它们真正预示的是一种广义相对论无法适用的机制。

也就是说,如果我们想要应用广义相对论,就必须依赖于某种边界,而这个边界排除了那些奇点应该出现的区域。

物理学家普遍相信,我们目前的理论应该被一个更深层次的理论所取代,这个理论包含了广义相对论和量子力学,并以一种平滑、自洽的方式结合在一起,那就是量子引力理论。这种量子引力有望“解决”那些奇点,并消除在涉及黑洞的讨论中包含边界的必要性。这些概念的猜测性最少,而且不涉及通往其他宇宙的入口,或其他出现在奇点位置上的极度奇异的物体。

物理学家雅各布·贝肯斯坦(Jacob Beckenstein)首先指出了黑洞的一个特征,并将其作为基本线索,那就是它们与外部的能量交换受到一些规律的支配,似乎与热力学定律相同。特别是,正如斯蒂芬·霍金所展示的,黑洞通过热辐射的释放而失去能量,并且对于覆盖整个黑洞区域所需的每一个单位面积(边长为普朗克长度)都有一个由波尔兹曼常数给出的熵(在所有的热力学系统中普遍存在)。这一观点在过去几十年里引起了学界极大的兴趣,因为物理学家开始考虑构建量子引力理论的各种方法。当然,这种理论应该能解释黑洞熵的表达式。很快,在相对较短的时间内,而且是在略有不同但总是相当受限的背景下,量子引力的支持者找到了能得出相对合适的解释。

但事实上,这种从霍金的发现开始的分析,涉及到量子理论,提出了另一个一直困扰物理学家的问题。这就是所谓的黑洞信息“悖论”,一直是物理学家激烈争论和分歧的焦点。

黑洞悖论:如果一个黑洞完全蒸发,只留下热辐射,那它似乎不可能编码所有需要的信息,以重现最初产生黑洞的物质的确切量子态黑洞悖论:如果一个黑洞完全蒸发,只留下热辐射,那它似乎不可能编码所有需要的信息,以重现最初产生黑洞的物质的确切量子态

通常的解释是这样的:根据量子理论,一个孤立的物理系统的量子状态提供了关于该系统的完整描述。这种状态的演变依赖于一种演变法则,允许在未来的任何其他时间对相应状态进行准确预测,或者是对系统在过去的状态进行反演。另一方面,一个具有一定质量和角动量的黑洞可能有很多形成方式。如果黑洞完全蒸发,只剩下热辐射(可用非常简单的方法完全描述其特征),那似乎就没有方法编码所有需要的信息,精确地追溯产生黑洞的物质的量子态。因此,从最终状态的细节来看,要反演黑洞最初形成时的详细状态是不可能的,这与量子理论演变规律的特征相冲突。对许多人来说,这就表明我们面临着一个“悖论”。

仔细研究这个问题就会发现,事情并不是那么简单(这也是“悖论”一词加上引号的原因)。重点是,根据量子理论,我们应该能够追溯黑洞最初形成时的详细状态的说法是错误的。只有当人们只关注U过程而完全忽略R过程时,才会得出这样的结论。由此,黑洞蒸发和信息命运的相关问题所引起的思考就与测量问题的解决方法联系了起来。

对于测量问题,一个最有吸引力的解决方案是自发坍缩。从2015年开始,苏达斯基及其同事们在简化模型的帮助下,仔细思考并分析了在黑洞蒸发背景下,使用这样的理论能否完全解决这个问题。到目前为止,他们的分析表明,答案是肯定的,前提是自发坍缩率随时空曲率的增加而增加。如果是这样的话,则通常与自发坍缩相关的微小水平信息消除就会变得足够高效,这是由黑洞内部深处的曲率增加所导致的,也解释了在黑洞完全蒸发时,所有信息似乎也都被清除。

