量子力學的詮釋,主要是指波函式物理意義的解釋。目前比較流行的是哥本哈根學派所謂的標準解釋,另一個流行的是多宇宙解釋。還有一個解釋現在已很少有人提及,這就是德布羅意-玻姆的導航波-量子勢解釋,也即所謂的“隱變數解釋”。
我認為,解釋必須要遵守有一個原則,這個原則就是,所做出的解釋必須是可測量驗證的,否則,不可測量驗證,就相當於毫無依據、隨心所欲的胡說。
標準解釋認為,微觀粒子在觀測之前,由波函式描述,處於一種不確定的狀態,或者說,處於各個確定狀態的疊加態,就像那隻薛定諤的貓,在沒有觀察它之前,處於一種死了與活著的疊加態,這種疊加態,或由波函式所描述的狀態,其演化遵守薛定諤方程。但這種疊加態不能觀測,一旦觀測,它就立馬坍縮為你所看到的那個確定狀態,那隻死活疊加的貓,就立馬坍縮為你所看到的一個明確確定的死貓,或坍縮為你所看到的一個明確確定的活貓,而不再是死活疊加了。這就是觀測所引起的波函式的坍縮。
有人說,標準解釋只適應於微觀粒子,不適應於像貓這樣大的宏觀物體。但是,如果我們在薛定諤的推論中找不出任何邏輯問題,憑什麼說標準解釋不適應於那隻貓?
顯然,標準解釋中關於粒子觀測前狀態的描述,那個死活疊加的狀態,是不能觀測驗證的,這明顯的違背了前面所說的那個原則。宣稱它的狀態是一個死活疊加的狀態,然後又宣稱這個死活疊加的狀態不能觀測,是不是一個強詞奪理的胡說?沒有觀測,而且根本就不能觀測,憑什麼說它就一定處於那個死活疊加的狀態,而不是別的什麼狀態?
愛因斯坦認為,微觀粒子即使在觀測前,也應該處於唯一的一個明確確定的狀態,那隻貓,如果它死了,即使沒有觀測,它也應該是死的。玻爾反駁說,沒有觀測,你就無權說觀測前的貓一定是一個死貓。我認為,玻爾的這句反駁,完全有道理,與前面的那個原則完全一致,但玻爾也應該把這句反駁,用於他自己,沒有觀測,他也就無權宣稱那隻貓在觀測前就一定處於一個死活疊加狀態,而不是別的什麼狀態。
有人認為,似乎只有標準解釋,才能解釋清楚雙縫干涉。但用一個不能觀測的特性,去解釋一個可觀測的干涉現象,是不是包含有邏輯矛盾?既然無法觀測,就不應該有任何可觀測的表現,就不應該透過可觀測的表現,讓人最終認識到它的存在。如果我們可以透過對雙縫干涉現象的觀測分析,認識到波函式的存在,那這個波函式,就應該是可觀測的。
將不可觀測的特性,引入到物理學中,會產生一系列奇談怪論。例如,人的意識也就參與到物質世界自身的事務中來,月亮,只有當你欣賞它時,它才是月亮,你不理會它時,它就處於一種“月亮”與“非月亮”的疊加狀態。中科院的一位院士,因此而轉為信佛。
又例如,量子糾纏現象,兩個糾纏著的粒子之間,會存在一種神秘的相互作用。一個粒子,因為人的觀測,由疊加態坍縮為確定態,另一個粒子,即使沒有觀測,它也會因糾纏而由疊加態自動的同時坍縮為確定態。請問,我們怎麼才能知道那個粒子究竟有沒有因糾纏而坍縮?你不去觀測它,你怎麼能知道它究竟有沒有因糾纏而坍縮?你一旦觀測,你又怎麼區分它的坍縮,究竟是因糾纏引起,還是因觀測引起?量子糾纏,在標準解釋的語言環境下,也是一個無法驗證的奇談怪論。那麼,那些關於量子糾纏的實驗究竟驗證的是什麼呢?我認為,這些實驗只不過用另一種方法證明了,光,在有些情況下會表現為電磁波。由於電磁場在任何方向上都有分量,因此,兩列電磁波的偏振之間的關聯,即使是在兩個不同的方向上進行測量,也會大於兩個粒子自旋之間的關聯,因為粒子自旋的方向,如果存在於某一方向上,則必定不會存在於其它方向上。但這兩列電磁波之間卻可以沒有任何關聯。
