量子力學(xué)的本質(zhì)目前還無(wú)法回答！難道概率就是現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)嗎？

量子力學(xué)可以說(shuō)是人類有史以來(lái)最成功的理論，繼而引發(fā)了電子革命，盡管量子力學(xué)在應(yīng)用上已經(jīng)取得了巨大的成就，但是量子力學(xué)的本質(zhì)依舊存在爭(zhēng)議，這主要由于我們還無(wú)法認(rèn)清波函數(shù)的本質(zhì)，而波函數(shù)又引申出現(xiàn)實(shí)世界真實(shí)性的爭(zhēng)論。

所以了解波函數(shù)的本質(zhì)，對(duì)幫助我們了解現(xiàn)實(shí)的本質(zhì)至關(guān)重要！

現(xiàn)實(shí)世界并不只是我們看得見(jiàn)摸得著的宏觀物質(zhì)。如果我們將這些宏觀物質(zhì)的尺度縮小到原子之下，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這時(shí)候的世界就開(kāi)始變得模糊。由于微觀粒子沒(méi)有明確的形狀，界限以及位置，它們更像是波，所以微觀世界很難看得“清楚”。

在標(biāo)準(zhǔn)模型，我們已經(jīng)找到了61種基本粒子，以目前的理論來(lái)看，構(gòu)成物質(zhì)的像素點(diǎn)至少是基于這61種基本粒子而來(lái)的（包括反物質(zhì)），基本粒子是一種不可再分的粒子，也就是說(shuō)沒(méi)有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以也被稱為量子，或者嚴(yán)格一點(diǎn)說(shuō)，基本粒子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)暫時(shí)不知。

我們常常將基本粒子理解成點(diǎn)狀形態(tài)，事實(shí)上，基本粒子就沒(méi)有明確的形狀，按照 德布羅意 物質(zhì)波的說(shuō)法，所有物質(zhì)都具有波動(dòng)性，越接近基本粒子的物質(zhì)，其波動(dòng)性越顯著，而基本粒子的波動(dòng)性已經(jīng)達(dá)到極致，它們?cè)诳臻g表現(xiàn)上更像是波。

正是由于基本粒子都是波，所以在描述基本粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)就特別麻煩，它們既沒(méi)有明確的位置也沒(méi)有明確的動(dòng)量。所以無(wú)法用類似宏觀世界的力學(xué)知識(shí)解釋這種運(yùn)動(dòng)。

直到薛定諤，才搞出來(lái)了一個(gè)方程用于描述這種波動(dòng)性。這就是薛定諤方程。

薛定諤方程的聰明之處就在于，它拋棄了描述物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的傳統(tǒng)思維。既然你基本粒子沒(méi)有明確的位置和形狀，那好，我繞過(guò)這一點(diǎn)。基本粒子即便是波，也總有動(dòng)能和勢(shì)能。所以你的動(dòng)能加上勢(shì)能就是你的總能量。而基本粒子的動(dòng)能和勢(shì)能又隨著波的變化的改變，所以就需要在動(dòng)能和勢(shì)能中引入波動(dòng)變化的波函數(shù)。

粒子的波函數(shù)用希臘字符ψ表示，波函數(shù)具有一定的值，而這個(gè)值取決于粒子所處的狀態(tài)。

如果我們能知道一個(gè)粒子的波函數(shù)，那么根據(jù)薛定諤方程，我們就能得知在某一位置找到這個(gè)粒子的可能性，和粒子運(yùn)動(dòng)的快慢，以及能量。

至于基本粒子到底是如何運(yùn)動(dòng)的，就要?dú)w結(jié)于它的波函數(shù)，但波函數(shù)到底是什么，目前還具有比較大的爭(zhēng)議。