接下来,这项工作将继续梳理出关于该理论确切形式的未解问题,以及其中的细节,并找到可以对这些概念进行检验的其他情况。尽管事情尚未解决,但有一种可能性是存在的,那就是薛定谔的猫、黑洞信息问题以及暴胀宇宙学中一些令人困惑的问题,都可以通过考虑自发坍缩来解决。苏达斯基等人最近发现,这个方法可能会有助于解答其他一些问题,包括解释宇宙初始状态为什么具有非常低的熵,以及如何理解暗能量的性质和大小等。在涉及引力的问题中使用自发坍缩理论,似乎也是一条很有前景和令人兴奋的研究道路。

这个加强版“薛定谔的猫”,可能会推翻你所见的真实世界|薛定谔

文章来源:科研圈

最近,《自然-物理学》(Nature Physics)发表了一篇论文,研究者们将人类引入量子系统并进行了测试,完成了一个加强版的“薛定谔的猫”实验。一些科学家认为这项研究“很荒谬”,而另一些学者认为他们得到的结果,可能会颠覆我们眼中的真实世界,甚至改变量子力学。。。。。。

图片来源:Pixabay

来源 Scientific American

作者 Zeeya Merali

翻译 闫硕

编辑 魏潇

既活着又死去是一种什么感觉?

在上世纪六十年代,这个问题让匈牙利裔的美国物理学家尤金·维格纳(Eugene Wigner)感到又恼火又鼓舞。量子力学变幻莫测,由此产生的悖论弄得他很沮丧。支配微观领域的理论表明,除非被观测到,否则量子系统不一定具有明确的属性。以他的同僚、物理学家埃尔温·薛定谔(Erwin Schrödinger)的著名思想实验为例:将一只猫关在一个装有少量放射性镭和剧毒氰化物的密闭容器里,当镭发生衰变时,氰化物就会释放出来,使猫死亡。而放射性衰变是一个量子过程,镭可能发生衰变,也可能没有衰变。因此在容器打开之前,这只不幸的猫陷入了一种生与死的叠加状态。但是,这只猫是否真的经历了叠加态呢?

维格纳打造了一个加强版的悖论:设想他的一个朋友(人类,而不是猫)被关在实验室里,作为一名观测者来测量量子系统。他辩称,如果认为他的朋友处在一种既被看见又没被看见的衰变的叠加状态是荒谬的,除非他亲自打开实验室的门去确认。澳大利亚布里斯班格里菲斯大学(Griffith University)的量子物理学家 Nora Tischler 说,“维格纳的朋友”思想实验表明,如果观测者也被观察到,事情会变得非常奇怪。

近日,Tischler 和她的同事们进行了一次“维格纳的朋友”的实验测试。通过将经典的思维实验与量子纠缠(一种在相隔距离很远的粒子间建立连接的现象)的方法相结合,得出了一个新的定理。他们声称这个定理对真实世界的基本性质施加了迄今为止最有力的限制。这项研究发表在 8 月 17 日的《自然-物理学》(Nature Physics)上,对(人类的)意识在量子物理中可能扮演的角色有一定的启示意义,甚至涉及量子力学是否应该被取代的问题。

没有参加这项研究的多伦多大学的量子物理学家 Aephraim Steinberg 认为,这项新工作是“在实验性形而上学领域向前迈出的重要一步,是一个巨大研究课题的开始。”

不同的解释

上世纪二十年代量子物理学出现之前,物理学家们一直希望他们所建立的理论是确定的。使用他们建立的理论就可以对实验结果做出明确的预测。但量子力学似乎天生就是一个概率论。这也就是说,在一个系统的属性被测量之前,该系统可以包含无数种可能的属性叠加,这一理论在教科书上有时被称为哥本哈根诠释(Copenhagen interpretation)。当系统被观测到的时候,这种叠加才会坍塌为单一状态,而物理学家永远无法精确地预测这种状态到底是哪一种。维格纳持有一种当时流行的观点,即人类的意识以某种方式触发了叠加态的倒塌。因此,他的假想朋友在对量子系统进行测量时会得到一个确定的结果,而维格纳永远不会看到他的朋友处在叠加态。