還有一個惠勒所發現的“推遲現象”,光子可以在透過半透鏡(等價於雙縫)後,根據你採取什麼手段來觀測它,再來決定它在之前的透過半透鏡時的運動路徑,從而再來決定它要不要產生干涉。薛定諤貓現象中,放射源可以根據你觀測到的貓的死活狀態,再來決定幾天前甚至幾年前它要不要放射。顯然,違反因果律的推遲決定,都發生在你沒有觀測,也不能觀測的時空區間。惠勒的“推遲現象”也已經被實驗證實,但我認為,如果把光理解為電磁波,則這個試驗根本不需要違反因果律,就可獲得解釋。
多宇宙理論認為,薛定諤的貓,在你沒有看它時,處於一種死活疊加態,你一旦去看它,它就變成了你所看到的那個死貓,但這不等於活狀態的貓不存在,它仍然存在著,只不過它存在於我們所在宇宙之外的另一個宇宙中。請問,另一個宇宙的存在能不能透過觀測來驗證?如果能,觀測到它,是不是它的一些東西,如光,到達了我們的宇宙中,並與我們的眼睛或接收儀器產生了相互作用。都已經能與我們宇宙中東西產生相互作用了,請問,它還能是我們宇宙之外的另一個宇宙嗎?如果它的存在不能觀測驗證,說它存在,是不是沒有任何依據的隨口胡說?如果我們能夠觀測另一個宇宙,也就能夠觀測到那個活狀態的貓,則這個死活疊加態也就是能夠觀測的。
把不可觀測的特性引入到物理學中,物理學就變成了玄學。
目前的當務之急是給波函式找到一個可以測量驗證的、觀測不會導致波函式坍縮的解釋。
這個解釋實際上已經存在,這就是玻姆的量子勢或德布羅意的導航波理論。量子勢是由波函式所匯出的一個物理量,我們就直接討論德布羅意關於波函式的解釋。德布羅意認為,波函式所描述的東西,是一個實際存在的波,他把這種波稱為導航波。導航波存在於微觀粒子周圍,並指引著微觀粒子的運動,從而使粒子表現出干涉等波的特徵來。這樣,標準解釋所帶來的那些稀奇古怪的問題,也就不存在了。
有人認為,透過對貝爾不等式的試驗驗證,已經證明了包括量子勢和導航波在內的所有的隱變數理論與量子的實際行為不相符。我認為,愛因斯坦與玻爾爭論的那個量子糾纏,實際上是無法實測驗證的,而對貝爾不等式的試驗驗證,實際上只是證明了,光,在有些情況下也會表現為電磁波,但這並不能說明,我們不能對粒子有時候所表現出來的波動特徵,進行可觀測驗證的解釋。
玻姆和德布羅意的觀點,沒有得到大家的認可,包括沒有得到不認同標準解釋的愛因斯坦的認可,除了不符合貝爾的那個關於實際上是無法觀測的量子糾纏的理論外,我想主要還有如下兩個原因。
一個原因是,量子勢或導航波的傳遞速度超光速。我認為,超光速不會導致時間反向,不會導致因果關係混亂,可詳見我掛在“愛思想”網站“科學哲學”欄目下的一篇文章,題目是《伽利略的脈搏》。在狹義相對論中,有靜止質量的物體速度要達到光速,所需的能量會達到無窮大,而且,實驗發現,具有能量的電磁場、引力場的傳遞速度也沒有超光速。但導航波既沒有質量,也沒有能量,它的傳遞速度超過光速,應該沒有違反狹義相對論。況且,那個所謂的量子糾纏,其糾纏的速度也超光速。
