摘要

相互作用是物质或者世界的基本属性，它发生在任何两个或者多个客体之间。根据我们现有的理解，基本相互作用非常复杂，即使最简单的相互作用，也会涉及高阶，直到无穷阶，越来越复杂的物理过程。基本相互作用都满足狭义相对论的要求，也就是局域性的要求，任何过程都需要时间。但是量子力学中的相互作用被过度简化了，是非相对论的，不需要时间。

如果我们从基本的相互作用出发，去理解量子力学，我们会发现，量子力学并不需要诠释。同时，我们也应该从相互作用的角度去理解量子力学中的测量。考虑了相互作用后的测量不存在理解困难，以及令人烦恼的不连续性和概率。

相互作用将变化的宇宙变成一个波的体系。任何微观事件都会以光速传递其影响，从而让宇宙充满各种频率的波。

任何一个体系都会与环境中的广谱波动相互作用，体系提供的额外限制会找到体系的优势波动模式，也就是本征振动模式。

更进一步，我们会发现，所有的量子效应都是体系与环境相互作用，或者说，对环境测量的结果。包括难以理解的量子纠缠，量子擦除，量子化，等。作为例子，量子纠缠也是一个相互作用过程，只是这一过程在实验准备或者进行过程中悄然发生，忽视了相互作用的相干建立过程，会导致无法理解的“非局域”行为。所有量子纠缠实验中表现出来的非局域性，来自于全局的基本相互作用。它们都是制造了非局域性假象的小魔术。

相互作用的基本性

相互作用是指两个或多个客体之间的影响或关联。从物理上看，任何两个客体之间都存在相互作用。或者说，任何一个客体都与周围其它客体相互作用。相互作用是基本的，无法剥离的，任何客体固有的属性。任何一个客体，一定参与相互作用。它表现在所有的尺度上，是所有变化的根源。

相互作用可以是物理上的，比如力的传递或场的作用；也可以是化学上的，如原子之间的化学键；或生物学上的，例如生物种群相互影响的关系。在各个领域中，相互作用都是系统演化和变化的关键，它能产生复杂的现象和行为。在物理学中，相互作用通常通过基本相互作用力来描述，如引力、电磁力、弱力和强力，即基本相互作用。在社会科学领域，相互作用可以是人们之间的交流、协作或竞争，产生各种各样的社会结构和文化形态。相互作用体现在自然界和人类活动的方方面面。

宇宙万物及其演化，包括天体运行演化，生物界的生态和演化，人类社会的发展，国家与国家的竞争合作，人与人的爱恨情仇，……，所有层面的各种自然，社会，文化现象，如季节，昼夜，月相，国家，政体，法律，贸易，宗教，情感，都是相互作用的结果。

科学对客体的研究，就是对其基本规律，也就是相互作用方式的研究。

相互作用的性质

广泛，无所不在

所有物质，状态，都参与相互作用，本身也都是相互作用的结果。体现在所有的尺度和层面。相互作用是世界万物的基本属性。

引起变化，产生新现象

相互作用除了参与客体运动状态变化以外，还可以产生新的客体，新的现象，新的层次。如核反应（出现新的粒子），生物演化（新的个体，物种），分裂（数量增加）。也会出现所有客体参与才出现的新现象，如全局效应，集体效应，共振，本征态，相变，等等。

两个人，可以产生各种相互关系，爱慕，仇恨，结盟，敌对，……。两个国家，可以贸易，同盟，臣属，战争，……。

即产生涌现(emergence)。

在核反应，化学反应，生命，生态，社会，各层次都有体现。

满足因果律

基本的物理相互作用满足因果律。可能产生现状因果关系的原因很复杂，并且很早以前就发生了。比如人对某些自然现象的先天恐惧，如黑暗，猛兽，高处。但是原因必须发生在结果之前。

基本相互作用

从物理层面来说，所有各种层次的相互作用最后都归结为四种基本的相互作用，即引力，电磁作业，弱作用，和强作用。其中主导日常物理现象的是电磁作用，如物质的状态，物理和化学性质，等。

基本相互作用的复杂与交织

基本物理理论中的基本相互作用，即标准模型中的相互作用，是非常复杂的。除引力外，标准模型认为，任何一个时空点都同时包含所有的基本粒子和基本相互作用成分。在不同能量尺度，不同成分的权重，也就是该点对外表现的物理性质，不一样。具体的计算通过量子电动力学(QED)或者量子色动力学(QCD)实现。即使单独存在的一个基本粒子，也无法剥离它与真空的相互作用，并在对外的性质中体现出来，比如一个电子的电荷大小，和磁距大小。基本相互作用的复杂和交织，导致对任何基本物理系统的计算非常困难。