很多人一聽(tīng)到波函數(shù)，就首先會(huì)聯(lián)想到水波，空氣波這樣的機(jī)械波。可機(jī)械波的本質(zhì)只是分子之間的電磁作用，比如水分子依靠電磁作用將力傳導(dǎo)給另一個(gè)水分子，在宏觀層面來(lái)看，這種力的傳導(dǎo)就會(huì)呈現(xiàn)出一種波形。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，機(jī)械波并不客觀存在的實(shí)體，它們只是電磁作用的一種表現(xiàn)形式。

與機(jī)械波不同的是，微觀粒子呈現(xiàn)的波卻實(shí)實(shí)在在代表的是客觀實(shí)在，由于微觀粒子本質(zhì)上就是波，所以從某種程度來(lái)說(shuō)，粒子的波函數(shù)就是粒子的客觀實(shí)在。

對(duì)于粒子的波函數(shù)來(lái)說(shuō)，它也具有振幅。和機(jī)械波不同的是，粒子的波函數(shù)振幅往往是復(fù)數(shù)，這就意味著，振幅存在虛數(shù)項(xiàng)。

之所以波函數(shù)存在虛數(shù)項(xiàng)，主要取決于相位和量子疊加。你可以簡(jiǎn)單理解成由于粒子可以同時(shí)處于多個(gè)位置（量子態(tài)），所以振幅也就可以出現(xiàn)虛數(shù)值。

其實(shí)這個(gè)虛數(shù)項(xiàng)在波函數(shù)中并沒(méi)有什么實(shí)質(zhì)上的物理意義，但是虛數(shù)項(xiàng)的平方會(huì)得到一個(gè)實(shí)數(shù)，而這個(gè)實(shí)數(shù)卻是可以測(cè)量到的真實(shí)值。

一開(kāi)始，薛定諤認(rèn)為，這種波函數(shù)模的平方代表的是粒子在空間上的密度，而粒子并不是明確的實(shí)體，就像云一樣，在不同的地方密度會(huì)不同，密度大的時(shí)候，就表現(xiàn)的像個(gè)粒子，密度分散開(kāi)來(lái)就像是波。

后來(lái)，薛定諤這種以密度詮釋波函數(shù)的說(shuō)法被玻恩否定。

并且給出全新的解釋，玻恩認(rèn)為波函數(shù)模的平方不是粒子的密度，恰恰相反，波函數(shù)的平方告訴我們?cè)谀且粋€(gè)空間上找到粒子的概率大小。

某一空間的平方值越大，那么找到粒子的概率就越大！所以波函數(shù)模的平方也被解釋成概率幅。波函數(shù)的物理意義也被理解成概率波，這就是玻恩定則，也叫玻恩公設(shè)。

玻恩定則是利用概率統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)波函數(shù)的一種詮釋，目前已經(jīng)得到主流學(xué)界的認(rèn)可，且早已被引入到教材中！

按照玻恩對(duì)波函數(shù)的詮釋，如果我們觀察粒子，并不能確定在某一特定位置上會(huì)找到它，而只能確定粒子可能出現(xiàn)在某一位置的概率為多少。我們永遠(yuǎn)無(wú)法確定粒子在哪。況且波函數(shù)也會(huì)隨著時(shí)間而變化，這就意味著粒子在某一個(gè)位置出現(xiàn)的概率也會(huì)變化！

所以，即便是相同的波函數(shù)，在同一個(gè)位置找到粒子的概率也是或大或小。正如物理學(xué)家羅蘭?奧姆內(nèi)斯 所說(shuō)的一樣：“波函數(shù)是制造概率的機(jī)器”。

事實(shí)上，我們?nèi)缃褚呀?jīng)可以很好地利用理論描述粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且理論預(yù)測(cè)的十分精確。但這一切都得依靠我們?nèi)タ矗y(cè)量）。

如果我們不去看（測(cè)量），那么粒子依舊還是以概率的形式出現(xiàn)在空間上的某一位置嗎？或者說(shuō)，我們不去看（測(cè)量），粒子就不存在？

包括物理學(xué)家在內(nèi)的大部分人，通常情況下會(huì)認(rèn)為，只要我們不去觀測(cè)粒子，那么粒子就會(huì)同時(shí)處于多個(gè)位置，量子力學(xué)的課本也是這樣教的。但這樣的解釋也只是一種可能性的猜測(cè)。

