波函數坍縮 - 玻姆力學

波函數坍縮 - 玻姆力學

 

專欄 https://zhuanlan.zhihu.com/c_186387023

來源 https://zhuanlan.zhihu.com/p/53193425

 

「Solipsism may be logically consistent with present Quantum Mechanics, Monism in the sense of Materialism is not.」
「惟我論或許能夠邏輯上可以與量子力學兼容，可是純粹的惟物主義顯然不能。」
- 魏格納

1956年，也就是偉大的愛因斯坦去世後的第二年，一個尚在攻讀博士學位的學生，休.艾弗萊特（Hugh Everett）想到了一個問題：「如今的量子力學中，觀察致使波函數坍縮。那麼在薛定諤貓實驗中，貓的觀察到底有沒有一樣的功能呢？咱們沒有辦法向貓求證這件事，由於貓沒有辦法告訴咱們它的感覺，可是若是是一我的呢？」因而，爲了回答這個問題，他把薛定諤貓實驗給改動了一下：

好比說，仍是在薛定諤貓的實驗中，爲了便於對貓的監控，咱們把一個朋友和貓一塊兒關進盒子。固然，爲了這個可憐的朋友免於被毒死的厄運，咱們能夠給他一副防毒面具。咱們的朋友向咱們保證，他毫不是一個動物保護主義者，在所有的實驗過程當中，他只在那兒靜靜地觀察，不論貓死仍是或，他都會保持冷眼旁觀，而不會採起任何對實驗的干涉行爲。而後，實驗開始了。一小時以後，咱們知道，盒子裏的貓有50%的機率被毒死，50%的機率仍然活着。那麼這時候咱們發出與薛定諤一樣的疑問：在咱們打開盒子以前，貓是死的仍是活的？

這個答案與原版的薛定諤貓實驗有何不一樣？咱們能夠看到，惟一的不一樣就是，盒子裏多了一個旁觀者，見證了盒子內部的所有過程。那麼對咱們而言，這不會有任何區別 – 若是咱們把咱們的朋友看做是一堆符合物理和化學定律的蛋白質、脂肪、無機物的組合的話。那麼，本着哥本哈根精神，沒有被觀察的現實不是現實，那麼咱們天然認爲，貓仍然是處於死和活的疊加態，既死又活。而咱們的朋友呢？必然就會處於「看到貓死」和「看到貓活」的精神分裂的疊加態。這就更加難以想象了！對咱們的朋友而言，他的觀察會使得波函數坍縮，於是早在這以前，貓就已經被坍縮爲或死或活的肯定態了。咱們能夠向咱們的朋友詢問加以求證 – 固然，咱們的朋友不會忽然地變成了精神分裂的發瘋狀態，他會告訴咱們，他看到的一切肯定無疑。那麼問題就來了，咱們的朋友和咱們的理論預言就明顯衝突了，究竟是誰對誰錯？

Everett在提出這個思想實驗[1]的時候，名不見經傳[2]。於是這個故事並不爲人所知。五年以後，著名的物理學家魏格納從新講了這個故事，因而它得到了巨大的關注度，於是這個故事就成了「魏格納的朋友」思想實驗，直到如今人們仍然對此不甚清楚，然而當咱們翻開塵封的歷史，咱們會發現那個被你們忽略的小人物 – 固然，Everett在生前一直沒有成爲理論物理界的大人物，可是如今，他的理論傳承卻幾乎覆蓋了量子力學的半壁江山。

說到底，這個思想實驗暴露出來的，就是哥本哈根詮釋中二元對立的矛盾：決定論的波函數演化和突發的波函數坍縮之間的矛盾。說到底，玻爾他們說從微觀系統到咱們的觀察之間存在着某種量子-經典界線，致使了波函數的坍縮，可是他們也說不清楚這條界線到底劃在何處。因而，不一樣的觀察者就對這條界線的位置有了不一樣的解釋，因而矛盾就產生了。

那麼，這條量子-經典界線到底應該在何處呢？咱們在上一章中曾經提到過，有一個天才人物，馮諾依曼，對此展開了探討。

馮諾依曼所作的第一件事，就是去觸碰那個各奔哈哥學派一直含糊處理的測量過程。他把測量過程當作一個具體的物理過程來進行詳盡的分析，而整個分析的起點，就是假設量子力學不但對微觀粒子有效，對宏觀的測量儀器乃至於觀察者一樣有效。也就是說，不存在所謂的經典世界和量子世界的邊界，它們都是由量子力學描述的。