连续性

在微观尺度，基本相互作用是连续起作用的，可以连续加强，或者减弱，或者振荡，但是不会突然出现，突然消失，或者突变。复杂的，连续的，局域的相互作用可以产生长程或者全局有序的模式，比如本征态，优势模式，或者某一稳定关联模式，如友谊，冷淡等。宇宙空间充满电磁辐射，一个系统会与背景辐射场相互作用，找到系统自身的本征态。

力与相互作用

在经典物理中，更多使用力和势场的概念。

势场描述了物体受到的作用力与其位置的关系。势场的梯度（即势场的空间导数）给出了作用在物体上的力的大小和方向。

举例来说，对于一个标量势场V(x, y, z)而言，物体在该场中受到的力F(x, y, z)与势场之间的关系可以由以下公式描述：

F(x, y, z) = -∇V(x, y, z)

其中∇是梯度算符，它是空间的向量导数运算符。上式表明，力是势场的负梯度。换句话说，标量势场的梯度给出了该场对物体施加的力的大小和方向。

势场是对力场或者客体受力的全局描述。

力和势场的描述是等价的。力是物体在某个具体位置受到势场作用的体现，势场是全部空间中物体受力的情况。

力只引起物体动力学状态的变化，不产生新的东西。也可能不产生动力学状态变化，如内力，表面张力，等。

举例来说，力使一个物体加速减速，或者变形，但是不会变化成别的东西，也不产生新的东西。即使最后在其它尺度产生了一个新的现象，也完全可以在微观上用简单的受力或者动力学描述。比如水分子相互碰撞吸引产生水滴。但是这些动力学变化不能产生光辐射这样现象。也就是产生一个新的东西，即光子。

但是基本相互作用可以产生新东西，包括全局的或者大尺度的模式，比如共振（也就是找到系统的本征态），或者原系统中不存在的基本粒子，比如上面说的光子。

根据基本物理理论，除了引力，所有力的来源是相互作用，也就是其它三种基本相互作用，即强相互作用，弱相互作用，和电磁相互作用。而在日常实验或者生活中，我们说到的力，除了重力和惯性力，基本都来自电磁相互作用，比如摩擦力，空气阻力，压力，拉力，表面张力，等。电磁场的任何变化，都表现为电磁波，也就是光。我们的日常环境，充斥着各种频率的电磁波。

所以可以说：相互作用是基本的，微观的来源，力和势场是更大尺度上的外观表现，并且由于缺少微观细节，是一种近似。

量子力学对相互作用的处理

量子力学中很少使用力的概念，或者虽然有，比如对力，核力，等，但却只是在哈密顿量中体现为势场的一部分。

量子力学虽然不常用到力的概念，但是仍然可以通过相应的算符，计算一个量子的受力<F>。

量子力学的势场概念和经典物理是一样的，也同样是全局的，无论是势函数，还是哈密顿量的表达。它在薛定谔方程中出现，或者另外写成哈密顿量。

上一节已经说到，相互作用更基本，更微观，力和势场的描述只是一种近似。所以在量子力学的基本方程——薛定谔方程——中，基本相互作用已经被近似处理，因而它描述的是微观系统近似的、全局的性质。我们以前还论证过，薛定谔方程是一个抽象的波动方程。系统的性质维象地体现在全局的势函数和边条件中。

如果没有任何约束和外加势场，薛定谔方程的解是所有频率的复平面波。再考虑到波的叠加性，我们可以说，任何波都满足自由空间的薛定谔方程。因为任何波都可以分解为不同频率平面波的叠加。

所有的基本相互作用都满足相对论的要求。但是薛定谔方程是非相对论的。它隐含地假定了相互作用传播速度无穷大。我们以前论证过，这一假定的后果是：波的相干反馈不受时间限制，瞬时完成。优势态(本征态)的建立不需要时间。系统状态变化时，不同优势状态体系的建立也瞬时发生。转换过程无法在相互作用过程中体现，系统从初态瞬时变化到末态。这是哥本哈根测量概念中量子波函数瞬时“坍缩”的来源。即使对于显含时间的哈密顿量，一般的处理也用绝热近似，即每个时刻单独求解理想的、势场和边条件确定的薛定谔方程。

