量子理論并沒(méi)有回答波函數到底是什么，以及是否可以把它當做真實(shí)存在的波動(dòng)這樣的問(wèn)題。所以，我們觀(guān)察到的隨機性是大自然的內在性質(zhì)還是表面現象這一問(wèn)題也有待解決。對于這個(gè)問(wèn)題，你如何回答？
各位波函數既然符合描述，就應當被看作實(shí)在性理論。即可以把它當做真實(shí)存在的波動(dòng)。不是虛擬的粒子的波動(dòng)！我們所觀(guān)測到的隨機性其實(shí)不是隨機的。繼續來(lái)看下文。
維爾納·海森堡把波函數想象成掩蓋了某種物理實(shí)在的迷霧。如果靠波函數不能精確地找出某個(gè)粒子的位置，實(shí)際上是因為它并不位于任何地方。只有你觀(guān)察粒子時(shí)，它才會(huì )存在于某處。波函數或許本來(lái)散開(kāi)在巨大的空間中，但在進(jìn)行觀(guān)測的那個(gè)瞬間，它在某處突然坍縮成一個(gè)尖峰，于是粒子在此處出現。
當你觀(guān)察一個(gè)粒子時(shí)，它就不再表現出確定性，而是會(huì )“嘣”的一下突然跳到某個(gè)結果，沒(méi)有什么定律可以支配坍縮，沒(méi)有什么方程可以描述坍縮，它就那樣發(fā)生了，僅此而已。
波函數的坍縮是哥本哈根詮釋的核心，這個(gè)詮釋由玻爾和他的研究所所在的城市命名，海森堡也在此處完成了他早期的大部分工作（諷刺的是，玻爾自己從來(lái)沒(méi)有接受波函數坍縮的觀(guān)點(diǎn)）。哥本哈根學(xué)派把觀(guān)察到的隨機性看作量子力學(xué)表面上的性質(zhì)，而無(wú)法做出進(jìn)一步解釋。大多數物理學(xué)家接受這種說(shuō)法。
各位，海森堡的描述，你可以想象嗎？不可以想象！我相信這也是玻爾自己沒(méi)有接受這個(gè)觀(guān)點(diǎn)的原因。
這就是愛(ài)氏反對哥本哈根詮釋的原因，他不是在反對量子力學(xué)。他不喜歡測量會(huì )使得連續演化的物理系統出現跳躍這種想法，這就是他開(kāi)始質(zhì)疑“上帝擲骰子”的背景?！皭?ài)因斯坦在1926年所惋惜的是這一類(lèi)具體的問(wèn)題，而并沒(méi)有形而上地斷言量子力學(xué)必須以決定論為絕對的必要條件，”霍華德說(shuō)，“他尤其沉浸在關(guān)于波函數的坍縮是否導致非連續性的思考中?！?/p>
各位，這就是問(wèn)題的關(guān)鍵部分了。愛(ài)氏的考慮絕對是值得的。但愛(ài)氏關(guān)于觀(guān)測對于物理系統的影響的認識，遠遠沒(méi)有今天的我們深刻。觀(guān)測可以影響結果。如果我們承認事物的聯(lián)系性，就必須承認此點(diǎn)。
愛(ài)因斯坦認為，波函數坍縮不可能是一種真實(shí)的過(guò)程。這要求某個(gè)瞬時(shí)的超距作用——某種神秘的機制——保證波函數的左右兩側都坍縮到同一個(gè)尖峰，甚至在沒(méi)有施加外部作用的情況下。不僅是愛(ài)因斯坦，同時(shí)代的每個(gè)物理學(xué)家都認為這樣的過(guò)程是不可能的，因為這個(gè)過(guò)程將會(huì )超過(guò)光速，顯然違背相對論。
我個(gè)人是贊同這個(gè)觀(guān)點(diǎn)的，以為海森堡的波函數坍縮是不可想象的。而且按照海森堡的思路的話(huà)，我們永遠也別想拿出一個(gè)理論來(lái)認識真實(shí)的世界了。那么人類(lèi)現在的繁榮是什么？現在科學(xué)知識大廈是什么？引力萬(wàn)有難道會(huì )不確定？