那麼，咱們考慮這樣一次測量：咱們要測量一個粒子的自旋狀態。首先，咱們有一個自旋1/2的粒子，咱們知道，每次測量它都會有兩種可能的結果，上旋或下旋。爲了測量這個粒子，咱們還須要一個測量儀器。咱們假設，這個儀器用一個指針來顯示測量的結果，若是粒子是上旋，那麼它的指針偏向左側，若是是下旋，那麼它的指針偏向右側。最後，還有一個觀察者，咱們。咱們經過指針的左偏或右偏就能夠知道粒子是上旋仍是下旋。好比說咱們特別喜歡上旋的粒子，看到指針左偏就很高興；相反咱們特別討厭下旋的粒子，看到指針右偏咱們就會特別沮喪。不管是粒子、儀器、仍是咱們，都由量子力學來描述。那麼，粒子、儀器、和咱們均可以用量子態來描述。

馮諾依曼說，測量，不外乎是被測量的粒子和測量儀器之間的相互做用。這個假設很是合理，由於只有這種相互做用，纔會發生粒子與觀察者的因果關係，從而使得粒子的信息得以傳遞給觀察者。

若是咱們考慮一個初始狀態：粒子處於上旋狀態，儀器此時沒有讀數，咱們認爲它是就緒狀態。此時粒子經過儀器，粒子與儀器的相互做用必然會使得儀器指針會左偏。不然的話，這個儀器就是故障的。同理，若是粒子一開始是下旋狀態，那麼儀表指針就必然會右偏。

那麼對於一個通常狀況，一開始粒子處於上旋和下旋的疊加態，咱們知道，不可能會出現粒子上旋而指針左偏的狀況，也不可能出現粒子下旋而指針右偏的狀況。那麼，在咱們不看這個儀表的時候，量子力學的演化規則就要求，上旋的疊加態致使儀表指針左偏，而下旋的疊加態致使右偏，那麼一個疊加了上旋和下旋的例子就必然致使（粒子+儀器）這個系統共同處於一個（粒子上旋，指針左偏）和（粒子下旋，指針右偏）的疊加態。

當儀表和粒子完成了相互做用之後（儀表完成了對粒子的測量），做爲觀察者的咱們開始觀察這個儀表。此時，粒子、儀表、咱們所組成的組合系統，共同處於（粒子上旋、指針左偏、咱們高興）和（粒子下旋、指針右偏、咱們沮喪）的疊加態。

這個過程能夠表示以下：

整個過程按照量子力學的規則必須如此演化。可是，這個演化的結果倒是荒謬的：現實世界中，咱們只能獲得一種結果，要麼是是粒子上旋、指針左偏、咱們高興，要麼就是反之。如論如何咱們也沒法想象兩種狀況的疊加態是怎麼回事。緣由很簡單，由於咱們整個過程當中並無引入任何二元對立的過程，於是量子態就不會自發地切換爲與之對立的經典態。

馮諾依曼表示，在這整個過程過程當中，不存在所謂的「經典」儀器，一切儀器，包括咱們的感官，都是由量子微粒構成的，所以它們所有聽從量子定律。粒子的上旋與下旋的疊加，就必然會把儀器拖入左邊和右邊的疊加，而後當咱們觀察時，咱們的眼睛就被拖入看到上旋和看到下旋的疊加，進而把咱們的視神經拖兩種不一樣方式的激發狀態的疊加，這個相互做用一直髮生，直至傳入到咱們的大腦，被大腦詮釋：如此種種，全部的中間過程都沒有坍縮發生，一切都處於疊加態。可是，咱們沒法迴避的是，不管這個過程的鏈條有多長，咱們的經驗告訴咱們，最終咱們只能看到一個狀態。最後終止於咱們意識中接收到的，要麼粒子上旋、指針左偏、咱們高興，要麼粒子下旋、指針右偏、咱們沮喪的兩者之一的狀態。整個鏈條中間，一定是某一個環節出現了打破量子力學演化規則的事情，使得疊加態「坍縮」成爲一個肯定的狀態。究竟是哪裏出問題了呢？

