量子力學(xué)17:貓與退相干
保持相干,就是讓波函數(shù)的各個疊加態(tài)的相位不變,但稍微來點(diǎn)干擾,原本有個干凈的相位差,能發(fā)生漂亮干涉的幾個粒子就變得雜亂無章,這就叫做“退相干“。
——貓有疊加態(tài)嗎?有。只不過退相干的發(fā)生太快了,我們沒有看到。
——為什么宏觀世界沒有疊加態(tài)呢?回答是:宏觀世界,日常生活中,也有疊加態(tài),也是因?yàn)橥讼喔砂l(fā)生得太快了,我們還是無法看到。
前面一直在說波函數(shù)的種種神奇之處。發(fā)現(xiàn)波函數(shù)似乎有超越時空的感知能力,波函數(shù)的坍縮是個不可思議的過程,甚至說不清波函數(shù)到底是一個物理實(shí)在呢,還是僅僅是一種方便的數(shù)學(xué)描述。
這一講說一個被很多人認(rèn)為特別神秘的問題,但是現(xiàn)有的量子力學(xué)知識就足以告訴我們它并不神秘。這一講能讓你相信,研究量子力學(xué)的物理學(xué)家們并沒有徹底迷失自我。
這個問題就是“薛定諤的貓”。
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量子力學(xué)原本是一個關(guān)于微觀世界的理論。通常用波函數(shù)描寫一個量子疊加態(tài),說的都是像一個光子、一個電子這樣的東西。在你做出明確觀測之前,光子可以既走左邊的縫又走右邊的縫,電子的自旋可以既是正的又是負(fù)的,這種現(xiàn)象是量子世界最本質(zhì)的神奇之處。覺得量子疊加態(tài)難以理解,是因?yàn)槲覀內(nèi)粘I畹倪@個宏觀的世界里沒有疊加態(tài)的現(xiàn)象??墒菫槭裁春暧^世界沒有疊加態(tài)呢?
簡單地說,這是因?yàn)楹暧^世界里的物體都太大了。保齡球?yàn)槭裁礇]有波動性?因?yàn)樗馁|(zhì)量太重,所以波長太短。保齡球的空間波動性實(shí)在太小,所以無法觀測到它的位置是“幾條路徑的疊加態(tài)”。
道理這么講似乎也說得通,但位置的波動性只是疊加態(tài)的一種,你又怎么能保證,沒有別的什么特性,能讓一個宏觀物體表現(xiàn)出疊加態(tài)呢?薛定諤就想出來一個。
這就是量子力學(xué)里最著名的一個思想實(shí)驗(yàn)。薛定諤設(shè)想了這么一個情景。有一個盒子,盒子里面裝著一只貓和一個能探測到放射性衰變的裝置。這個裝置里有一個有可能會發(fā)生衰變的原子。
如果這個原子衰變了,裝置就會觸發(fā)一個機(jī)關(guān) —— 比如說一個錘子會落下來,打碎一個裝著有毒氣體的瓶子。瓶子碎了有毒氣體跑出來,貓就會中毒而死。而只要那個原子沒衰變,貓就還會繼續(xù)活著。

原子衰變是個典型的量子隨機(jī)事件。一個可衰變的原子,給定一段時間,它都既有可能發(fā)生衰變,也有可能不發(fā)生衰變。只要知道這個原子的半衰期是多少,就可以精確選擇一段時間,確保在此期間內(nèi)原子正好有一半的可能性衰變了,一半的可能性沒有衰變。在時間到了、你打開盒子之前的那一刻,那個原子是處于衰變和沒衰變的量子疊加態(tài)。
但是既然貓的死活是和原子的衰變完全關(guān)聯(lián)在一起的,也完全可以說,貓的死活,現(xiàn)在也是一個量子疊加態(tài) ——

“薛定諤的貓”這個思想實(shí)驗(yàn),把微觀世界的量子力學(xué)效應(yīng)給放大到了宏觀世界。貓,也可以處于疊加態(tài)嗎?