所以哥本哈根學(xué)派認為量子力學(xué)是完備的、是永遠不被取代的終極理論，而愛(ài)因斯坦認為這種想法過(guò)于輕浮。他把所有的理論，包括他自己的，都當做是更高級的理論的墊腳石。
愛(ài)因斯坦認為，如果抓住哥本哈根學(xué)派未能解釋的問(wèn)題，就會(huì )發(fā)現量子隨機就像物理學(xué)中其他所有類(lèi)型的隨機一樣，是背后一些更加深刻過(guò)程的結果。愛(ài)因斯坦這樣想：陽(yáng)光中飛舞的微塵暴露了不可見(jiàn)的空氣分子的復雜運動(dòng)，而放射性原子核發(fā)射光子的過(guò)程與此類(lèi)似。那么量子力學(xué)可能也只是一個(gè)粗略的理論，可以解釋大自然基礎構件的總體行為，但分辨率還不足以解釋其中的個(gè)體。一個(gè)更加深刻、更加完備的理論，或許就能完全解釋這種運動(dòng)，而不引入任何神秘的“跳躍”。
根據這種觀(guān)點(diǎn)，波函數是一種集體的描述，就像是說(shuō)，如果重復擲一個(gè)公平的骰子，每一面向上的次數應該是大致相同的。波函數坍縮不是物理過(guò)程，而是知識的獲得。如果擲一個(gè)六面的骰子，結果向上的那面是4，那么1至6發(fā)生的可能性就“坍縮”到了實(shí)際的結果，即4。如果存在一個(gè)神通廣大的魔鬼，有能力追蹤影響骰子的所有微小細節——你的手把骰子丟到桌子上滾動(dòng)的精確方式——它就絕對不會(huì )用“坍縮”來(lái)描繪這個(gè)過(guò)程。
愛(ài)因斯坦的直覺(jué)來(lái)自他早期關(guān)于分子集體效應的工作，1935年愛(ài)因斯坦寫(xiě)信給哲學(xué)家卡爾·波普爾：“你在你的論文中提出不可能從一個(gè)決定論的理論導出統計性的結論，但我認為你是錯的。只要考慮一下經(jīng)典統計力學(xué)（氣體理論，或者布朗運動(dòng)理論）就能知道?！?/p>
愛(ài)因斯坦眼中的概率同哥本哈根詮釋中的一樣客觀(guān)。雖然它們沒(méi)有出現在運動(dòng)的基本定律中，但它們表現了世界的其他特征，因而并不是人類(lèi)無(wú)知的產(chǎn)物。在寫(xiě)給波普爾的信中，愛(ài)因斯坦舉了一個(gè)例子：一個(gè)勻速圓周運動(dòng)的粒子，粒子出現在某段圓弧的概率反映了粒子軌跡的對稱(chēng)性。類(lèi)似地，一個(gè)骰子的某一面朝上的概率是六分之一，這是因為六面是相同的?！八涝诮y計力學(xué)中概率的細節里包含有意義重大的物理，在這方面，他的確比那個(gè)時(shí)代的大多數人都理解得更深?！被羧A德說(shuō)。從統計力學(xué)中獲得的另一個(gè)啟發(fā)是，我們觀(guān)察到的物理量在更深的層次上不一定存在。比如說(shuō)，一團氣體有溫度，而單個(gè)氣體分子卻沒(méi)有。通過(guò)類(lèi)比，愛(ài)因斯坦開(kāi)始相信，一個(gè)“亞量子理論”與量子理論應該有顯著(zhù)的差別。
他在1936年寫(xiě)道：“毫無(wú)疑問(wèn)，量子力學(xué)已經(jīng)抓住了真理的美妙一角……但是，我不相信量子力學(xué)是尋找基本原理的出發(fā)點(diǎn)，正如人們不能從熱力學(xué)（或者統計力學(xué)）出發(fā)去尋找力學(xué)的根基?！睘榱嗣枋瞿莻€(gè)更深的層次，愛(ài)因斯坦試圖尋找一個(gè)統一場(chǎng)理論，在這個(gè)理論中，粒子將從完全不像粒子的結構中導出。簡(jiǎn)而言之，傳統觀(guān)點(diǎn)誤解了愛(ài)因斯坦，他并沒(méi)有否定量子物理的隨機性。他在試圖解釋隨機性，而不是通過(guò)解釋消除隨機性。
