哥本哈根研究所100歲了 量子世界依舊迷霧重重

來源：科學日報

哥本哈根研究所已有100年的曆史。量子世界依然迷霧彌漫

玻爾創造的"哥本哈根精神"是無法複制的。這是一種在學習中提高，在辯論中完善，在平等的基礎上讨論和密切合作的學術氛圍，是在辯論中促進量子力學的發展，這與玻爾的個性和命題非常一緻。

吳長峰，本報記者

1900年，為了解決黑體輻射問題，德國實體學家普朗克提出了"能量子"模型。愛因斯坦當時21歲，剛從大學畢業。

1905年，愛因斯坦提出了"量子光"假說，該假說通過将"應該是電磁波"的光想象成光粒子，成功地解釋了光電效應。然後，在1913年，玻爾提出了一種量子原子結構，成功地解釋了氫原子的能級結構和光譜，并獲得了當年的諾貝爾獎。

1921年，玻爾拒絕了與盧瑟福合作的邀請，并決定在哥本哈根大學建立理論實體研究所，繼續他的量子力學研究。研究所一成立，玻爾的個性很快就變得像磁性一樣，吸引了一大批傑出的年輕實體學家，如海森堡、保利、博恩、狄拉克等量子力學，均來自研究所，形成了舉世聞名的"哥本哈根學派"。除了玻爾之外，該研究所還産生了九位諾貝爾實體學獎獲得者，這是一個前所未有的數字。100年後的今天，哥本哈根仍然是實體學家的"聖地禮拜場所"。

"上帝擲骰子嗎？"

哥本哈根學派開始從哲學的角度思考量子。光和電子有時像波，有時像粒子，這是什麼意思？它的起源是什麼？為什麼我們一次隻能看到波或粒子的"側面"？最終，量子力學的"哥本哈根诠釋"浮出水面：

量子系統的量子态完全可以用波函數來表示。波函數表示觀察者所知道的關于量子系統的所有資訊，這些資訊被描述為機率。

在量子系統中，粒子的位置和動量不能同時确定。

物質具有波粒子二分法，一個實驗可以顯示粒子的行為或物質的波動行為。但您不能同時顯示這兩種行為。

測量儀器是一種經典的儀器，隻能測量經典的屬性，如位置、動量等。

大規模宏系統的量子實體行為應該類似于經典行為。

哥本哈根學派對量子力學的"機率解釋"的核心思想是"測量坍縮"。一個量子尺度的物體，其目前狀态實際上是幾種可能狀态的"機率疊加";在它被測量之前，我們沒有辦法預測一個物體的真實狀态，這是一個真正的正随機性;一旦開始測量，物體就會"坍縮"到一種可能的狀态，就好像它一直是那個狀态一樣。

雖然"機率解釋"類似于"骰子實驗"，但量子力學更純粹。骰子的随機性其實是僞随機的，"千裡中高手"可以完全控制擲骰子的結果。但哥本哈根學派認為，回歸微觀量子世界，以及事實的荒謬性，都可能出現在量子世界中。

于是，科學史上著名的辯論開始了。以愛因斯坦為首的經典派對，對哥本哈根學派發動了猛烈的攻擊，每次針鋒相對時，都會閃耀出智慧甚至藝術的火花。

愛因斯坦：上帝不會擲骰子！

玻爾： 請不要告訴上帝該怎麼做！

這種經典的對話是辯論開始時和随後辯論的核心。

與愛因斯坦一樣，薛定谔舉了一個他認為"荒謬"的例子來反駁"機率解釋"的學說：将一隻貓放在一個由放射性元素驅動的毒物釋放系統的盒子裡，在打開盒子觀察之前，把貓置于"活"和"中毒"狀态。

值得一提的是，薛定谔當然不認為自己提出的反駁哥本哈根學說的實驗，認為它的荒謬性和現實性，被很多人誤認為是對經典論證的"機率解釋"。

人們普遍認為，一個人在科學上沒有取得任何成就，未來肯定會有另一個人成功。但玻爾創造的"哥本哈根精神"是無法複制的。這是一種在學習中提高，在辯論中完善，在平等的基礎上讨論和密切合作的學術氛圍，是在辯論中促進量子力學的發展，這與玻爾的個性和命題非常一緻。