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當(dāng)然可以。連維格納的朋友這么一個大活人在實(shí)驗(yàn)室里做觀測,都可以被實(shí)驗(yàn)室之外的維格納認(rèn)為是處于疊加態(tài),那還有什么是物理學(xué)家不敢想的。當(dāng)然,如果維格納的朋友戴上防毒面具,跟貓一起呆在盒子里,他會在第一時間知道貓的死活,他不會認(rèn)為貓?zhí)幱谒篮突畹寞B加態(tài)。但是這并不妨礙盒子外面的維格納把貓當(dāng)做處于疊加態(tài)。
維格納和維格納的朋友會對貓的狀態(tài)有不一樣的說法,單說維格納站在盒子外面這個視角。薛定諤的真正問題是,如果貓可以處于疊加態(tài),那為什么,日常生活中,從來沒見過宏觀物體的疊加態(tài)呢?
這是因?yàn)楹暧^物體會被人看到。一旦打開盒子看到貓,貓的波函數(shù)就坍縮了。這似乎又回到了意識對波函數(shù)的作用這個老問題,但其實(shí)不必如此。完全可以既打開盒子,又故意不去觀測貓的死活狀態(tài),就好像你可以不問光從哪條路來一樣。
如果貓也可以既是死的又是活的,也許就可以弄一個可以擺弄貓的干涉儀,通過調(diào)整相位,就好像讓光子只去 D2 探測器一樣,讓貓一定不死……可以做各種各樣有趣的事情。那為什么做不到呢?為什么宏觀世界里沒有疊加態(tài)呢?
薛定諤那一代人當(dāng)時沒想明白這個問題。但是新一代物理學(xué)家已經(jīng)提出了非常合理的解決方案?,F(xiàn)在“維格納的朋友”仍然是個悖論,但是“薛定諤的貓”已經(jīng)不一定是悖論了。
需要一個新概念,叫做“退相干”。
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目前為止波函數(shù),一般都是一個粒子的波函數(shù),它等于這個粒子的兩種可能狀態(tài)之和。但如果這個系統(tǒng)中包含幾個粒子,這幾個粒子之間還有相互的糾纏,而且粒子和周圍環(huán)境、探測的儀器之間也有糾纏,再使用單個粒子的波函數(shù)就不合適了。我們必須把所有這些粒子和環(huán)境因素都考慮到,寫一個大的波函數(shù) ——

這個波函數(shù)的結(jié)構(gòu)也是疊加態(tài)。其中每一個狀態(tài)都是系統(tǒng)中所有粒子各自的狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)相乘得到,然后整個的波函數(shù)是所有可能狀態(tài)的疊加。
在理想的情況下,如果這是一個孤立的系統(tǒng),沒有擾動,而且這個公式中系統(tǒng)每一個可能狀態(tài)都還保持不變(用數(shù)學(xué)語言就是“相位”不變),那么這個系統(tǒng)是處于“相干態(tài)(coherence)”。相干的意思就是這些狀態(tài)之間仍然可以發(fā)生同樣的干涉 ——
走過雙縫的一個粒子的兩個狀態(tài) —— 走左邊和走右邊 —— 是相干態(tài),所以才能看到干涉條紋。
疊加的兩條路徑的相位正好相差半個波長,才能發(fā)生干凈的相消干涉。
互相糾纏的兩個電子不管分隔多遠(yuǎn),只要它們還處于相干態(tài),你測量其中一個的自旋就會立即決定另一個的自旋。
