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量子:确定性和不确定性(一) (5-4)

然而,这只是量子态演化过程的一部分:U过程。真正在物理学界引起轩然大波,并且引发了长达一个世纪的史诗般的大论战的,是前面所说的R过程,也就是著名的“波函数坍缩”。正如上面所描述的,这个过程之所以如此富有争议,主要的原因有两个:

1、 它的发生是与观察者的观察相关的:一个系统似乎不再是独立于我们之外的客观世界,而是与我们密不可分。微观粒子似乎是知道我们在何时做何种观察,并且根据我们观察的行为跟我们玩躲猫猫游戏。

2、 它的发生时随机的,粒子在完全没有原因的情况下,随随便便就选择了一个状态。

为说明过程R,我们先以一个位置测量过程为例,说一下过程I到底发生了什么。比如说,有一个粒子,在某时刻它的波函数ψ(x,t0)在空间的分布表示如下:

那么,根据玻恩的概率波诠释(玻恩规则),我们知道,波函数的意义是概率波,是指我当们观察这个粒子时,发现它出现在空间的某一点的概率。从这个波函数来看,如果我们对粒子的位置做一次观测,那么我们发现粒子出现在A点的概率最高。

那么如果在t0时刻,我们对这个粒子的位置做出一次观测,结果发现粒子出现在了A点。我们问三个问题:

1、在t0时刻的前一个瞬间,粒子的位置在何处?

2、在我们完成观测之后,也就是t0时刻的后一个瞬间,粒子的位置又在何处?

3、在我们完成观测之后,波函数还是原来那个波函数吗?

这三个问题,在量子力学中表现出来的,就是一种完全反常识的答案。首先,我们看问题1。

按照经典思维,这根本就不是问题,答案是非常明确的,如果粒子在t0时刻出现在A点,那么意味着在t0时刻的前一个瞬间,它必然也在A点附近,或者说,是在A点附近无穷小的一个邻域之中。否则的话,这个粒子就具备了无穷大的速度,这显然是违背了相对论,是不可能的。

那么在量子力学当中呢?答案就不是这样了。对这个问题,一直以来,公说公有理婆说婆有理。我这里列举几类观点:

1、量子力学的“正统观点”。这个观点认为,在测量完成之前的所有时刻,这个粒子没有位置,它既不在A点,也不在空间中的任何一个确定的点,总之它无处不在,又无处存身(用爱因斯坦的话,“量子幽灵”)。谈论这个粒子的位置是毫无意义的事情。直到我们观察这个粒子,才能说它的位置在哪儿。而测量行为本身的后果,它不仅仅是获得了系统的信息那么简单,也不仅仅是对系统产生了不可避免的干扰那么简单,更加重要的是,它“迫使”这个弥漫在空间的幽灵一瞬间收缩成了一个粒子,使这个本来没有位置的粒子出现在了一个确定的位置。不夸张地说,测量不是“获知”了一个系统的位置,而是“造就”了一个系统的位置。至于测量是如何迫使粒子“显形”的呢?我们不知道,也无需知道,我们只需要知道我们的理论与实际观测一致就好了。就这个问题,可以衍生出无数种诠释,这就是量子力学主要学派之间的区别所在。

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