因?yàn)椴ǘ鞫▌t詮釋的波函數(shù)只是告訴我們測(cè)量結(jié)果和概率有關(guān)！測(cè)量結(jié)果只是量化粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種數(shù)學(xué)機(jī)制，但這并沒(méi)有告訴我們波函數(shù)的本質(zhì)是什么。

粒子出現(xiàn)在特定位置的概率只是測(cè)量結(jié)果，基于這種結(jié)果，我們常常會(huì)以還原論的思維推理出，即便不去測(cè)量粒子，它依然是以概率出現(xiàn)在空間中的。

可問(wèn)題是，我們無(wú)法確定這種反向推理是否可行！事實(shí)上，還可能存在其他可能性，那就是如果不去測(cè)量粒子，粒子直接就會(huì)消失，或者說(shuō)壓根就不存在呢？

當(dāng)然，這并不意味著我們不去觀測(cè)粒子，粒子就真的不存在。這只是一種可能性的解釋！畢竟量子力學(xué)的反常識(shí)現(xiàn)象實(shí)在太多了，在這一點(diǎn)上敏感一些并不是什么壞事。

所以當(dāng)波爾第一次提出這樣的想法時(shí)，就遭到了愛(ài)因斯坦的反對(duì)，并且反駁到：我無(wú)法相信月球的存在只是因?yàn)橐恢焕鲜罂粗?/p>

事實(shí)上，愛(ài)因斯坦是否說(shuō)過(guò)這句話還存有爭(zhēng)議，目前也很難考證。

但是“沒(méi)人看月亮，月亮還存在嗎”這樣的疑問(wèn)，卻延伸出量子力學(xué)對(duì)物理現(xiàn)實(shí)的描述是否具有完備性的爭(zhēng)論。感興趣小朋友們可以搜索大貝爾實(shí)驗(yàn)！

對(duì)于“沒(méi)人看月亮，月亮還存在嗎”這樣的爭(zhēng)論一直是營(yíng)銷號(hào)嘩眾取寵的重災(zāi)區(qū)。

在這里，我有必要澄清一下

首先我們說(shuō)的“看”指的是測(cè)量，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是外界能量干擾波函數(shù)，比如我們看到月球，是太陽(yáng)的光子打到月球上，月球再反射光子進(jìn)入到人眼！

而至于月球反射的光子能否會(huì)抵達(dá)到人眼并不重要，重要的是太陽(yáng)光子已經(jīng)對(duì)構(gòu)成月球的粒子波函數(shù)造成了事實(shí)上的能量干擾了，也就是測(cè)量。

所以月球是否存在和人看不看月球沒(méi)有關(guān)系。當(dāng)然，在哲學(xué)上或者非主流的量子力學(xué)詮釋中可能是有關(guān)系的。

第二點(diǎn)，月球是宏觀物質(zhì)，宏觀物質(zhì)在理論上雖然也具有量子效應(yīng)，但是由于量子退相干效應(yīng)，月球的量子效應(yīng)幾乎消失殆盡，月亮本來(lái)就是確定的，其波函數(shù)完全可以忽略不計(jì)。如果不考慮某些哲學(xué)觀點(diǎn)，看不看月亮，月亮一定是存在的。

所以這句話就和薛定諤的貓一樣，只是將微觀世界的量子效應(yīng)拓展到宏觀世界時(shí)的通俗但不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目破铡?/p>