不过,“维格纳的朋友”的观点后来不再被认可。纽约大学的哲学家和认知科学家 David Chalmers 说:“研究基础量子力学的人很快就把维格纳的观点斥为诡异和不明确的,因为这一观点让观测者特殊化了。”今天,大多数物理学家都同意,无生命物体可以通过一种被称为退相干的过程将量子系统从叠加态中剔除。当然,当研究人员在实验室里试图操纵复杂量子叠加时会发现,他们的辛勤工作会因高速空气粒子与其系统相撞而毁于一旦。因此,他们往往在超低温下进行测试,并试图将设备与振动隔离开来。

几十年来,有很多相互竞争的量子力学诠释出现,它们采用了一些并不神秘的机制。例如退相干,它被用来解释叠加态是如何在没有唤起意识的情况下崩解的。还有一些诠释持有更激进的立场,即叠加根本没有崩解。在与维格纳有关的实验测试中,每种诠释都有自己奇特而精彩的表现。最奇异的是“平行世界”的观点,即每当你进行量子观测时,现实就会断裂,创造出多个平行宇宙来容纳每一个可能的结果。在这一理论中,维格纳的朋友将被分成两个人。拥有许多粉丝的、特拉维夫大学的量子物理学家 Lev Vaidman 说:“如果有足够好的超科技(supertechnology),维格纳确实可以从实验室外测量出他的朋友处于叠加态。”

平行宇宙。图片来源:Pixabay

另一种“玻姆”理论(以物理学家 David Bohm 的名字命名)指出,基本量子系统的确有明确的性质,只是我们对这些系统了解不够,所以无法精确预测它们的行为。基于这一理论,虽然维格纳的朋友只有一次实验经历,但由于维格纳的无知,他可能仍然认为他的朋友处于一种叠加状态。相比之下,一种相对较新的、被称为 QBism 诠释的观点则完全接受了量子理论的概率因素。QBism 发音为“cubism”,实际上是量子贝叶斯理论(quantum Bayesianism)的缩写,源自18世纪数学家托马斯·贝叶斯(Thomas Bayes)关于概率的研究。支持 QBism 的科学家认为,一个人需要通过量子力学的计算框架,来校正自己在量子实验中对测量产生的“主观预期”。伦敦大学皇家霍洛威学院(Royal Holloway, University of London)的 Ruediger Schack 是 QBism 诠释的创始人之一,他认为:“(量子系统的)观测结果实际上只能展现观测者的个人化结果。”根据 QBism 的要义,量子理论无法告诉你关于真实世界的所有潜在信息,因此维格纳也不能用它来推测朋友(在观测实验中)的经历。

另一个有趣的诠释理论叫做逆因果律(retrocausality)。在这一理论中,未来可以影响过去。圣何塞州立大学(San Jose State University)物理学家 Ken Wharton 说:“从逆因果的角度来看,维格纳的朋友确实经历过一些事情。”但是,他朋友在实验室所经历的“某些事情”取决于这之后维格纳如何观察这位朋友。

这些解释量子观测结果的诠释理论难分伯仲,所以在它们之间进行选择就需要看每个人的“口味”了。Steinberg 说:“没有人知道确切的解释是什么,我们甚至不知道我们已经拥有的解释是否详尽无遗。”

还有一种被称为坍缩理论的模型,确实能做出可被检验的预测。它有一种附加机制:当量子系统变得太大时,这个系统会因此崩溃。这就解释了为什么猫、人和其他宏观物体不能叠加在一起。目前,科学家正在进行实验,来寻找这种系统坍缩的迹象,但迄今为止他们还没有任何发现。量子物理学家也开始将更大的物体引入叠加态:去年维也纳的一个研究小组报告说,他们将一个含 2000 个原子的分子引入了叠加态实验。

