量子力学的多世界解释(2)

量子力学的多世界解释

不同于19世纪以前的经典物理和后来的相对论对自身理论的完美阐述，量子力学在自身的完备性上总是存在种种缺陷，这使得相当一部分的科学家对量子力学提出了质疑，同时他们认为量子力学在哲学解释上也不尽如人意。于是，针对这些量子力学中存在的疑惑，物理界展开了史无前例的大论战。

1928年玻尔首次提出了互补性观点，试图回答当时关于物理学研究和一些哲学问题。其基本思想是，任何事物都有许多不同的侧面，对于同一研究对象，一方面承认了它的一些侧面就不得不放弃其另一些侧面，在这种意义上它们是“互斥”的；另一方面，那些另一些侧面却又不可完全废除的，因为在适当的条件下，人们还必须用到它们，在这种意义上说二者又是“互补”的。由互补性观点所衍生来的互补哲学和海森堡所创立的“测不准原理”成为哥本哈根解释的两大支柱理论。

尽管玻尔对他的思想所作的细致的阐述，取得了各种进展，也受到了许许多多有影响的学者们的拥护但是仍然有不少物理学家对量子理论的哥本哈根解释持反对态度。

在哥本哈根解释的反对者行列中，为首的是爱因斯坦。不同于德布罗意和薛定谔这些物理学家试图发展一种更为吸引人的看法，以代替哥本哈根解释的行为，爱因斯坦干脆摒弃了量子理论的基本哲学思想，根本不想提出和建立任何确切反对哥本哈根解释的理论体系。

1935年美国《物理评论》的第47、48期上分别发表了两篇题目相同的论文：“物理实在的量子力学描述能否认为是完备的？”在47期上署名的是：爱因斯坦、波多尔斯基和罗森，在48期上署名的是玻尔。 EPR是前三位物理学家姓的头一个字母。EPR悖论是这三位物理学家为论证量子力学的不完备性而提出的一个悖论，又称EPR论证或EPR佯谬（图一）。EPR佯谬涉及到如何理解微观物理实在的问题。

A,B?1??x?n?x?A??Z?B?Z?A? （2.4） ???2?爱因斯坦等认为，如果一个物理理论对物理实在的描述是完备的，那么物理实在的每个要素都必须在其中有它的对应量，即完备性判据。当我们不对体系进行任何干扰，却能确定地预言某个物理量的值时，必定存在着一个物理实在的要素对应于这个物理量，即实在性判据。他们认为，量

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子力学不满足于这些判据，所以是不完备的。爱因斯坦等人认为，量子力学蕴涵着EPR悖论，所以不能认为它提供了对物理实在的完备描述[4]。

面对爱因斯坦等人的反驳，玻尔对EPR实在性判据中关于“不对体系进行任何干扰”的说法提出了异议，认为“测量程序对于问题中的物理量赖以确定的条件有着根本的影响，必须把这些条件看成是可以明确应用‘物理实在’这个词的任何现象中的一个固有要素，所以EPR实验的结论就显得不正确了”。玻尔以测量仪器与客体实在的不可分性为理由，否定了EPR论证的前提———物理实在的认识论判据，从而否定了EPR实验的悖论性质[5]。

2.2.2薛定谔猫

同样在1935年，薛定谔发表了一篇题为《量子力学现状》的论文，在论文的第５节，薛定谔描述了那个常被视为恶梦的猫实验（如图2）：根据哥本哈根反对EPR一派的学说，没有测量之前，一个粒子的状态模糊不清，处于各种可能性的混合叠加。比如一个放射性原子，它何时衰变是完全概率性的。只要没有观察，它便处于衰变／不衰变的叠加状态中，只有确实地测量了，它才会随机的选择一种状态而出现。那么让我们把这个原子放在一个不透明的箱子中让它保持这种叠加状态。现在薛定谔想象了一种结构巧妙的精密装置，每当原子衰变而放出一个中子，它就激发一连串连锁反应，最终结果是打破箱子里的一个毒气瓶，而同时在箱子里的还有一只可怜的猫。事情很明显：如果原子衰变了，那么毒气瓶就被打破，猫就被毒死。要是原子没有衰变，那么猫就好好地活着。