保持相干,就是讓波函數(shù)的各個疊加態(tài)的相位不變,如同是把波函數(shù)裝到罐頭里。
然而世界上并沒有絕對孤立的環(huán)境。粒子們總要和外界接觸,環(huán)境也會改變,所以那個大波函數(shù)的各個求和項(xiàng)會隨著時間變化。這樣各個狀態(tài)的干涉情況就得跟著變,以前能發(fā)生干涉的,現(xiàn)在可能就不能發(fā)生干涉了。
想讓相干性變“好”很難,但是想讓相干性變“差”很容易。稍微來點(diǎn)干擾,原本有個干凈的相位差,能發(fā)生漂亮干涉的幾個粒子就變得雜亂無章,這就叫做“退相干(decoherence)”。原本互相糾纏的兩個電子,一旦發(fā)生退相干,它倆就沒關(guān)系了,什么鬼魅般的超距作用、什么協(xié)調(diào)也就沒有了。退相干,就是這個波函數(shù)罐頭變質(zhì)了。
這就好像一個班的大學(xué)同學(xué),原本因?yàn)橐黄饘W(xué)習(xí),大家的思維同步,說起一個什么話題來很容易發(fā)生共鳴,這就是“相干”。時間長了每個人有不一樣的變化,有些話就說不到一起去了,慢慢變得彼此“不相干” —— 同學(xué)們再想弄個集體活動就越來越難,以至于你都覺得他們已經(jīng)不再是一個集體了,這就是發(fā)生了“退相干”。
只要保持相干,少數(shù)幾個粒子就能代表很多很多有意思的可能性,它們充滿靈動;一旦退相干,這幾個粒子就好像從進(jìn)退有度的士兵和會心靈感應(yīng)的藝術(shù)家變成了吵吵鬧鬧的老百姓,就失去了靈氣。相干和退相干是科學(xué)家研制量子計算機(jī)的時候最關(guān)心的事情。想要用這幾個原子做量子計算,你必須讓它們保持相干,你不希望它們發(fā)生退相干,你得想辦法給波函數(shù)“保鮮”。
從相干到退相干的過程有點(diǎn)像波函數(shù)的坍縮,但是它跟坍縮有個本質(zhì)區(qū)別:波函數(shù)坍縮是個瞬時的事件,但是退相干則是一個逐漸的過程,它的速度很快,但是會經(jīng)歷一小段時間。

現(xiàn)在可以談?wù)撠埖牟ê瘮?shù)了。
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貓不是一個孤立的東西??紤]到貓隨時都在和外界環(huán)境互動,應(yīng)該把打開箱子那一刻,貓的波函數(shù)寫成下面這個樣子 ——

而不是前面說的那個單純的死和活的疊加態(tài)。當(dāng)然這個跟環(huán)境糾纏的波函數(shù)也是一個疊加態(tài),那為什么沒有看到貓?zhí)幱诏B加態(tài)呢?為什么不能用貓做干涉呢?因?yàn)檫@個波函數(shù)迅速發(fā)生了退相干。
退相干是個可觀測的過程。2000年,美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)的物理學(xué)家已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里全程觀察到了幾個粒子逐漸退相干的過程。而且他們證實(shí)了,參與的粒子數(shù)目越多,退相干的速度就越快。
那想想,貓加上盒子、再加上外界的環(huán)境,再加上探測的設(shè)備,這得有多少個粒子,這個退相干的速度得有多塊。因?yàn)橥讼喔傻乃俣忍炝耍瑤缀蹙褪橇⒓窗l(fā)生的事兒,所以誰也無法捕捉到貓的疊加態(tài)!

