量子物理的巅峰对决( 四 ) _小知识

凡此种种不满意之处，让一些物理学家更青睐另一种看法：波函数并不是一种真实存在的东西，它仅仅是像股票曲线对于股票一样的数学工具，用以反映特定结果发生的概率。这样可以消除量子力学的悖论。为了理解这一点，让我们来看一个例子：薛定谔的猫。
薛定谔也是量子力学的奠基人之一。他提出的这个著名思想实验，组成部件包括：钢箱、猫、放射性元素、粒子探测器、锤子和一瓶氰化物。猫被置于钢箱内，盖子关严，没有人能看到里面发生了什么。因为衰变是一种随机行为，在任意时刻，放射性元素可能衰变，也可能不衰变。如果它衰变，就发射出高能粒子。探测器检测到粒子后，会启动开关，让锤子砸下，打碎小瓶。瓶里的有毒气体将把猫杀死。如果放射性元素没有衰变，猫就会活下去。
如果按标准解释，放射性粒子在未测量时，同时处于既衰变又未衰变的叠加态；只有在测量时，它才会变身为某个确定的状态—要么衰变了，要么未衰变。那么，这对猫意味着什么呢？难道说，在人们打开箱子之前，猫处于既死又活的状态？
薛定谔通过这个思想实验狠狠嘲笑了玻尔等人的观点。他认为，要消除这个悖谬，唯一的办法是，承认波函数不可能是一种真实的存在，它仅仅是用于描述不同事件发生概率的一个数学工具。放射性粒子要么衰变了，要么未衰变，不可能同时既衰变又未衰变；猫也一样，要么活着，要么死了，不可能同时既是活的又是死的。猫的状态在人们打开盖子观察之前就决定了。当盖子打开时，唯一发生变化的是我们关于猫的命运的认识。
的确，薛定谔的解释很有说服力。但问题又来了：前面那个双缝干涉实验中，如果波函数并非真实存在，那些明暗相间的干涉条纹该如何解释呢？

“冲浪”的粒子理论
对于薛定谔等人否认波函数真实存在的主张，不仅玻尔不认同，爱因斯坦也不能接受。在承认“波函数是一种真实的存在”这一点上，爱因斯坦跟玻尔倒是一致的。
但除此之外，爱因斯坦和玻尔就没有共同语言了。他不仅反对玻尔的“观察决定结果”的观点，也反对“叠加态”的观点。针对“叠加态” ，他说过一句很有名的话：“上帝不会掷骰子” 。玻尔的回答是：“爱因斯坦，别去指挥上帝应该怎么做!”几十年后，霍金的说法是：“上帝不但掷骰子，他还把骰子掷到我们看不见的地方去！”
爱因斯坦至死都相信，宇宙中没有什么是不确定的，而量子力学声称的不确定，只表明它本身是有缺陷的，它在描述“实在”时，肯定还缺了点什么；假如有一天建立起一个更全面的关于“实在”的理论，量子世界里那些捉摸不定的性质，就能得到满意的解释。
延续爱因斯坦的这一思路，历史上一些人做了有益的探索。 1927年，法国物理学家路易斯·德布罗意提出一种叫“导航波”的解释。他说，波和粒子同样是真实的，每个粒子就像冲浪的人一样， “骑”在自己的波上，波的传播引导着粒子的运动。但粒子和波的运动，都严格遵照经典物理学的规律。
为了理解这一理论，我们先来看一个实验：用一个培养皿盛上一小碟硅油，然后用牙签滴入一粒小水滴。由于水不溶于硅油，当水滴落到硅油表面时，就产生一种波。波传播到培养皿的四壁，又被反射回来。这样来回反射，反射波彼此叠加，在培养皿中形成稳定的波动。在下一次弹跳时，水滴与波相互作用，譬如说水滴刚好落在波峰的右侧，那么它就会被波往右方推。只要水滴的弹跳与波的振动保持协调，让它始终落在涌起的波峰右侧，那么水滴就会被波一直推着往右方运动。水滴产生波，波又引导水滴的运动，这就是一个导航波的例子。

量子物理的巅峰对决( 四 )

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