大多数的量子力学诠释认为,没有理由不让这些超大型叠加实验持续下去。如果研究人员可以在原始的实验室条件下设计出正确的实验,就可以避免退相干。不过,坍缩理论认为,不管实验准备得多么仔细,终有一天会达到极限。意大利的里雅斯特大学(University of Trieste)的量子物理学家、坍缩理论的倡导者 Angelo Bassi 说:“如果你试图操纵一个典型的观测者——比如说人类,并将其视为一个量子系统,它就会立即崩溃。”

观察“维格纳的朋友”

Tischler 和她的同事们相信,进行“维格纳的朋友”的实验可以揭示量子力学的局限性。新一波理论和实验论文给了他们启发——这些论文通过将量子纠缠引入维格纳的经典实验来研究观测者在量子力学中扮演的角色。假设我们可以取两个光粒子(光子)并让它们产生偏振,这样它们就可以水平或垂直地振动。那么这一对光子也可以被认为处于水平和垂直振动的叠加态,就像薛定谔的猫在被观测到之前处于生存和死亡的叠加态中一样。

这样的光子对纠缠在一起,它们的偏振方向总是被发现是相反的。这看起来并不奇怪,除非你记住这些属性在被测量之前是不固定的。即使一个光子给了澳大利亚的一个叫爱丽丝的物理学家,而另一个被送到爱丽丝在奥地利维也纳的同事鲍勃那里,量子纠缠也能确保只要爱丽丝观察到她的光子的偏振是水平方向的,鲍勃的光子的偏振就会立即同步到垂直方向。因为这两个光子的通讯速度似乎比光速还要快,这是爱因斯坦的相对论所不能接受的。这一现象也深深地困扰着爱因斯坦,他称之为“远距离的幽灵”。

这种困扰一直持续到上世纪六十年代,直到物理学家约翰·贝尔(John Bell)发明了一种方法来检验现实是否真的有“幽灵”存在,或者产生纠缠的光子对背后是否有更平凡和普遍的解释。贝尔设想了一个常识性的局部理论,即(外界带来的)影响不能在光子对之间立即传播。这是确定性的,不是量子力学固有的概率性。因此,只要物理学家能更好地了解系统的隐藏属性,原则上实验结果可以被准确地预测。对量子力学家来说这是可行的,这意味着即使没有人去观察它们,量子系统也具有确定的属性。随后贝尔计算了一系列纠缠粒子之间关联的最大水平,以支持这种局部的、确定的现实理论。如果某个理论在实验中超过了这个阈值,那么它背后的假设一定是错误的。

到 2015 年,研究人员已经进行了一系列严密的“贝尔测试”,这些测试也证实了“幽灵”存在于现实世界。Steinberg 说:“量子基础是一个真正由贝尔定理(Bell‘s theory)指导实验的领域,现在已经有 50 多年的历史了。我们花了大量时间去重新进行这些实验,并讨论它们的意义。几乎没有人能想出一个超越贝尔的新测试理论。”

Brisbane 团队的目标是推导和测试一个新的定理。他们想要在现实世界的天然属性上施加一个更严格的约束,即“局部友好”界限。与贝尔的理论一样,Brisbane 团队的设想也是局部化的。他们还明确禁止“超决定论”。后者是指,实验的观测者可以不受未来或过去事件的影响,自由地选择观测什么(贝尔也模糊地假设了实验者有自由选择权)。最后,研究团队规定,当观测者进行测量时,得到的结果是真实且单一的事件,与任何人、任何事物都没有关联。