各位朋友，讀到這里，你應該有很明確的意識了。就像EPR之爭一樣，這里面的矛盾性是不可消除的。愛(ài)氏說(shuō)：“上帝不擲骰子！”玻爾用愛(ài)氏自己的話(huà)反駁說(shuō)：“你又要來(lái)充當上帝擲不擲骰子的角色！”各位仔細體味這兩句話(huà)。我的問(wèn)題是：“那句話(huà)中的上帝是自然的？”所以我在開(kāi)篇時(shí)候，就說(shuō)了：“上帝不擲骰子，上帝讓人類(lèi)來(lái)擲骰子！”我時(shí)常思考，有人參與理論，人一定要謹慎自己。
雖然貝爾不等式?jīng)]有站在愛(ài)因斯坦這邊，但是他對于隨機性的基本直覺(jué)依然成立：非決定論可以從決定論中導出。量子和亞量子層次——或大自然中其他成對的層次——各自包含有獨特的結構，所以它們也遵從不同的定律。支配某個(gè)層次的定律可以允許真正的隨機性存在，即使下一層次的定律完全是秩序井然的?！皼Q定論的微觀(guān)物理不會(huì )導致決定論的宏觀(guān)物理?！眲虼髮W(xué)的哲學(xué)家杰里米·巴特菲爾德（Jeremy Butterfield）說(shuō)。
雖然更高的層次建立（用術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，就是“隨附”supervene）于低層次上，但它是自己獨立運行的。為了描述骰子，你需要在骰子所在的層次上努力，而當你做這件事的時(shí)候，你只能忽略原子和它們的動(dòng)力學(xué)。如果你從一個(gè)層次跨越到另一個(gè)層次，那么你就出現了“范疇錯誤”，用哥倫比亞大學(xué)哲學(xué)家戴維·Z·艾伯特（David Z.Albert）的話(huà)說(shuō)，就像是在詢(xún)問(wèn)金槍魚(yú)的政治立場(chǎng)一樣?！叭绻心撤N現象可以在多重層次上描述，那么我們在概念上就要非常謹慎，以避免層次上的混淆?！崩固卣f(shuō)。
層次的邏輯反過(guò)來(lái)也管用：非決定論的微觀(guān)物理可以導致決定論的宏觀(guān)物理。組成棒球的原子隨機地運動(dòng)，但棒球的飛行軌跡卻完全可以預測，因為量子隨機被平均掉了。同樣地，氣體中的分子有復雜的運動(dòng)（實(shí)際上是非決定論的），但氣體的溫度和其他的特征可由非常簡(jiǎn)單的定律描述。還有更大膽的推測：一些物理學(xué)家，例如斯坦福大學(xué)的羅伯特·勞克林（Robert Laughlin）提出，低層次是完全無(wú)關(guān)緊要的。無(wú)論基礎組分是什么東西，都能有相同的集體行為。畢竟，像水中分子、星系中恒星和高速公路上的汽車(chē)這些多種多樣的系統，都遵循流體運動(dòng)定律。
當你從層次的角度思考，非決定論標志科學(xué)的終結的顧慮就蕩然無(wú)存。我們周?chē)](méi)有一堵墻，把遵守物理定律的宇宙整體與其他不遵守定律的部分隔開(kāi)。相反地，世界是由決定論和非決定論組成的層狀蛋糕，而人類(lèi)就存在于這個(gè)層狀蛋糕中。即使粒子的所有行為都是已經(jīng)注定的，我們的選擇依然可以完全由我們自己決定，因為支配粒子行為的低層次定律與支配人類(lèi)意識的高層次定律是不同的。這種觀(guān)點(diǎn)化解了決定論與自由意志的困境。
別忘了熱力學(xué)第二定律，它給出一個(gè)宏觀(guān)方向！世界是確定的！
摘自獨立學(xué)者，科普作家靈遁者量子力學(xué)科普書(shū)籍《見(jiàn)微知著(zhù)》