至此,“薛定諤的貓”這個問題就解決了。也可以回答開頭的問題了。
貓有疊加態(tài)嗎?回答是:貓有疊加態(tài),只不過退相干的發(fā)生太快了,我們沒有看到。
為什么宏觀世界沒有疊加態(tài)呢?回答是:宏觀世界,日常生活中,也有疊加態(tài),也是因?yàn)橥讼喔砂l(fā)生得太快了,我們還是無法看到。
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波函數(shù)有不可思議的地方,但是在數(shù)學(xué)形式上,它對物理學(xué)家來說非常清楚。至此對波函數(shù)的性質(zhì)已經(jīng)說的差不多了,現(xiàn)在我們需要解釋。
幾個要澄清的觀念
第一,貓的死活,仍然可以處于疊加態(tài)。因?yàn)橥讼喔商炝怂晕覀冇^察不到疊加態(tài),但是你不能說宏觀物體沒有疊加態(tài)。
第二,“維格納的朋友”仍然是個悖論。在打開盒子之前,仍然可以認(rèn)為貓?zhí)幱诏B加態(tài),維格納也仍然可以認(rèn)為他的朋友和那個光子一起處于疊加態(tài),他的世界觀仍然跟他朋友不一樣。你可以說那個波函數(shù)隨時都在發(fā)生變動,但是那仍然是一個波函數(shù)。退相干并沒有說宏觀世界沒有波函數(shù)。退相干之后的波函數(shù)也是波函數(shù),只不過因?yàn)樘^雜亂無章,而不能給你帶來美麗的干涉條紋而已。
對退相干來說,物體的重量倒不是本質(zhì)問題,關(guān)鍵在于粒子太多而容易變雜亂。如果把貓冷凍起來,讓組成它身體的粒子都更規(guī)矩一點(diǎn),它的波函數(shù)退相干的速度就會慢一點(diǎn)。
第三,退相干并不能解釋波函數(shù)的坍縮。坍縮,是從疊加態(tài)變成其中一個確定的態(tài),是瞬間發(fā)生的;退相干,是從“好的”疊加態(tài)變成了“不好的”疊加態(tài),是逐漸發(fā)生的。因?yàn)橥讼喔芍蟮母鱾€疊加項(xiàng)的相位凌亂,可以說這時候再用一個統(tǒng)一的波函數(shù)描寫這些東西已經(jīng)沒意義了 —— 但是你不能說那個波函數(shù)沒了。
量子力學(xué)18:道門法則
對于“觀測結(jié)果為什么是隨機(jī)的?‘鬼魅般的超距作用’到底是如何完成的?波函數(shù)到底是個物理實(shí)在,還是僅僅是一個數(shù)學(xué)工具?”這三個量子力學(xué)的性質(zhì)問題,物理學(xué)家們設(shè)想了各種解釋,現(xiàn)在有一定影響力、能數(shù)的上的就已經(jīng)超過十種。它們幾乎都有數(shù)學(xué)上嚴(yán)格的理論形式,都做得很漂亮,而且都符合量子力學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
網(wǎng)上流傳著一套所謂“科幻四大定律” —— 遇事不決,量子力學(xué);解釋不通,穿越時空;腦洞不夠,平行宇宙;定律不足,高維人族 —— 這都是俗套。比如說“高維空間”,現(xiàn)在一有個不好解釋的現(xiàn)象,就有人說“這是不是高維空間的問題?”這幫人是不是科幻小說看多了,高維空間是萬能的嗎?高維空間意味著什么嗎?高維空間這個假說帶來的問題比它解決的問題更大。
現(xiàn)在各路物理學(xué)家和哲學(xué)家對量子力學(xué)的各種解釋,有的確實(shí)是比高維空間還要離奇。
這一講說說量子力學(xué)的解釋。事實(shí)上,科幻小說的那些俗套,正是起源于這些解釋。這一講不能讓你理解量子力學(xué),但是也許能帶給你一些科幻靈感。
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首先得明確一點(diǎn),玻爾等人堅持的所謂“哥本哈根解釋”,其實(shí)并不是一套解釋。新一代的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步明確了,量子力學(xué)中有三個性質(zhì),是不理解的,是疑問 ——
第一,觀測結(jié)果為什么是隨機(jī)的?
電子自旋是向上還是向下,光子落點(diǎn)是這里還是那里,原子在這個時間段里到底是衰變還是不衰變,量子力學(xué)認(rèn)為是*真*隨機(jī):沒有理由,無法推導(dǎo),誰也不能事先確定??墒呛暧^世界也好,數(shù)學(xué)方程也好,都沒有這樣的隨機(jī)。
第二,“鬼魅般的超距作用”到底是如何完成的?
超距作用對愛因斯坦來說只是一個不可思議的推理結(jié)論,而對現(xiàn)代人來說則是一個已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)證明的事實(shí)。超距作用和隨機(jī)性,是量子力學(xué)最讓人無法接受的兩個硬事實(shí)。
第三,波函數(shù)到底是個物理實(shí)在,還是僅僅是一個數(shù)學(xué)工具?
