科技日報記者 吳長鋒

1900年，為(wei) 了解決(jue) 黑體(ti) 輻射疑難，德國物理學家普朗克提出了“能量子”模型。彼時，愛因斯坦21歲，剛從(cong) 大學畢業(ye) ；玻爾才剛15歲，可能還在中學學習(xi) 。

1905年，愛因斯坦提出“光量子”假說，通過把“本應該是一種電磁波”的光想象成一個(ge) 個(ge) 光微粒，成功解釋了光電效應。緊隨其後，玻爾在1913年提出了量子化的原子結構，成功解釋了氫原子的能級結構和光譜，獲得了當年的諾貝爾獎。

1921年，玻爾拒絕了恩師盧瑟福的工作邀請，決(jue) 定創建哥本哈根大學理論物理研究所，繼續深入研究量子力學。研究所一成立，玻爾的人格魅力很快就像磁場一樣，吸引了一大批傑出的青年物理學家，海森堡、泡利、玻恩、狄拉克等量子力學大咖都出自這個(ge) 研究所，形成了舉(ju) 世聞名的“哥本哈根學派”。除了玻爾外，這個(ge) 研究所出了9位諾貝爾物理學獎獲得者，盛況空前。到現在，100年過去，哥本哈根仍是物理學家的“朝拜聖地”。

“上帝擲骰子嗎？”

哥本哈根學派在創立之初就開始從(cong) 哲學層麵思考量子問題。光和電子時而像波，時而像粒子的“波粒二象性”到底意味著什麽(me) ？其本源是什麽(me) ？為(wei) 什麽(me) 我們(men) 每次隻能看到它是波或者是粒子的“一麵”？最終，量子力學的“哥本哈根詮釋”浮出水麵：

——一個(ge) 量子係統的量子態可以用波函數來完全地表述。波函數代表一個(ge) 觀察者對於(yu) 量子係統所知道的全部信息，量子係統的描述是概率性的。

——在量子係統裏，一個(ge) 粒子的位置和動量無法同時被確定。

——物質具有波粒二象性，一個(ge) 實驗可以展示出物質的粒子行為(wei) 或波動行為(wei) 。但不能同時展示出兩(liang) 種行為(wei) 。

——測量儀(yi) 器是經典儀(yi) 器，隻能測量經典性質，如位置、動量等。

——大尺度宏觀係統的量子物理行為(wei) 應該近似於(yu) 經典行為(wei) 。

哥本哈根學派對量子力學的“概率詮釋”，其核心觀點還有“測量塌縮”。一個(ge) 量子尺度的物體(ti) ，它當前的狀態其實是幾種可能狀態的“概率疊加”；在未被測量之前，我們(men) 完全無法預測物體(ti) 真正的狀態，這是一種真真正正的隨機性；一旦啟動了測量，物體(ti) 就會(hui) “塌縮”成一種可能狀態，仿佛它一直就是那種狀態一樣。

雖然“概率詮釋”類似於(yu) “骰子實驗”，但量子力學更純粹。骰子的隨機性其實是偽(wei) 隨機，“出千高手”完全可以掌控擲骰子的結果。但哥本哈根學派認為(wei) ，回到微觀的量子世界，再荒謬至極的事實，都可能在量子世界中出現。

於(yu) 是，科學史上那段著名的論戰拉開了序幕。以愛因斯坦為(wei) 首的經典派對哥本哈根學派發起了猛烈的攻擊，每次針鋒相對都閃耀著智慧甚至是藝術的火花。

愛因斯坦：上帝不擲骰子！

玻爾：請不要告訴上帝應該怎麽(me) 做！

這段經典的對話，便是這場論戰的開端與(yu) 往後爭(zheng) 論的核心。

與(yu) 愛因斯坦同一陣線的薛定諤，更是為(wei) 了反駁“概率詮釋”學說而舉(ju) 了一個(ge) 他本人認為(wei) “荒誕至極”的例子：把一隻貓和一套通過放射性元素驅動的毒藥釋放係統一起放在盒子裏，在打開盒子觀察前，貓同時處於(yu) “活著”和“被毒死了”雙重狀態的疊加態中，這便是鼎鼎大名的“薛定諤的貓”。

值得一提的是，薛定諤肯定沒有想到，自己提出的這個(ge) 用來反駁哥本哈根學說，認為(wei) 其荒謬、與(yu) 現實格格不入的實驗，被不少人誤認為(wei) 是“概率詮釋”的一個(ge) 經典論點。

一般認為(wei) ，在科學上一個(ge) 人沒取得的成就，在未來肯定會(hui) 有另一個(ge) 人代替他成功。但是玻爾創造的“哥本哈根精神”卻是無法複製的。這是一種在切磋中提高，在爭(zheng) 論中完善，平等無拘束地討論和緊密合作的學術氣氛，就是要在辯論中，推動量子力學的發展，這非常符合玻爾的個(ge) 性與(yu) 主張。