現在，自那個世紀的争論以來已經過去了很多年，實體學中最廣泛接受的"機率解釋"理論仍然面臨許多争議。

雖然玻爾和愛因斯坦一生都在争吵，但他們對他們的友誼沒有任何影響。無論誰離開，這個量子星系都會變得沉悶。

"沒有人真正了解量子力學。

維爾納·海森堡（Werner Heisenberg）在他1958年出版的《實體學與哲學：現代科學的革命》（Physics and Philosophy： The Revolution in Modern Science）一書中，講述了在與尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）通宵交談後，他如何不停地對自己說："大自然真的有可能變得如此荒謬嗎？""因為量子世界看起來如此不合時宜，如此違反直覺，理查德·費曼（Richard Feynman）說了一句名言："沒有人真正了解量子力學。"

雖然量子力學已經一次又一次地證明了它的預測能力，但它并沒有削弱這樣一個事實，即除了哥本哈根解釋之外，科學界對量子理論還有許多解釋。

多世界解釋認為波函數在實體上是真實的，薛定谔方程正是對現實的描述。當您同時測量位于不同位置的疊加粒子時，被測粒子實際上出現在所有這些位置的不同版本的現實中。換句話說，這意味著你身處的兩個「現實」被分叉成兩個不同的分支。這聽起來像是如果你在這個現實中做了壞事

決定，别擔心，也許在另一個現實中，你仍然可以得到一個完美的結果。多世界诠釋也經常借用流行文化。多世界解釋提出了威尼的問題。

為了解決多世界解釋的機率問題，一些科學家發展了宇宙學解釋。這種解釋認為，如果有無限的宇宙，那麼很多世界的解釋一定是正确的，因為有無限的"你"在被實驗，現實會根據機率比分裂。這樣，經典機率仍然有意義。

其他科學家也對"隐藏變量"進行了推測：也許粒子的本質有一些"秘密"變量，這些變量實際上是一個确定的狀态，但直到我們測量它們，我們才知道。

在隐變量理論的基礎上，科學家們提出了非域隐變量理論，即對Debroy-Bohm的解釋。這種解釋假設粒子是真實的，在看不見的導數波的指導下移動。

此外，還有量子貝葉斯主義、量子達爾文主義、交易解釋、關系解釋等等，許多實體學家提出了不同的想法和觀點。但是以，一些科學家認為，這麼多不同解釋的出現意味着量子力學中仍有一些非常基本和基本的部分等待被發現。

"多重世界"和"多重曆史"

以上對量子力學的各種解釋被提出，核心思想基本上來自簡單邏輯的多世界解釋，深遠的實體意義，但非常違反直覺的圖像。多世界理論表達的是"一波函數，多世界"，它發展的各種解釋大多是基于自我談判的曆史，談論"一個世界，多個曆史"，但它們各自的重點和重點不同。

由于口譯不當和口碑傳播，許多世界口譯長期以來一直被污名化。特别是，很多人覺得哥本哈根诠釋是正确和自然的，多世界诠釋被認為是形而上學的，甚至是僞科學。

正是因為量子力學的哥本哈根诠釋強調了依賴經典世界的必要性，才在邏輯上是無關緊要的。從哲學上講，哥本哈根版的量子力學是二進制論，理想的完美理論應該是一進制論：一切都來自量子，經典隻是量子系統宏觀極限下的"導數"現象。

無論如何，通過将不可觀察的屬性引入實體學，實體學就變成了形而上學。必須找到可以測量和驗證的波函數的解釋，并且觀測不會導緻波函數坍縮。

量子力學在許多領域改變了世界。從最初的半導體到今天的技術社會，再到可能在不久的将來成為現實的量子計算機。如果我們不完全了解它并不重要，因為實體學家自己也不完全了解它。我們所能做的就是聽從費曼的建議，"放松享受"，然後期待"新實體學"的誕生，開啟探索世界宇宙的新篇章。