第二個原因是,導航波中既沒有質量,也沒有能量,那它究竟是什麼?我認為,質量(慣性,或產生引力的能力)、能量,只不過是客觀存在物的一種屬性,沒有這種屬性,不等於這種客觀存在物就不存在。沒有這種屬性,不等於就沒有其它屬性,導航波就具有波的頻率、波長等物理量。沒有質量能量的客觀存在物是不是很神秘?如何檢測它的存在?如果它與具有質量能量的客觀存在物之間,如導航波與它所聯絡的電子或光子之間,存在著明確確定的關聯(那兩個著名的德布羅意關係式),自身的演化遵守明確確定的方程(薛定諤方程),透過對有質量能量的存在物,如電子光子的狀態變化的測量,就可確定它的存在,就像我們對電荷受力情況的測量,就可確定電磁場的存在一樣,那麼,這種沒有質量能量的客觀存在物,就沒有任何神秘之處。
我認為,在熱傳遞現象中,也存在著一種既沒有質量,也沒有能量的客觀存在物,它決定了熱量傳遞的方向和路徑。至少在氣體的熱傳遞過程中,這種客觀存在物穿過了空間,影響了氣體分子之間的碰撞,從而使熱量透過氣體分子的碰撞從高溫區域傳遞到了低溫區域。
導航波或量子勢是可測量的,沒有隱藏任何東西,但因歷史的原因,卻被人們稱為隱變數理論,這有些不公正。恰恰相反,標準解釋中所說的那個波函式,那個疊加態,才是真正隱藏著的東西,它不能觀測,一旦觀測,波函式或疊加態就會坍縮。多宇宙理論中的那些宇宙,也不能檢測它們的存在,否則,就不是我們宇宙之外的其它宇宙了。
量子力學的詮釋,主要是指波函式物理意義的解釋。目前比較流行的是哥本哈根學派所謂的標準解釋,另一個流行的是多宇宙解釋。還有一個解釋現在已很少有人提及,這就是德布羅意-玻姆的導航波-量子勢解釋,也即所謂的“隱變數解釋”。
我認為,解釋必須要遵守有一個原則,這個原則就是,所做出的解釋必須是可測量驗證的,否則,不可測量驗證,就相當於毫無依據、隨心所欲的胡說。
標準解釋認為,微觀粒子在觀測之前,由波函式描述,處於一種不確定的狀態,或者說,處於各個確定狀態的疊加態,就像那隻薛定諤的貓,在沒有觀察它之前,處於一種死了與活著的疊加態,這種疊加態,或由波函式所描述的狀態,其演化遵守薛定諤方程。但這種疊加態不能觀測,一旦觀測,它就立馬坍縮為你所看到的那個確定狀態,那隻死活疊加的貓,就立馬坍縮為你所看到的一個明確確定的死貓,或坍縮為你所看到的一個明確確定的活貓,而不再是死活疊加了。這就是觀測所引起的波函式的坍縮。
有人說,標準解釋只適應於微觀粒子,不適應於像貓這樣大的宏觀物體。但是,如果我們在薛定諤的推論中找不出任何邏輯問題,憑什麼說標準解釋不適應於那隻貓?
顯然,標準解釋中關於粒子觀測前狀態的描述,那個死活疊加的狀態,是不能觀測驗證的,這明顯的違背了前面所說的那個原則。宣稱它的狀態是一個死活疊加的狀態,然後又宣稱這個死活疊加的狀態不能觀測,是不是一個強詞奪理的胡說?沒有觀測,而且根本就不能觀測,憑什麼說它就一定處於那個死活疊加的狀態,而不是別的什麼狀態?