如果波函數(shù)只是個數(shù)學(xué)工具,為什么光子對實(shí)驗(yàn)路徑有個全盤的認(rèn)知,為什么又好像能預(yù)知未來?如果波函數(shù)是個物理實(shí)在,它的“坍縮”到底是怎么回事?從無數(shù)個可能坍縮到這一點(diǎn),從無處不在到只在這里,竟然不需要任何時間,這到底是一個什么樣的過程?為什么維格納和維格納的朋友對波函數(shù)有不一樣的看法?
哥本哈根解釋要求我們不要問了,接受它們就是,這其實(shí)是一種立場和態(tài)度,等于是回避了這些疑問,應(yīng)該叫“哥本哈根不解釋”。物理定律的作用是符合實(shí)驗(yàn),而不是尋求真相,但是你可能還是想知道一個真相。很多物理學(xué)家也是這么想的,他們設(shè)想了各種解釋,現(xiàn)在有一定影響力、能數(shù)的上的就已經(jīng)超過十種。
其中著名的幾種。它們都既沒有證據(jù)表明是對的,也沒有證據(jù)表明是錯的,對當(dāng)前科學(xué)理解來說,它們都還“活著”。相信哪一個,取決于你喜歡什么。
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如果你喜歡宏大的世界觀,你必定早就知道“多世界解釋(Many-Worlds Interpretation)”……也就是“平行宇宙”。這個現(xiàn)在非常流行的解釋認(rèn)為在波函數(shù)坍縮的那一刻,世界發(fā)生了分叉。
為什么有時候觀測到電子自旋向上向下是不確定的?因?yàn)橄蛏舷蛳缕鋵?shí)都發(fā)生了。每一次波函數(shù)坍縮,這一個世界都變成了兩個甚至無數(shù)個“分身世界”,其中一個世界里那個電子的自旋向上,另一個世界里自旋向下。你之所以看到向下的自旋,是因?yàn)槟闱『蒙硖庍@個世界之中:在另一個世界里,還有另一個一模一樣的你,他觀測到的電子就是自旋向上的。
在某個世界里薛定諤的貓出來是活著的,某個世界里是死的。世界無時無刻不在分叉,所有物理定律允許發(fā)生的事情都在某些分身里發(fā)生了。無數(shù)個你生活在無數(shù)個分叉的世界之中,經(jīng)歷著因?yàn)椴ê瘮?shù)坍縮效應(yīng)而不一樣的命運(yùn)。

你可能覺得這個解釋太極端了。一個小小的電子,竟然能復(fù)制出來一整個世界?這值得嗎?至于嗎?但是多世界解釋其實(shí)是個保守的理論。
因?yàn)樗Wo(hù)了經(jīng)典觀念。多世界解釋不需要隨機(jī)性。一切可能發(fā)生的都發(fā)生了,量子隨機(jī)性就不存在了。而且多世界解釋其實(shí)是一個非常嚴(yán)肅的數(shù)學(xué)理論,2014 年,杜蘭大學(xué)的物理學(xué)家法蘭克·迪普勒(Frank J. Tipler)證明,多世界解釋可以避免超距作用。這樣一來,愛因斯坦堅持的那些東西 —— 上帝不擲骰子、量子糾纏沒有超光速協(xié)調(diào) —— 多世界解釋都能滿足。只要你相信世界可以分叉,量子力學(xué)就不再神秘,你說值不值得?
