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1 # 艾伯史密斯
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2 # 董加耕
量子力學的詮釋,主要是指波函式物理意義的詮釋。目前比較流行的是哥本哈根學派所謂的標準解釋,另一個是多宇宙解釋。還有一個解釋現在人們已很少提及,這就是德布羅意-玻姆的“導航波”-“量子勢”解釋,不知為何,人們又把這種解釋稱為隱變數解釋。
我認為,解釋必須要有一個原則,這個原則就是,所作出的解釋必須是可測量驗證的,否則,就相當於隨心所欲的胡說。
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,在你沒有觀察它之前,處於一種死與活的疊加態,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。但這種疊加態你不能觀測,你一旦觀測,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,或坍縮為一個明確確定的活貓,這就是觀測所引起的波函式坍縮。
顯然,標準解釋中關於粒子觀測前的狀態的描述,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。無法觀測,並且根本就不能觀測,但卻宣稱它的狀態是一個死活疊加的狀態,是不是相當於一個無法觀測驗證的胡說?沒有觀測,你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,但玻爾也應該把這句反駁,用於他自己,你沒有觀測,你也就無權宣稱那隻貓在觀測前就一定處於一個死活疊加態,而不是別的什麼狀態。
有人認為,似乎只有標準解釋,才能釋清楚雙縫干涉。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客觀世界自身的事務中來,月亮,只有當你看它時,它才是一輪明月,你不看它時,它處於一種月亮與非月亮的疊加態。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,會存在著一種鬼異的相互糾纏,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由疊加態坍縮為確定態?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,究竟是由糾纏引起,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。
還有一個惠勒所發現的“推遲現象”,粒子要不要產生干涉,可以在粒子已經透過雙縫後,根據你釆取什麼手段來觀測它,再來決定它在之前的透過雙縫時的運動路徑。薛定諤貓現象中,放射源可以根據你觀察到的貓的死活狀態,再來決定幾天前它要不要放射。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。
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,但這並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,並與我們的眼睛產生相互作用,此時,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。
把不可觀測的特性引入到物理學中,物理學也就變成了玄學,變成了一本《騙術大全》。
目前的當務之急是給波函式找到一個可以測量驗證的解釋。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本身的解釋吧。徳布羅意認為,波函式所描述的東西,是一個實際存在的波,叫做導航波,它存在於微觀粒子周圍,並指引著粒子的運動,從而使粒子表現出干涉等波的特徵。這樣,標準解釋所帶來的那些稀奇古怪的問題就不再成為問題。
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符。且不說量子糾纏實際上是不可驗證的,僅討論貝爾不等式自身,我認為,貝爾不等式的推導過程中發生了概念偷換。在愛因斯坦與玻爾爭論的那個量子糾纏現象中,一個粒子分裂成兩個粒子,一個自旋為正,另一個自旋就必定為負,在這一點上,兩人的意見是完全一致的,因為這是由自旋守恆定律所確定的,這個守恆定律,不論是在量子力學中,還是在經典理論中,都是成立的。也就是說,按量子力學和按經典理論,計算出的兩粒子的自旋狀態的關聯情況,是完全相同的。愛因斯坦質疑的並不是測量到的兩個粒子自旋狀態的關聯程度如何如何,而是當一個粒子的自旋疊加態因外界的測量而坍縮為確定時,另一個粒子沒有測量,它的疊加狀態也會坍縮為確定狀態。但是,這個事情到了貝爾那裡,卻變成了按量子力學計算出的,測量到的兩粒子自旋狀態的關聯程度,與按經典理論的計算完全不同。這是不是說,守恆定律在量子力學和經典理論中,不能同時成立?這裡面是不是有概念偷換?實際上,在貝爾的說明中,如果兩個粒子的自旋,均在同一方向測量,則按量子力學和按經典理論計算,其關聯程度仍是相同的,但當兩粒子自旋的測量方向不同時,按兩種理論計算出的關聯程度,就會各不相同。但為什麼僅是外在的測量方向的改變,而不是粒子自身的改變,也不是理論發生了改變,就會導致原來的兩理論計算結果完全相同,變成為兩理論的計算結果各不相同?
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,除了不符合實際上是無法測量驗證的量子糾纏試驗外,我想主要還有如下兩點原因。
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,可祥見我掛在“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,電磁場、引力場的傳遞速度沒有超光速,但導航波既沒有質量,也沒有能量,它的傳遞速度超光速,應該沒有違反相對論。況且,那個所謂的量子糾纏,其糾纏的速度也超光速。第二點是,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),能量,只不過是客觀存在物的一種屬性,沒有這種屬性,不等於它就不存在。沒有這種屬性,不等於就沒有其它屬性。沒有質量能量的客觀存在是不是很神秘?如何檢測它的存在?與具有質量能量的客觀存在物,如導航波與它所聯絡的電子光子之間,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客觀存在物,如電子或光子狀態變化的測量,就可確定它的存在,就像我們對電苛受力情況的測量,就可確定電磁場的存在一樣,那麼,這種沒有質量能量的存在物,就沒有任何神秘之處。
導航波或量子勢是可測量的,沒有隱藏任何東西,但因歷史原因卻被人們稱為隱變數,實在有些不公正。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。
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答:首先這個問題存在歧義,題主說的量子力學是指的不同學派,還是哥本哈根詮釋中的基本原理呢?
要是前者,個人覺得隱變數詮釋,最容易理解,但最不令人信服,因為這個詮釋已經在2015年,被無漏洞貝爾實驗所否定,還有平行宇宙詮釋也挺難讓人接受,兩種解釋的大意是:
隱變數詮釋:量子力學中的不確定,有更深層的機理,一旦我們掌握了這個機理,那麼量子力學的不確定將不在神秘。
平行宇宙詮釋:量子力學中每一次波函式坍塌,都將分裂成不同的宇宙,每種可能性都會成為現實,不同的結果在不同的宇宙中出現。
因為現在說量子力學,一般都是默指哥本哈根詮釋,如果題目問的後者,那麼哥本哈根詮釋中的“波函式坍塌”,最不令人信服,也最難讓人接受。
波函式坍塌:我們對量子不確定性行為的每一次觀測,都將導致波函式的坍塌,其機率結果由薛定諤方程給出。
這個原理最難讓人接受,波函式坍塌把觀測者加入實驗,有點詭異,比如薛定諤的貓就是這樣來的,甚至有點唯心的感覺!