馮諾依曼認爲，物理定律應該是普適性的，但這種普適性應該僅限於物質世界，也就是說，一切宏觀物質都是由量子微粒構成，所以咱們必須假定即便是宏觀物體，也會遵循量子力學規律，所謂的經典現象，是大量量子微粒在一塊兒顯示出來的綜合效應，是一種「涌現（emerge）」的現象。咱們有理由相信量子力學是普適的，可是咱們沒有理由相信它對物質之外的現象也是是普適的 – 對於精神和意識，沒有任何證據代表它們也知足物理定律。對於意識而言，至今物理學還不敢說對它有一丁點的瞭解。所以，馮諾依曼斷言，必定是意識在做怪。意識是這整個鏈條中惟一的一個可能不遵照物理規律的因素。因此說，一定是意識致使了波函數的坍縮！意識是存在於物質以外的那個神祕的「觀察者」，於是它也就是波函數坍縮的惟一可能的罪魁禍首。

這就更加尷尬了！馮諾依曼對觀察作出了明確的分析和回答，他拒絕哥本哈根式的含糊和二元對立，可是這個答案卻無可避免地讓意識直接決定物質世界了！說到底，從多態疊加的量子態到單一肯定的經典態，中間必然要經歷某種獨立於幺正演化的第二類過程纔可能實現，由於幺正演化就其自己的性質而言必然要保持這種疊加態永不消失的。那麼這種第二類過程必然意味着一種二元對立，於是若是咱們去掉了量子 – 經典對立以後，咱們必須須要一個角色來替代它的做用，在馮諾依曼這裏，這個角色就變成了物質 – 意識的對立。說到底，馮諾依曼的詮釋仍然是某種哥本哈根詮釋，它只不過是把本來模糊的二元邊界明確地劃在了人的意識邊界處。

馮諾依曼在這個問題上的最大貢獻，是創建了一套具體的測量理論，把玻爾他們含糊處理的觀察過程用物理的手段進行了分析，而且這種分析成爲後人進行量子力學詮釋問題研究的基礎，成爲了後人得以站在他肩膀之上的那個巨人。至於「意識坍縮」，他卻並無深刻探討，而只是簡短地對此評價到，「坍縮發生在從儀器到被意識接受的時刻」。然而，他的整個分析過程，絕大多數是純粹的物理理論，而不只僅是一個詮釋。

對此，物理學家Schreiber總結道：

「The rules of quantum mechanics are correct but there is only one system which may be treated with quantum mechanics, namely the entire material world. There exist external observers which cannot be treated within quantum mechanics, namely human (and perhaps animal) minds, which perform measurements on the brain causing wave function collapse.」（量子力學的規則是正確的，可是它僅對一種系統正確，也就是說是全部的物質世界。在此以外存在的外部觀察者卻不能被量子力學所描述，諸如人類（也許包括動物）的精神。正是這種外部的觀察者在它的大腦中展開的測量坍縮了波函數）

由此咱們能夠看到，馮諾依曼雖然相信意識必然與坍縮有關，可是態度仍然相對模糊。而真正對此進行擴展並詳盡分析的，就是前文提到的魏格納 - 在他的「魏格納的朋友」實驗中。

咱們不妨回憶一下在本部分的開頭出提到的笛卡爾和他的「我思故我在」，這是笛卡爾的精神-物質二元論的核心slogan。魏格納是這種二元思想的堅決擁護者，他堅信，意識和物質是兩種大相徑庭的東西。在魏格納看來，觀察是一種能夠被嚴格界定的東西，而不像哥本哈根學派的那種含糊描述。他說：

「對於一個物體，波函數能夠給咱們關於它的一切可能知識。它是一個數學概念，其確切含義咱們徹底沒必要關心。……更加確切地講，若是咱們讓這個物體直接或間接地與咱們發生做用，波函數可讓咱們事先預見到，這個物體將以何種機率讓咱們對其產生一種或者其餘印象。」