进行“局部友好”测试需要一个巧妙的设置:让两名“超观测者”(superobservers)——爱丽丝和鲍勃(扮演维格纳的角色),来观察他们的朋友查理和黛比。爱丽丝和鲍勃各自都有一个用来操纵光子束的干涉仪。在被测量之前,光子的偏振处于水平和垂直的叠加态。在实验中,研究人员制备了一对纠缠光子:当其中一个光子的偏振被测量到处于水平方向,另一个光子的偏振将立即翻转到垂直方向。纠缠光子对中的一个光子在爱丽丝的干涉仪里,另一个则被送到鲍勃那里。在这次测试中,查理和黛比并不是真实意义上的“人类的朋友”,他们更像是位于被放置在每个干涉仪前方的光束位移器。当爱丽丝的光子碰到位移器时,光子的偏振可以被有效地捕捉到;然后位移器会根据它捕捉到的光子偏振方向向左或向右转动。这个动作相当于是爱丽丝的朋友查理在执行他的观测。同理,黛比也在鲍勃那里扮演同样的角色。

于是,爱丽丝必须做出选择:她可以立即测量光子新的偏振方向,这就相当于打开实验室的门,询问查理他看到了什么。或者爱丽丝可以让光子继续它的旅程,通过第二个光束位移器将左右路径重新组合起来,相当于关闭了实验室的门。爱丽丝可以直接测量出干涉仪的光子偏振度。在整个实验过程中,爱丽丝和鲍勃独立进行各自的观测,然后通过比较观测结果来计算这些纠缠光子对之间的关联。

Tischler 和她的同事们进行了 9 万次实验。正如预期的那样,这些关联否定了贝尔的初始边界。最关键的是,这些关联也超过了新的“局部友好”阈值。研究小组还可以修改设置:在光子进入干涉仪之前,让其中一个光子绕道而行,从而降低光子之间的纠缠度,轻轻地扰乱两个光子之间的完美和谐。当研究人员用稍微低一点的纠缠度进行实验时,他们发现了一个点,在这个点上,关联仍然违反了贝尔的界限,但是却落在了“局部友好”界限内。Tischler 说,这一结果证明了这两组边界是不等价的,并且新的“局部友好”约束更强。她补充道:“如果你违反了这些原则,你就会对真实世界有更多的了解。”也就是说,如果量子理论认为“朋友”可以被视为量子系统,那么你必须要么放弃局部性:要么接受观测者必须同意的单一结果,要么允许超决定论。每一种选择都有深刻的含义,这显然是令一些物理学家无法接受的。

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赞同、争议与反思

位于纽约的量子计算机公司图灵(Turing)的联合创始人 Michele Reilly 说:“这篇论文是一项重要的哲学研究。”Reilly 没有参与这项工作,她指出,研究量子基础的物理学家们往往很难想出一个可行的测试方法来支持他们的想法,并且很高兴看到一个哲学理论背后的实验。Steinberg 则称这项实验“极其精巧”,并称赞该团队正面解决了观测者在观测中的角色之谜。

量子力学迫使物理学家放弃了一个从贝尔那里获得的常识性假设——这一点也不奇怪。但第三方科学家 Wharton 表示:“这方面的进展正在帮助我们缩小这些假设的范围。”不过,他指出,大多数量子诠释理论的支持者不会被这项研究刺激到失眠。包括他自己在内、逆因果律的支持者已经和超决定论达成了和解:在他们看来,未来的测量结果会影响过去的结果并不令人震惊。与此同时,支持 QBism 观点的科学家很久以前就提出了这样的要求:量子力学规定了一个每个观测者都必须同意的单一结果。

玻姆理论和自发坍缩模型为了回应贝尔理论已经欣然放弃了局部性。此外,坍缩模型指出,一个真正的宏观朋友不能作为一个量子系统来操纵。

不过,Vaidman 对这项研究似乎不太赞同,他甚至批评将“维格纳的朋友”与光子联系起来是不对的。他说,论文中使用的方法“很荒谬;朋友必须是宏观的”。纽约大学的物理哲学家 Tim Maudlin 对这一观点表示赞同,他也没有参与这项研究。他指出:“除非是泛心论者(panpsychic),不然没有人会认为光子能扮演观测者的角色。”因为没有物理学家质疑光子是否可以处于叠加态,Maudlin 觉得这个实验缺乏说服力。他说:“这个实验排除了一些没人提出过的东西。”