回到一開(kāi)始的問(wèn)題，量子力學(xué)目前的確還無(wú)法回答在測(cè)量之前，粒子是否還存在的爭(zhēng)論。

即便是做實(shí)驗(yàn)也無(wú)法解答這一問(wèn)題。

就以最經(jīng)典的電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)為例。如果只發(fā)射一個(gè)單電子，它抵達(dá)熒屏?xí)r，就會(huì)表現(xiàn)成點(diǎn)狀圖案，這是因?yàn)殡娮雍蜔善磷矒艟拖喈?dāng)能量干擾，導(dǎo)致電子的波函數(shù)坍塌，所以電子的波動(dòng)性消失，才在熒屏上留下粒子性的點(diǎn)狀！

而我們要想知道電子在抵達(dá)熒屏前到底是什么樣，就只能在熒屏前加一個(gè)測(cè)量裝置，而一測(cè)量，電子同時(shí)又變成粒子性。所以不管我們?cè)趺锤悖娮佑肋h(yuǎn)都是呈現(xiàn)給我們波函數(shù)坍塌之后的狀態(tài)。

至于波函數(shù)在坍塌之前是什么樣，沒(méi)有人知道。

所以就有物理學(xué)家感慨：大自然貌似阻止人類窺探粒子真實(shí)的樣子

探尋波函數(shù)的本質(zhì)也是了解現(xiàn)實(shí)世界起源的基礎(chǔ)。出于人類本能的探索欲，物理學(xué)家才對(duì)這一問(wèn)題前赴后繼的研究，可目前依舊無(wú)解。

而如今，物理學(xué)已經(jīng)轉(zhuǎn)變了思路，既然我們不知道波函數(shù)在坍塌之前是什么樣，但我們能知道它坍塌的結(jié)果。而結(jié)果和起初的狀態(tài)是通過(guò)坍塌的這一過(guò)程來(lái)銜接的。或許我們只要搞懂波函數(shù)坍塌的物理過(guò)程，就會(huì)搞清楚波函數(shù)原本的樣子。

目前主流學(xué)界關(guān)于波函數(shù)坍塌過(guò)程有四種解釋

最經(jīng)典的說(shuō)法是哥本哈根學(xué)派的詮釋。該學(xué)派認(rèn)為測(cè)量行為和波函數(shù)坍塌應(yīng)該視為一個(gè)整體的系統(tǒng)，測(cè)量即坍塌。所以不應(yīng)該將測(cè)量行為獨(dú)立于坍塌之外。

但在其他學(xué)派看來(lái)，哥本哈根學(xué)派永遠(yuǎn)只是描述現(xiàn)象，從不直面本質(zhì)。

第二種比較流行的詮釋是羅杰?彭羅斯提出的引力坍塌。

這種詮釋認(rèn)為，如果一個(gè)量子物體處于多個(gè)位置的疊加狀態(tài)，每個(gè)位置狀態(tài)都會(huì)通過(guò)它們的引力相互作用“感覺(jué)”到其他的位置狀態(tài)。就好像這種引力導(dǎo)致物體測(cè)量自己，迫使它坍縮。

第三種詮釋是自發(fā)坍塌說(shuō)，簡(jiǎn)稱GRW模型。

GRW模型認(rèn)為，波函數(shù)坍塌是自發(fā)進(jìn)行的，因?yàn)椴ê瘮?shù)總是會(huì)受到某些未知因素的干擾，這些干擾就會(huì)誘導(dǎo)波函數(shù)自發(fā)的坍塌成可觀測(cè)的狀態(tài)之一，也就是本征態(tài)。自發(fā)坍塌的快慢取決于量子系統(tǒng)的尺度。如果系統(tǒng)尺度比較小，比如說(shuō) 次原子粒子，那么它自發(fā)坍塌的時(shí)間就比較長(zhǎng)，所以很長(zhǎng)時(shí)間都會(huì)保持波函數(shù)原來(lái)的狀態(tài)。

而如果系統(tǒng)十分大，比如說(shuō)宏觀物質(zhì)，那么系統(tǒng)內(nèi)的波函數(shù)就會(huì)瞬間坍塌。GRW也是解釋宏觀物質(zhì)為什么沒(méi)有量子效應(yīng)（量子退相干）的理論之一。