愛因斯坦認為,微觀粒子即使在觀測前,也應該處於唯一的一個明確確定的狀態,那隻貓,如果它死了,即使沒有觀測,它也應該是死的。玻爾反駁說,沒有觀測,你就無權說觀測前的貓一定是一個死貓。我認為,玻爾的這句反駁,完全有道理,與前面的那個原則完全一致,但玻爾也應該把這句反駁,用於他自己,沒有觀測,他也就無權宣稱那隻貓在觀測前就一定處於一個死活疊加狀態,而不是別的什麼狀態。
有人認為,似乎只有標準解釋,才能解釋清楚雙縫干涉。但用一個不能觀測的特性,去解釋一個可觀測的干涉現象,是不是包含有邏輯矛盾?既然無法觀測,就不應該有任何可觀測的表現,就不應該透過可觀測的表現,讓人最終認識到它的存在。如果我們可以透過對雙縫干涉現象的觀測分析,認識到波函式的存在,那這個波函式,就應該是可觀測的。
將不可觀測的特性,引入到物理學中,會產生一系列奇談怪論。例如,人的意識也就參與到物質世界自身的事務中來,月亮,只有當你欣賞它時,它才是月亮,你不理會它時,它就處於一種“月亮”與“非月亮”的疊加狀態。中科院的一位院士,因此而轉為信佛。
又例如,量子糾纏現象,兩個糾纏著的粒子之間,會存在一種神秘的相互作用。一個粒子,因為人的觀測,由疊加態坍縮為確定態,另一個粒子,即使沒有觀測,它也會因糾纏而由疊加態自動的同時坍縮為確定態。請問,我們怎麼才能知道那個粒子究竟有沒有因糾纏而坍縮?你不去觀測它,你怎麼能知道它究竟有沒有因糾纏而坍縮?你一旦觀測,你又怎麼區分它的坍縮,究竟是因糾纏引起,還是因觀測引起?量子糾纏,在標準解釋的語言環境下,也是一個無法驗證的奇談怪論。那麼,那些關於量子糾纏的實驗究竟驗證的是什麼呢?我認為,這些實驗只不過用另一種方法證明了,光,在有些情況下會表現為電磁波。由於電磁場在任何方向上都有分量,因此,兩列電磁波的偏振之間的關聯,即使是在兩個不同的方向上進行測量,也會大於兩個粒子自旋之間的關聯,因為粒子自旋的方向,如果存在於某一方向上,則必定不會存在於其它方向上。但這兩列電磁波之間卻可以沒有任何關聯。
還有一個惠勒所發現的“推遲現象”,光子可以在透過半透鏡(等價於雙縫)後,根據你採取什麼手段來觀測它,再來決定它在之前的透過半透鏡時的運動路徑,從而再來決定它要不要產生干涉。薛定諤貓現象中,放射源可以根據你觀測到的貓的死活狀態,再來決定幾天前甚至幾年前它要不要放射。顯然,違反因果律的推遲決定,都發生在你沒有觀測,也不能觀測的時空區間。惠勒的“推遲現象”也已經被實驗證實,但我認為,如果把光理解為電磁波,則這個試驗根本不需要違反因果律,就可獲得解釋。
多宇宙理論認為,薛定諤的貓,在你沒有看它時,處於一種死活疊加態,你一旦去看它,它就變成了你所看到的那個死貓,但這不等於活狀態的貓不存在,它仍然存在著,只不過它存在於我們所在宇宙之外的另一個宇宙中。請問,另一個宇宙的存在能不能透過觀測來驗證?如果能,觀測到它,是不是它的一些東西,如光,到達了我們的宇宙中,並與我們的眼睛或接收儀器產生了相互作用。都已經能與我們宇宙中東西產生相互作用了,請問,它還能是我們宇宙之外的另一個宇宙嗎?如果它的存在不能觀測驗證,說它存在,是不是沒有任何依據的隨口胡說?如果我們能夠觀測另一個宇宙,也就能夠觀測到那個活狀態的貓,則這個死活疊加態也就是能夠觀測的。
