關(guān)鍵要點(diǎn)

一，在放射性和量子物理學(xué)發(fā)現(xiàn)之前，每個(gè)粒子和相互作用都被認(rèn)為是完全服從確定性方程的。二，量子力學(xué)只能得出結(jié)果的不確定概率分布。三，涉及隱藏變量的主要確定性解釋被稱為玻姆力學(xué)，它唯一明顯的預(yù)測(cè)被證偽了。

Ⅰ

歷史上關(guān)于支配宇宙的法則有一個(gè)說(shuō)法：如果你知道一個(gè)系統(tǒng)的足夠信息，你可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)這個(gè)系統(tǒng)在未來(lái)的行為。經(jīng)典的運(yùn)動(dòng)方程是完全確定的，牛頓和愛(ài)因斯坦的萬(wàn)有引力定律都是確定性的，甚至控制電和磁的麥克斯韋方程組也是100%確定的。

但從19世紀(jì)晚期開始的一系列發(fā)現(xiàn)顛覆了宇宙的圖景。從放射性和放射性衰變開始，人類慢慢揭示了現(xiàn)實(shí)的量子本質(zhì)，對(duì)我們生活在一個(gè)確定性宇宙的想法產(chǎn)生了懷疑。可以預(yù)見(jiàn)的是，現(xiàn)實(shí)的許多方面只能以統(tǒng)計(jì)方式進(jìn)行討論，我們可以提出一組可能的結(jié)果，但哪些結(jié)果會(huì)發(fā)生以及何時(shí)發(fā)生，無(wú)法精確確定。

避免“量子怪異”的必要性的希望得到了包括愛(ài)因斯坦在內(nèi)的許多人的支持，其中最引人注目的替代決定論是由路易斯·德布羅意和大衛(wèi)·玻姆提出的。幾十年后，玻姆力學(xué)終于接受了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，但失敗了。

Ⅱ

我們可以進(jìn)行各種各樣的實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明我們量子現(xiàn)實(shí)的不確定性。在各種條件下，這種固有的量子行為出現(xiàn)在各種物理系統(tǒng)中，無(wú)論是單個(gè)粒子還是復(fù)雜的粒子系統(tǒng)。盡管物理學(xué)家已經(jīng)能夠?qū)懴驴刂七@些量子系統(tǒng)的規(guī)則和方程，包括泡利不相容原理、海森堡不確定性原理、薛定諤方程等等，但在沒(méi)有進(jìn)行測(cè)量的情況下，我們只能預(yù)測(cè)可能的結(jié)果。

不知為何，在量子系統(tǒng)中，測(cè)量行為似乎是一個(gè)非常重要的因素，它與我們生活在一種獨(dú)立于觀察者的“獨(dú)立現(xiàn)實(shí)”的想法相悖。一個(gè)物理系統(tǒng)的性質(zhì)以前被認(rèn)為是固有的和不可改變的，比如位置、動(dòng)量、角動(dòng)量，現(xiàn)在這些物理量突然變得只能達(dá)到一定的精度。此外，測(cè)量這些性質(zhì)的行為，需要與另一個(gè)某種類型的量子相互作用，在同時(shí)增加其他可測(cè)參數(shù)的不確定性或不確定性的同時(shí)，從根本上改變甚至決定了這些值。

我們現(xiàn)在所說(shuō)的哥本哈根量子力學(xué)解釋背后的中心思想是，在觀察發(fā)生的關(guān)鍵時(shí)刻之前，沒(méi)有什么是確定的。一切不能根據(jù)已知的東西精確計(jì)算出來(lái)的東西都可以用某種波函數(shù)來(lái)描述，直到進(jìn)行測(cè)量的關(guān)鍵時(shí)刻，波函數(shù)的描述被一個(gè)單一的、確定的現(xiàn)實(shí)所取代，有些人將其描述為波函數(shù)的坍縮。