第四種詮釋則是馮諾依曼-維格納詮釋。也就是著名的意識(shí)假說(shuō)。

馮諾依曼認(rèn)為，量子力學(xué)不但對(duì)微觀粒子有效，對(duì)宏觀的測(cè)量?jī)x器乃至于觀察者同樣有效。也就是說(shuō)，不存在所謂的經(jīng)典世界和量子世界的邊界，它們都是由量子力學(xué)描述的。一切宏觀物質(zhì)都是由量子微粒構(gòu)成，因此我們必須假定即使是宏觀物體，也會(huì)遵循量子力學(xué)規(guī)律，所謂的宏觀物質(zhì)也是大量粒子在一起顯示出來(lái)的涌現(xiàn)現(xiàn)象。意識(shí)的變化必然會(huì)引起微觀粒子量子狀態(tài)的改變。而目前我們對(duì)意識(shí)的本質(zhì)知之甚少。

所以意識(shí)可能就是唯一一個(gè)不遵守量子規(guī)則的因素。而波函數(shù)坍塌的過(guò)程也是神秘莫測(cè)的，這樣的過(guò)程必然是由另一種獨(dú)立于規(guī)則之外的因素引起的。而目前來(lái)說(shuō)，只有意識(shí)符合這樣的要求。所以是意識(shí)引起的波函數(shù)坍塌。

關(guān)于波函數(shù)坍塌的詮釋還有很多，比如多世界詮釋，但是這些過(guò)于小眾，感興趣可以自己查閱資料。

但不管如何，對(duì)波函數(shù)坍塌機(jī)制的研究，最后還得利用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，而最經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)?zāi)^(guò)于電子的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。

所以費(fèi)曼才將雙縫干涉實(shí)驗(yàn)稱為量子力學(xué)的核心難題。于是說(shuō)了一句：“沒(méi)人懂得量子力學(xué)”。

很多人對(duì)這句話存在誤解。

費(fèi)曼真正的意思是，我們只能用理論計(jì)算波函數(shù)坍塌的結(jié)果，卻不知道波函數(shù)坍塌的過(guò)程，而這一過(guò)程正是量子力學(xué)的核心謎團(tuán)。而目前沒(méi)有人知道這個(gè)核心謎團(tuán)的內(nèi)幕。

關(guān)于這一點(diǎn)，固態(tài)物理學(xué)家大衛(wèi)?莫明說(shuō)出了那句著名的“Shut up and calculate”，也就是著名的“閉嘴計(jì)算”。

通俗一點(diǎn)說(shuō)，大衛(wèi)?莫明的意思是：不要關(guān)心這該死的波函數(shù)坍塌的時(shí)候，到底發(fā)生了什么，這是超出我們觀測(cè)能力的徒勞思考，從事 物理研究的科研人員也不要在這一點(diǎn)上浪費(fèi)時(shí)間，粒子在觀察前 愛(ài)是什么樣就是什么樣，反正我們也無(wú)能為力，我們要做就是利用量子力學(xué)發(fā)展科學(xué)技術(shù)，改造世界。量子力學(xué)能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果就行了，剩下就是理論指導(dǎo)實(shí)踐，讓科學(xué)造福人類。

當(dāng)然大衛(wèi)?莫明并不是反對(duì)物理學(xué)家研究量子力學(xué)的本質(zhì)，而是討厭一味只用哥本哈根學(xué)派詮釋波函數(shù)的本質(zhì)，從而浪費(fèi)很多物理學(xué)家的時(shí)間和精力。雞蛋不能只放一個(gè)籃子里，我們要做的是多種量子理論同時(shí)發(fā)展！

最后總結(jié)一下，我們感受到的現(xiàn)實(shí)世界是基于波函數(shù)坍塌之后的結(jié)果，可波函數(shù)坍塌之前的本質(zhì)我們還暫且不知。所以現(xiàn)實(shí)世界是真實(shí)的嗎？