把不可觀測的特性引入到物理學中,物理學就變成了玄學。
目前的當務之急是給波函式找到一個可以測量驗證的、觀測不會導致波函式坍縮的解釋。
這個解釋實際上已經存在,這就是玻姆的量子勢或德布羅意的導航波理論。量子勢是由波函式所匯出的一個物理量,我們就直接討論德布羅意關於波函式的解釋。德布羅意認為,波函式所描述的東西,是一個實際存在的波,他把這種波稱為導航波。導航波存在於微觀粒子周圍,並指引著微觀粒子的運動,從而使粒子表現出干涉等波的特徵來。這樣,標準解釋所帶來的那些稀奇古怪的問題,也就不存在了。
有人認為,透過對貝爾不等式的試驗驗證,已經證明了包括量子勢和導航波在內的所有的隱變數理論與量子的實際行為不相符。我認為,愛因斯坦與玻爾爭論的那個量子糾纏,實際上是無法實測驗證的,而對貝爾不等式的試驗驗證,實際上只是證明了,光,在有些情況下也會表現為電磁波,但這並不能說明,我們不能對粒子有時候所表現出來的波動特徵,進行可觀測驗證的解釋。
玻姆和德布羅意的觀點,沒有得到大家的認可,包括沒有得到不認同標準解釋的愛因斯坦的認可,除了不符合貝爾的那個關於實際上是無法觀測的量子糾纏的理論外,我想主要還有如下兩個原因。
一個原因是,量子勢或導航波的傳遞速度超光速。我認為,超光速不會導致時間反向,不會導致因果關係混亂,可詳見我掛在“愛思想”網站“科學哲學”欄目下的一篇文章,題目是《伽利略的脈搏》。在狹義相對論中,有靜止質量的物體速度要達到光速,所需的能量會達到無窮大,而且,實驗發現,具有能量的電磁場、引力場的傳遞速度也沒有超光速。但導航波既沒有質量,也沒有能量,它的傳遞速度超過光速,應該沒有違反狹義相對論。況且,那個所謂的量子糾纏,其糾纏的速度也超光速。
第二個原因是,導航波中既沒有質量,也沒有能量,那它究竟是什麼?我認為,質量(慣性,或產生引力的能力)、能量,只不過是客觀存在物的一種屬性,沒有這種屬性,不等於這種客觀存在物就不存在。沒有這種屬性,不等於就沒有其它屬性,導航波就具有波的頻率、波長等物理量。沒有質量能量的客觀存在物是不是很神秘?如何檢測它的存在?如果它與具有質量能量的客觀存在物之間,如導航波與它所聯絡的電子或光子之間,存在著明確確定的關聯(那兩個著名的德布羅意關係式),自身的演化遵守明確確定的方程(薛定諤方程),透過對有質量能量的存在物,如電子光子的狀態變化的測量,就可確定它的存在,就像我們對電荷受力情況的測量,就可確定電磁場的存在一樣,那麼,這種沒有質量能量的客觀存在物,就沒有任何神秘之處。
我認為,在熱傳遞現象中,也存在著一種既沒有質量,也沒有能量的客觀存在物,它決定了熱量傳遞的方向和路徑。至少在氣體的熱傳遞過程中,這種客觀存在物穿過了空間,影響了氣體分子之間的碰撞,從而使熱量透過氣體分子的碰撞從高溫區域傳遞到了低溫區域。
導航波或量子勢是可測量的,沒有隱藏任何東西,但因歷史的原因,卻被人們稱為隱變數理論,這有些不公正。恰恰相反,標準解釋中所說的那個波函式,那個疊加態,才是真正隱藏著的東西,它不能觀測,一旦觀測,波函式或疊加態就會坍縮。多宇宙理論中的那些宇宙,也不能檢測它們的存在,否則,就不是我們宇宙之外的其它宇宙了。