正是這種程度的怪異令許多人反感。愛(ài)因斯坦可能是最著名的，他對(duì)現(xiàn)實(shí)在某種程度上是隨機(jī)的感到震驚，這一立場(chǎng)都可以歸結(jié)為愛(ài)因斯坦的一句名言：上帝不會(huì)拿宇宙擲骰子。雖然愛(ài)因斯坦自己從來(lái)沒(méi)有提出一個(gè)替代方案，但和他同一個(gè)時(shí)代的德布羅意卻提出了他的想法。

Ⅲ

在量子力學(xué)的早期，德布羅意提出不僅光具有波動(dòng)性，在適當(dāng)?shù)牧孔訔l件下，物質(zhì)本身也具有波狀性質(zhì)，他計(jì)算“物質(zhì)波”波長(zhǎng)的公式至今仍被廣泛使用。在德布羅意的量子物理學(xué)中，總是有一些具體的粒子，它們具有確定的(但并不總是精確測(cè)量的)位置，它們被這些量子力學(xué)波函數(shù)引導(dǎo)著穿過(guò)空間，他稱之為“導(dǎo)波”。盡管德布羅意的量子物理學(xué)版本不能用一個(gè)以上的粒子來(lái)描述系統(tǒng)，而且還面臨無(wú)法測(cè)量或準(zhǔn)確識(shí)別引導(dǎo)波的“物理”挑戰(zhàn)，但它代表了哥本哈根解釋的一個(gè)有趣的替代方案。

不受量子幽靈的怪異規(guī)則支配，有一個(gè)潛在的、隱藏的現(xiàn)實(shí)是完全確定性的。德布羅意的許多觀點(diǎn)被其他研究人員擴(kuò)展了，他們都試圖找到一種不那么“可怕”的替代量子現(xiàn)實(shí)的方法。最著名的引申要?dú)w功于物理學(xué)家大衛(wèi)·玻姆，他在20世紀(jì)50年代提出了自己對(duì)量子物理學(xué)的解釋：德布羅意-玻姆理論。

在這個(gè)想法中，潛在的波動(dòng)方程，和哥本哈根解釋中的傳統(tǒng)薛定諤方程是一樣的。然而，還有一個(gè)引導(dǎo)方程作用于波函數(shù)，像粒子位置這樣的屬性可以從這個(gè)引導(dǎo)方程的關(guān)系中提取出來(lái)。這是一種明確的因果，確定性的解釋，具有基本的非局部性。

但這種解釋也有其自身的困難。首先，你不能用導(dǎo)波理論來(lái)恢復(fù)經(jīng)典動(dòng)力學(xué)。事實(shí)上，粒子本身不會(huì)以任何方式影響波函數(shù)；相反，波函數(shù)描述了每個(gè)粒子或粒子系統(tǒng)的速度場(chǎng)，你必須應(yīng)用適當(dāng)?shù)摹耙龑?dǎo)方程”來(lái)找出粒子的位置。

考慮下面的例子：一個(gè)粒子漂浮在流動(dòng)的河流上。在牛頓力學(xué)中，球發(fā)生的事情很簡(jiǎn)單。球有質(zhì)量，這意味著它有慣性，遵循牛頓三大定律。如果它受到外力的作用，它會(huì)通過(guò)著名的方程F=ma加速。

但在玻姆力學(xué)中，河流的流動(dòng)決定了波函數(shù)的演化，波函數(shù)應(yīng)該優(yōu)先停留在河流的中心。這顯示了導(dǎo)航波理論概念上的困難：如果你想讓你的粒子像沖浪者一樣騎在波函數(shù)上，你得通過(guò)各種扭曲的方式才能回到我們熟悉的經(jīng)典力學(xué)。這一切是非常違反直覺(jué)的。(www.ws46.cOm)

然而，某些事情違反直覺(jué)，甚至是不合邏輯的，并不意味著它就是錯(cuò)誤的。物理行為往往比我們想象的更奇怪，這就是我們總是要用嚴(yán)酷的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)實(shí)來(lái)面對(duì)我們預(yù)測(cè)的原因。不幸的是，在2015年的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，玻姆力學(xué)的一項(xiàng)明顯預(yù)測(cè)被證偽了。