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如果你喜歡鬼神之說,向你推薦“導(dǎo)航波理論(Pilot Wave Theory)”。這個理論出身名門,最早是德布羅意 1927 年提出的,后來被戴維·玻姆(David Bohm)在 1952 年完善。導(dǎo)航波理論是一個“二元”的世界觀,它把粒子和波函數(shù)給分開了,認(rèn)為是兩種不一樣的現(xiàn)實(shí)。
粒子就是平常想象的、像小球一樣的、有確定的位置和動量的經(jīng)典粒子。但是現(xiàn)在粒子自己不知道該怎么運(yùn)動,它需要“導(dǎo)航波” 的引導(dǎo)。導(dǎo)航波取代了波函數(shù),它無處不在無所不知,能夠瞬間傳遞信息,它代表量子世界所有的波動現(xiàn)象。

導(dǎo)航波通過某種“量子勢”告訴粒子如何運(yùn)動,而粒子告訴導(dǎo)航波如何變化。粒子的運(yùn)動仍然要滿足相對論的要求,但是導(dǎo)航波卻可以瞬時、全局變化,這樣一來超距作用就有了著落。既然把一切神秘都推給了導(dǎo)航波,那么“波函數(shù)坍縮”也就不存在了,粒子的行為都是導(dǎo)航波決定的,而導(dǎo)航波永不坍縮。
最關(guān)鍵的是,導(dǎo)航波其實(shí)包含了愛因斯坦想要的隱變量。既然導(dǎo)航波是瞬時和全局性的,它就會受到宇宙中所有粒子的影響。那么此時此地這個粒子的行為,本質(zhì)上就是由宇宙中所有粒子共同決定的 —— 這就是為什么我們無法預(yù)測它。量子力學(xué)的隨機(jī)性其實(shí)是因?yàn)榭梢愿蓴_粒子行為的因素在全宇宙,實(shí)在太多了。
這個導(dǎo)航波是不是有點(diǎn)像鬼神傳說中那個“精神世界”,它自身充滿了信息,跟粒子代表的物質(zhì)世界關(guān)聯(lián)在一起,但是是兩種東西。如果你能體會甚至控制導(dǎo)航波,你不就掌握了超能力嗎?如果你能以導(dǎo)航波的形態(tài)存在,你不就是鬼 —— 那個,“靈魂”嗎?這是一個挺好的玄幻題材。
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如果你喜歡玄學(xué)思辨,“全息宇宙(Holographic Universe)”和“量子邏輯(Quantum Logic)”可能會讓你感興趣。
全息宇宙解釋認(rèn)為所觀測到的一切之所以讓人感覺定律不足,也許是因?yàn)樾枰案鎸?shí)”的宇宙,更深層的現(xiàn)實(shí)。你知道電子到底是個什么東西嗎?對電子的一切觀測都是間接的。也許看到的、感受到的、觀測到的一切物理現(xiàn)象,都是某個更深層的現(xiàn)實(shí)的投影。我們這個扭曲了的投影很怪異,但是那個深層的現(xiàn)實(shí)是完全合理的。
量子邏輯解釋則認(rèn)為我們之所以不理解量子力學(xué),是因?yàn)槲覀兪艿胶暧^的日常生活的影響太深了。宏觀世界的邏輯并不適用于量子世界。1936 年,馮·諾依曼和數(shù)學(xué)家加勒特·伯克霍夫(Garrett Birkhoff)發(fā)明了一套量子邏輯,這個邏輯系統(tǒng)可以把位置、動量、概率這些概念的性質(zhì)全都改寫,而且在數(shù)學(xué)上也能自洽。量子邏輯理論一直到今天仍然有人在搞,但是仍然未能達(dá)到覆蓋整個量子力學(xué)的程度。
全息宇宙和量子邏輯這兩種解釋的腦洞是最大的,它們直接挑戰(zhàn)我們所有的思考,提供了完全顛覆的世界觀。不管它們最終對不對,知道有這樣的世界觀存在,也是一個慰藉。
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如果你喜歡穿越時空,你應(yīng)該研究“時間對稱解釋(Time Symmetric Interpretation)”和“交易解釋(Transactional Interpretation)”。
薛定諤方程也好、牛頓力學(xué)也好、相對論也好,物理定律的方程里的“時間”這一項(xiàng),并沒有特定的方向。我們在日常生活中感覺時間總是從過去到現(xiàn)在,從現(xiàn)在到未來,那在很大程度上是因?yàn)闊崃W(xué)的定律,也就是熵增,而那是一種宏觀的現(xiàn)象。量子力學(xué)里沒必要認(rèn)為未來跟過去有什么不同!