复杂的，局域的相互作用变成了理想的，简单的全局势场，是量子力学对处理相互作用的基本原则。

作为例子，我们介绍一下量子力学研究原子核结构的一些基本方法。

原子核壳模型的量子力学处理方法

原子核由质子和中子构成，统称核子。质子和中子并不是基本粒子，各自都有结构。核子之间互相吸引，有点像液体中的分子。在早期的原子核理论中，就把原子核当成液滴，叫液滴模型。液滴模型能够用来理解原子核质量，结合能，以及裂变等性质。

但是，在质子数和中子数为某些特定数字时，原子核特别稳定。这些数字就叫做原子核的幻数。幻数的存在说明原子核存在结构，跟原子一样。而原子的能级结构能够很好地由薛定谔方程求解中心静电势场解决，至少对氢原子来说是这样。但是原子核并不存在一个核心。核子之间是平等的。原子核应该是一个多体体系。

能够很好解释原子核壳结构的模型是原子核壳模型(Nuclear shell model)。壳模型是一个平均场模型，也是一个独立粒子模型，类似于原子的壳模型。在NSM中，质子与中子是各自独立的一套体系，单独有自己的结构。或者说，在NSM中，中子与质子是没有关系的。当然这与核子与核子之间的相互作用是矛盾的。中子必然与质子存在相互作用，否则就应该存在单独由中子，或者质子组成的原子核，然而并不存在这样的原子核。而且，由两个中子和两个质子构成的四个核子的结构（氦4核，或阿尔法粒子），是非常稳定的。重的相对稳定的原子核，如钍，铀，及其它重元素，衰变的时候经常发生阿尔法衰变，即一次放出一个阿尔法粒子，而不是一个一个地掉出中子或者质子。

核子与核子间的相互作用，叫做核力，非常复杂，存在非线性项，也有多体项(如果有超过两个客体相互作用，除了两两之间的作用外，还有额外多出来的相互作用，不只是两两相互作用的叠加)。通过拟合氘核，以及各种能量的核子散射实验，可以得到核子与核子的势能分布，有Paris势，AV18势等等，每种核子势的表达都有很多项。从微观来看，核子也是有结构的，由不同的夸克组分构成，核力只是夸克，胶子等更基本粒子相互作用的剩余相互作用，并不基本。

但是NSM是独立粒子平均场模型，其图像是，每个核子独立地在一个势场中运动。这样一个过度简化的模型能够给出原子核的幻数，原子核激发谱，原子核的转动性质，等等。但是不能处理原子核衰变之类的问题。

NSM是一个类似原子模型的纯量子力学模型。它的使用范围很广，获得过诺贝尔物理奖。

从核子结构，以及核力的性质等来看，核子显然应该只与它邻近的核子发生强相互作用，至少主要如此，因为强相互作用比电磁相互作用强很多。也就是，核子主要的相互作用应该是局部的，邻域的。但是NSM中，每个核子在一个全局的势场中运动。它们的轨道属性等，由薛定谔方程求解。

原子核壳模型的例子说明，量子力学体系是对复杂物理体系的简化和全局描述。其实原子壳模型也一样。我们可以用量子力学把氢原子计算得很精确，但仅仅下一个复杂一点的原子，即氦原子，我们就很难计算了。

测量

前面已经单独讨论过量子力学的测量，这里只做一点补充：

从场论和相互作用的角度来说，所有的基本物理体系都是复杂的，非线性的，涉及多体相互作用。体系必然自我或者相互作用，导致体系变化到某一状态，如整体能量最低态，本征态(优势态)，等。

微观体系的测量一般意味着，测量装置对客体的影响很大，会形成新的全局优势态。我们测量得到的状态，不一定是没有测量装置影响时的状态。

量子纠缠

如果从相互作用的角度，仔细分析所有的量子纠缠实验，会发现量子纠缠并不难理解。前面也已经有文章做了描述。这里再强调说明几点：

相互作用更基本，是所有物理现象背后的缘由。

相互作用一般都会产生新的优势状态。新的优势态是新体系的自然涌现。

相互作用随时以光速发生。对于微观物理实验，或者满足相互作用充分发挥作用条件的宏观物理实验，测量装置将与系统充分作用，形成新的优势态(本征态)，比如金刚石色心的共振，和光子偏振优势态的建立。

测量装置与系统相互作用过程，可以用场论中虚光子的概念描述，也可以从经典的背景波与体系相互作用来理解。

到目前为止，文献中对贝尔实验的解读，忽视了相互作用的基本性和无所不在性，以及背景电磁波与系统的相互作用无法屏蔽。

之所以说量子纠缠是一个小魔术，是因为新的优势态（相干）在系统设置好的时候，就自然建立了，就像魔术师在表演的时候，偷偷改变了道具的布置，而观众察觉不到。