人类总是对自己好奇的东西显得越发兴趣,就像天文学家发现新星,科学家发现世间万物的规律一样兴奋。2011年7月,在奥地利的特劳恩湖边聚集了一群物理学家、哲学家和数学家。
他们参加了一次主题为“量子物理和实在的本质”的会议,在会议的最后,有33个人被邀请对会议讨论主题进行一次投票。其中有一个问题是:“你最喜欢哪一个量子力学诠释?”[1]
值得注意的是,问题中的“喜欢”一词含义深远。或许你会纳闷难道科学不是由实验和观测所决定,而是由个人偏好所定?到目前为止,量子物理的实验在这个问题上保持沉默。
投票的结果。在此之前,Max Tegmark分别于1997年的马里兰大学量子力学会议和2010年在哈佛大学的演讲中也邀请了不同的物理学家对该问题进行投票[2]。(图片来源:M。 Schlosshauer et al。)投票的结果显示,最受欢迎的诠释是由玻尔、海森堡等人在量子理论刚发展起来的时候提出来的。今天我们称之为哥本哈根诠释(Copenhagen Interpretation)。
其它的选项可能大部分你都没听过,比如量子贝叶斯论、玻姆诠释、客观坍缩理论、关系性诠释等等。
当然,也许你也没听过哥本哈根解释。在这些投票中,最值得注意的是排在第三位的多世界诠释(Many Worlds Interpretation)。
你肯定听过这么一个想法:有许多个你,生活在不同的宇宙中,不同版本的你很可能正做着你现在所梦寐以求或不敢做的事情。这听起来如科幻版的画面正是多世界诠释所告诉我们的。
这是多么诱人的想法啊!但你只要稍微严谨一点,就会觉得这根本不可能啊,因为没有人知道如何检验它,这个想法或许都不能称得上是科学的。
用泡利的话说是:“这不只不正确,甚至连错都算不上”。但是,在过去,多世界诠释吸引了越来越多的支持者。为什么?为了理解,我们必须知道为什么在量子力学建立的百年之后物理学家依旧聚在一起为它的真正含义而辩论。
自量子力学发展至今,它有着惊人的成功,通过了目前所有的实验检验。事实上,要找到一个比它更加成功的科学理论是非常艰难的。
它可以以非常高的精确度预测许多现象,从天空的颜色到玻璃的透明度,从酶的运作方式到太阳如何闪闪发亮,都可以由量子力学预测。(即使如此,一些物理学家依旧对量子力学的基本问题感到忧心忡忡。比如诺贝尔得主温伯格在2016年的帕特鲁斯基讲座中就表达了他对量子力学越来越不满意。)
实际的计算其实很复杂,任何比氢原子复杂的系统都需要进行简化和近似。但计算依然可靠,因此大多数物理学家、化学家和工程师在使用量子理论解决实际问题时都不需要去任何会议讨论实在的本质。
而另一方面,我们又不得不面临量子理论所预测的一些奇怪的行为。例如方程中暗示了非常小的实体,比如原子或亚原子粒子,可以同时处于不同的位置。一个电子看起来好像同时会穿过两个孔,并产生干涉,表现的跟波一样。
更重要的是,我们无法同时知道关于一个粒子的所有信息:海森堡的不确定性原理禁止了这一可能性。而且两个粒子可以无视距离的限制相互产生瞬时的影响,明显地违反了爱因斯坦的狭义相对论。
一般情况下,量子科学家都会接受这些看似怪异的现象。因此这些概念也不再那么有争议性。真正产生意见分歧的地方在于,根据量子力学,当我们进行测量时,我们不可避免的会对我们所测量的系统造成影响。这个问题要比你想象的更加的基本。
最常用的量子力学的数学形式是由薛定谔在1920年代所提出的,涉及到了一个叫做波函数的抽象概念。
波函数描述了一个量子物体所有能够被知道的信息。但是它没有告诉我们该物体的性质。而是列举了所有它可能拥有的性质,以及各种可能的相关的概率。
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