據(jù)此,日本物理學(xué)家渡邊慧在 1955 年搞了一套時間對稱的量子力學(xué)。不但現(xiàn)在可以影響未來,未來也可以影響現(xiàn)在,波函數(shù)向著未來和過去兩個方向演化。這套理論自帶“向后”的因果關(guān)系,那么所謂延遲選擇也就不成問題了。
1945 年,費(fèi)曼還在給惠勒當(dāng)博士生的時候,惠勒突發(fā)奇想(惠勒總能突發(fā)奇想),說兩個帶電粒子的相互作用,好像不應(yīng)該僅僅是其中一個向另一個發(fā)射光子:而應(yīng)該是兩個粒子各自發(fā)射一個“半波”,這兩個半波在空中發(fā)生一次“量子握手”。這就是所謂“交易解釋”。
交易解釋的關(guān)鍵在于每個粒子的波函數(shù)不是一個,而是兩個:一個走向未來,一個走向過去。相互作用是發(fā)射方出來的、通向未來的波(延遲波,retarded wave)和接受方的走向過去的波(超前波,advanced wave)交易的結(jié)果,而交易發(fā)生的時候,其他地方的波自動干涉抵消了。這個理論跟“導(dǎo)航波”有點(diǎn)像,但是因?yàn)樗袃蓚€波,它能自動完善波函數(shù)跟時間的關(guān)系。
惠勒讓費(fèi)曼做超前波,說你做完了我再做延遲波。費(fèi)曼如期完成了超前波的理論,還當(dāng)著愛因斯坦和泡利的面做了報告。泡利當(dāng)場表示反對,并且預(yù)言惠勒做不成延遲波……結(jié)果惠勒果然沒有做成。這個理論一直到 1986 年才被約翰·克拉默(John G. Cramer)完成,后來又發(fā)展出來了相對論解。
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如果你覺得上面這些解釋都太過大動干戈,喜歡平淡的解釋,“超級決定論(Superdeterminism)”可以讓你立即獲得內(nèi)心的平安。超級決定論認(rèn)為人根本沒有自由意志,一切事件都是從宇宙創(chuàng)生之初,就已經(jīng)由上帝 —— 啊不是,是由物理定律 —— 決定了的。
也就是說,包括在某時某刻選擇觀測某個物理現(xiàn)象這樣的決定,也是早就安排好的。你根據(jù)安排觀測一個粒子,跟它糾纏的另一個粒子根據(jù)安排做出相應(yīng)的反應(yīng),這哪里有什么超距作用呢?你感到很驚訝,以為這里面有什么了不得的信息傳遞,殊不知一切都是按照劇本走:連你自己也是那個劇本的一部分而已。
超級決定論可能是貝爾首先想到的,現(xiàn)在受到了哲學(xué)家的歡迎。根據(jù)這個理論,宇宙中沒有孤立的東西,沒有獨(dú)立的事件,所有東西都跟所有東西關(guān)聯(lián)在了一起。而那個關(guān)聯(lián),既決定了粒子的所作所為,也決定了我們的所思所想。
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還有一些別的解釋,比如近年來出現(xiàn)的“客觀坍縮理論(Objective Collapse Theory)”、“關(guān)系性量子力學(xué)(Relational Quantum Mechanics)”、“量子貝葉斯主義(Quantum Bayesianism)”等等,我們就不一一細(xì)說了。
如你所見,這些解釋簡直是五花八門,代表各種奇思妙想 —— 但是請注意,它們幾乎都有數(shù)學(xué)上嚴(yán)格的理論形式,都做得很漂亮,而且簡直是奇跡般地,它們都符合量子力學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
“對量子力學(xué)的解釋”,是人類智力的一大壯舉。你要是去一個荒島過幾個月沒有互聯(lián)網(wǎng)和電視的日子,不妨帶上這些解釋的論文,沒事兒拿出來一篇把玩其中的精妙思想,也是一大樂趣。
但是這些解釋真的很不一樣。而且它們也不是完備的,像“電子到底是什么”這樣的問題,仍然沒有答案。那真相到底是什么呢?只有留待未來的實(shí)驗(yàn)去證明和篩選,未來的天才去把這一切綜合起來,給一個讓人不得不服的解釋。