如今，距離那場世紀論戰已經過去了許多年，物理學界中最受普遍認可的哥本哈根學派“概率詮釋”學說也依然麵對許多爭(zheng) 議。

盡管玻爾與(yu) 愛因斯坦終生都在爭(zheng) 辯，卻絲(si) 毫不影響兩(liang) 人的友誼。無論誰離開了誰，這條量子銀河都會(hui) 變得黯淡無光。

“沒有人真正理解量子力學”

在1958年出版的《物理學與(yu) 哲學：現代科學中的革命》一書(shu) 中，維爾納·海森堡講述了在與(yu) 尼爾斯·玻爾進行那些徹夜長談後，他是如何不斷地對自己說：“自然真的有可能如此荒謬嗎？”因為(wei) 量子世界看起來是如此的不合常理，以及如此的有違直覺，以至於(yu) 理查德·費曼說出了關(guan) 於(yu) 那句著名的話：“沒有人真正理解量子力學。”

盡管量子力學已經一次又一次地證明了它的預測能力，但這並不能削弱這樣一個(ge) 事實：除了哥本哈根詮釋外，科學界還有對量子理論的諸多詮釋。

多世界詮釋認為(wei) 波函數是物理上真實的，薛定諤方程恰恰就是一種對現實的描述。當你對同時處於(yu) 不同位置的疊加的粒子進行測量時，被測量的粒子事實上在不同版本的現實中在所有那些位置出現。換句話說，這就意味著，你所處的兩(liang) 個(ge) “現實”分叉成了兩(liang) 個(ge) 不同的分支。這聽起來像是，如果你在這個(ge) 現實裏做了什麽(me) 糟糕的決(jue) 定，別擔心，也許在另一個(ge) 現實中，你仍然可以獲得一個(ge) 完美的結果。多世界詮釋也是經常被流行文化借用的一種。多世界詮釋帶來了一個(ge) 問題——它讓概率失去了意義(yi) 。

為(wei) 了解決(jue) 多世界詮釋在概率上的問題，一些科學家發展出了宇宙學詮釋。這種詮釋認為(wei) ，如果有無窮個(ge) 宇宙，那麽(me) 多世界詮釋一定成立，因為(wei) 有無窮個(ge) “你”正在進行實驗，而現實將會(hui) 按照概率的比例進行分裂。這樣一來，經典概率就仍然存在意義(yi) 。

還有科學家提出“隱變量”的猜想：也許粒子的性質具有一些“秘密”的變量，它其實是一種確定的狀態，隻是我們(men) 不知道而已，而直到我們(men) 測量才會(hui) 發現。

科學家在隱變量理論的基礎上提出了“非定域隱變量理論”，也就是德布羅意—玻姆詮釋。這種詮釋認為(wei) 粒子是真實存在的，它們(men) 在我們(men) 看不見的導波的引導下運動。

此外，還有量子貝葉斯主義(yi) 、量子達爾文主義(yi) 、交易詮釋、關(guan) 係性詮釋等，許多物理學家提出了不同的想法和觀點。但也有一些科學家因此相信，這麽(me) 多種不同詮釋的出現，恰恰意味著，量子力學中還有一些非常基礎和根本的部分等待著被發掘。

“多個(ge) 世界”與(yu) “多個(ge) 曆史”

人們(men) 提出了上述各種各樣量子力學詮釋，其核心思想本質上來自於(yu) 邏輯簡練、物理寓意深遠、但圖像十分反直覺的多世界詮釋。多世界理論表達的是“一個(ge) 波函數，多個(ge) 世界”，而由它發展出來的各類詮釋，大都基於(yu) 自洽曆史，講的是“一個(ge) 世界，多個(ge) 曆史”，隻不過各自的著眼點與(yu) 側(ce) 重點不同。

由於(yu) 不當解釋和以訛傳(chuan) 訛，多世界詮釋被汙名化了許久。特別是目前不少人覺得哥本哈根詮釋的正確是天經地義(yi) 的，而多世界詮釋則被認為(wei) 是形而上學，甚至是偽(wei) 科學。

正是由於(yu) 量子力學的哥本哈根詮釋強調必須借助經典世界，從(cong) 邏輯上講是不自洽的。從(cong) 哲學角度講，量子力學的哥本哈根版本是一種二元論，而一個(ge) 理想的完美的理論應該是一元論：一切源於(yu) 量子，經典隻是量子體(ti) 係宏觀極限下的“衍生”現象。

無論如何，把不可觀測的特性引入到物理學中，物理學就變成了玄學。當務之急是給波函數找到一個(ge) 可以測量驗證的、觀測不會(hui) 導致波函數坍縮的解釋。

量子力學在多個(ge) 領域為(wei) 世界帶來變化。從(cong) 第一個(ge) 晶體(ti) 管到今天的科技社會(hui) ，再到或許在不久的將來就能成為(wei) 現實的量子計算機。我們(men) 不能完全理解它並不要緊，因為(wei) 物理學家自己也不能完全理解它。我們(men) 能做的就是聽從(cong) 費曼的建議，“放鬆心情，盡情享受”，然後期待“新物理學”的誕生，為(wei) 探求世界宇宙開啟新的篇章。


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