图2 薛定谔猫实验

当这只猫和原子都被锁在箱子里时，因为尚未观察，所以猫的死活完全取决于原子的状态，而原子状态的不稳定也导致了猫的状态的不稳定[6]。

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但我们怎样才能知道这只猫的死活呢？玻尔说，当我们观察这只猫的瞬间，坍缩发生了，于是我们得到了一只也只能是一只特定的死的或者是活着的猫。

同样由哥本哈根一派我们会得到这样一个现象：在我们没有观察之前，月球以微观粒子的形式分布于天空之中，而在我们观察的瞬间，粒子发生了“坍缩”，于是我们得到了一个挂在天上的月亮。

然而从哲学角度上来说，这更加是无法理解的，因为物质总是客观存在的，不管我们看还是不看，箱子中总是存在着一只猫，无论它是死是活；天上也总是会挂着一个月亮，不管它是圆是方。但遗憾的是，玻尔的解释却和普遍的哲学解释背道而驰，在我们没有观察之前，那个月亮就会以粒子的状态像星星一样散布于天上，就是处于一种叠加态，只有在我们抬头的瞬间它才会重新聚集起来。

而那只猫就更可怜了，尚未观察之前这只猫肯定是处于一种既死又活而又不死不活的令人哭笑不得的状态。

哥本哈根解释在很长的一段时间成了“正统的”、“标准的”诠释。但那只不死不活的猫却总是像恶梦一样让物理学家们不得安宁[7]。

从1953年玻姆提出隐参量的概念到1965年贝尔建立贝尔不等式，越来越多的科学家参与到这场世纪论争中，但直到1955年爱因斯坦去世，这场争论也没有分出胜负，但量子力学却也在遵循着玻尔解释的轨迹下取得了巨大的成就。

值得一提的是爱因斯坦并没拒绝接受量子力学，只是认为它不完备。主要是它明显的缺乏因果性，以及与宏观物理学原理的不相容。爱因斯坦认为宇宙都是该被完美的物理理论所描绘出的，而量子理论出现了不可预测性，这让他困惑终生。爱因斯坦认为，量子力学只不过是对原子及亚原子粒子行为的一个合理的描述，是一种唯象理论，它本身不是终极真理。他说过一句名言：“上帝是不会掷色子的。”

2.3 争论的焦点

量子力学自建立到如今已有近百年，在这百年的时间里它极大地推动了社会的发展，但量子力学作为一个完整的体系在其自身的自洽性上始终为人所诟病，而哥本哈根解释作为量子力学的主流解释也在其思想核心方面招致了爱因斯

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坦等人的强烈反对。爱因斯坦作为量子力学的创立者先驱，到最后却义无反顾的举起了反对的大旗，归根结底是在于哥本哈根学派对量子力学中测量问题的解释还存在问题，而这个无法解释的问题也便成为了哥本哈根解释的致命弱点。 当科学家们在测量问题面前再也无法逃避时，一系列由测量所衍化开来的理论便诞生了，多世界理论便是其中之一。

第三章 量子力学的多世界解释

3.1 量子力学多世界解释的描述

3.1.1 多世界解释的提出

1957年，一位来自美国普林斯顿大学的年轻物理学家发表了一篇论文，论文针对众多量子力学解释的争论提出了自己的关于量子力学的新的理论。

这就是艾弗雷特的量子力学的多世界解释。

艾弗雷特假设，所有孤立系统的演化都遵循薛定谔方程，波函数坍缩从不发生。但是，如果波函数不发生坍缩，为什么我们对具有不确定性（即处于叠加态）的量子系统的测量只能得到一个确定的结果呢？艾弗雷特意识到，另一个可能的出路在于：作为相互作用的结果，测量仪器与被测系统的状态之间发生关联，从而测量仪器的状态不再能够被独立地定义，而只能相对于被测系统的状态来定义，艾弗雷 …… 此处隐藏：3072字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……