Tischler 接受了这些批评。她说:“我们不想过分吹嘘我们的研究成果。”美国格里菲斯大学(Griffith University)的物理学家、研究团队的成员 Howard Wiseman 补充说,未来实验的关键是将“朋友”的尺寸扩大。他说,最具戏剧性的方法将是使用量子计算机上的人工智能设备作为“朋友”。Wiseman 指出,一些哲学家认为这样的机器可能具有类似人类的体验,这被称为强人工智能假说。不过,还没有人知道这个想法能否会成为现实。但如果假设成立,这种基于量子的通用人工智能(AGI)将是微观的。从自发坍缩模型的角度来看,整个系统不会因为“朋友”太大而坍缩。如果这样的测试能在不违反“局部友好”边界的条件下进行,那么这个结果意味着 AGI 的意识不能被叠加。如果刚好相反,那这个结论将表明维格纳认为意识导致量子系统崩溃是正确的。Wiseman 说:“我不认为在我有生之年能看到这样的实验。如果它成功了,那将是革命性的。”

然而,Reilly 警告说,如果物理学家们希望未来AGI能对真实世界的基本描述有所帮助,那就是本末倒置了。她指出:“对我来说,量子计算机将成为我们进入 AGI 时代的转变契机,这不是不可想象的。最终,我们需要一个适用于一切的理论,以便在量子计算机上建立 AGI 。”

这一要求可能会排除一些更宏大的计划。不过,研究团队还是建议可以将机器学习系统作为“朋友”来进行更温和的中间测试,这让 Steinberg 很着迷。他说,这种做法“有趣又刺激”。“事实上,规模越来越大的计算设备可以用量子方法来进行测量,这个想法的可能性正在变高。”

瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的量子物理学家 Renato Renner 提出了一个更有力的主张:不管未来的实验能否进行,新的定理告诉我们,量子力学需要被取代。2018 年,在 ETH 工作的 Renner 和他的同事 Daniela Frauchiger 发表了一个基于“维格纳的朋友”的思维实验,并用它推导出一个全新的悖论。他们的实验设置不同于 Brisbane 团队,但也涉及到四个观测者,彼此之间存在纠缠。Renner 和 Frauchiger 计算出,如果观测者相互应用量子定律,他们最终可能在同一个实验中推断出不同的结果。

Renner 说:“这篇新论文再次证实了当前的量子力学存在问题。”他认为,如果支持者承认他们关心这些量子诠释理论是否能给出一致的结果,那么目前这项理论都无法摆脱所谓的 Frauchiger-Renner 悖论。他说,支持 QBism 观点的科学家提供了最容易接受的逃逸方法,因为从一开始,他们就说量子理论不能用来推断其他观测者将测量到什么。他补充道:“不过,我还是很担心:如果一切都是我个人的事,我怎么能表达与你有关的观点呢?” Renner 现在正在研究一种新的理论,它提供了一套数学规则,让一个观测者可以计算出另一个观测者在量子实验中应该看到些什么。

尽管如此,那些坚信自己所支持的量子诠释理论是正确的人,仍然认为 Tischler 的研究没有什么价值。Vaidman 说:“如果你认为量子力学是不健全的,认为它需要被替换,那么这个研究就有用,因为它告诉你了新的约束。但我不同意‘任何理论都能解释一切’这种观点。”

目前,物理学家们将不得不继续讨论哪种量子诠释理论是最好的,或者是否需要针对一种全新的量子理论达成一致。Reilly 说:“这就是我们在二十世纪初‘脱轨’的地方,我们真的对此感到困惑。但做这些研究去思考这个问题,恰恰是正确的做法。”