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量子力学的三种不同解释 精选

已有 6949 次阅读 2018-5-10 08:05 |系统分类:观点评述| 统计力学, 量子力学

      有关量子力学,有句有名的话叫做“你可以学会它,但是不能学懂它”。的确,即使是对于很专业的人员,要想从根本上弄懂量子力学的原理也绝非易事。即使是共同参与奠定量子力学基础的玻尔和爱因斯坦在量子力学的物理解释上也终生未能达成一致。在自然科学史上,同一门科学的不同的奠基人之间对自己参与奠基的这门科学认知差距达到像量子力学这种程度的恐怕前所未有,以后也未必会有。

      目前量子力学的主流解释是以玻尔为代表的哥本哈根学派的解释,其最主要的特点在于:(1) 单个量子力学粒子的行为具有随机性,其概率密度由波函数的模方给定;(2) 在测量过程中量子力学粒子的波函数会自动“塌缩”到某个本征态。这种解释是绝大多数量子力学教材中的标准内容。哥本哈根解释对于量子力学的实际应用起到了方程重要的作用,但是它也面临一些挑战,其中最为著名的是薛定谔的猫态问题:究竟到底存不存在“活猫”和“死猫”的叠加态、这样的状态到底该怎样理解是很多有关量子力学的出版物反复讨论的话题。波函数的塌缩解释还有一个未被广泛讨论的疑问,那就是塌缩之后波函数是如何被“吹涨”的,因为如果塌缩是测量的最终后果,那么经过越来越多的测量之后恐怕就基本上没有多少波函数还处于未曾塌缩的叠加态了。

      与哥本哈根解释不同,以爱因斯坦为代表的一些物理学家则认为量子力学的方程所表达的并非是关于单个微观粒子的力学行为,而是用相似的方法制备出来的非常多的物理系统的统计行为。这种解释认为量子力学中波函数所描写的随机性不是个别粒子的特性,而是统计系综中不同系统的随机差异。更具体地说,在测量过程中并不会发生单个粒子的波函数塌缩这样的事情,测量仅仅是在系综中随机地取出一个样本而已。从这种观点来看,薛定谔猫态是绝对不会出现的,能够出现的必定只是简单的活猫以及死猫状态,这两种状态只能分别出现在系综内的不同系统中而不能出现在同一个系统中,只是在观测者在具体测量之前无法确定在即将发生的测量过程中到底会取到系综中哪一个具体的系统而已。

      还有一种关于量子力学的解释,它一方面承认量子力学中单个粒子的行为具有随机性,另一方面又否认测量会引起波函数塌缩。这种解释来源于最近几年 Leonard Susskind 和 Juan Maldacena 提出的所谓的 ER = EPR 猜想。Susskind 曾经在几篇回顾性文章中明确提出,量子力学中微观粒子的状态总是与其他粒子的状态广泛纠缠的,对单个粒子状态的测量并不会导致波函数的塌缩,而是会使得这种纠缠的范围和程度进一步增加。最后这种解释还在发展中,对于它的前景还需要进一步观察。




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