於是，觀察其實不過就是人們在乎識中造成印象（impression）的過程。好比說咱們觀察薛定諤貓，咱們所謂的「貓死了」或者「貓活着」的觀察結果，不過就是「咱們的大腦中產生了貓死了（或活着）的印象」。離開了咱們的印象，觀察結果將不會是一種觀察結果 – 它毫無心義。也就是說，觀察結果就是被咱們的意識所接受到的信息。因此，波函數只不過是一種描述咱們對外界事物的知識的數學工具，與「預測事物的將來行爲」毫無關係。基於這個緣由，咱們與事物的相互做用在咱們的意識中創造了一種感受（sensation），這就是觀察。當咱們得到關於外界印象的時候，咱們就對外界的知識造成了更新。同時，當咱們接收到某種確切信息（例如「貓死」的信息）的時候，一切與之相悖的信息（例如「貓活」的信息）就自動被咱們排除掉了。這就是波函數坍縮的最天然解釋：它只不過是咱們大腦中的信息更替而已。

在「魏格納的朋友」實驗中，當咱們打開盒子的瞬間，咱們並不知道貓的死活，它是一種「疊加態」：對它的兩種預期印象同時存在於咱們的意識中 - 對於一個現實的狀態，死活疊加確實是一種難以理解的概念，可是對於咱們意識中的印象，卻毫無滯澀 - 而後咱們問咱們的朋友，「貓死了仍是活的？」，朋友回答說，「死了（或活着）。」這個回答馬上給了咱們一種肯定的信息，這種信息就馬上在咱們的意識中排除掉了另外一種可能，在這一刻，貓態坍縮了 – 它在咱們意識中坍縮了，實在是再簡單不過了，一點都不奇怪。至於在這以前，波函數表達的疊加態是何意義，魏格納早已經明確說過，它不過是對咱們意識中關於貓可能影響咱們印象的數學描述，僅此而已。這時候，咱們繼續問咱們的朋友第二個問題：「在我問你這個問題以前，貓是死的仍是活的？」，此時咱們的朋友會感到一點不耐煩，他會說，「我早就告訴過你了，它是死的（或活的）！」因而咱們就知道，其實早在咱們意識中關於貓的印象造成以前，咱們的朋友關於貓的肯定印象早已經造成了。咱們關於印象的信息是能夠互相交流的，這就使得咱們產生了矛盾：在咱們第一次問咱們的朋友以前，咱們對貓態的描述仍然是一個疊加態，然而咱們的朋友在第二次提問的時候卻告訴咱們，早在這以前，在他那兒貓態早已是一個坍縮的肯定態了！

若是咱們的朋友僅僅是一臺儀器，那麼咱們在第一次查詢儀器測量結果以前，咱們能夠很安心地用疊加態來描述貓和儀器：儀器此時處於觀測到貓死和觀測到貓活的疊加態。可是如今實施觀測的不是一臺儀器，而是咱們的朋友，這就未免太過奇怪了：咱們的朋友不可能處於看到貓死和看到貓活的疊加態。固然，咱們也能夠認爲咱們的朋友和一臺儀器沒有任何區別，可是這很難使人接受。由於咱們天然而然地會假設咱們的朋友應該有着和咱們同樣的印象和感受 – 他應該的印象不會處於兩種狀態的疊加，而是應該有着肯定地感知到貓死或貓活的印象。不然的話將會讓咱們陷入惟我論的泥潭 – 咱們邏輯上沒法證明別人是否有着和咱們一致的印象，從而斷然否定他們的意識。因此更加天然的觀點就是，咱們必須認爲在咱們知道貓態坍縮以前，它就早就已經被坍縮了：它坍縮在咱們的朋友看到它的那一刻。也就是說，一臺沒有意識的儀器能夠處於疊加態，可是一個有意識的人卻必然會使得疊加態坍縮。於是，結論就很是簡單了：

「It follows that the being with a consciousness must have a different role in quantum mechanics than the inanimate measuring device」（因而乎，咱們知道在量子力學中，一個有意識的生物與無心識的儀器有着不一樣的做用。）

那麼，不可避免地，咱們必須認爲，意識是使波函數坍縮的罪魁禍首。

魏格納的朋友的思想實驗，其實就是把馮諾依曼的測量因果鏈用一種很是形象的形式向咱們表達出來了。馮諾依曼首次提出意識可能與坍縮有關，而魏格納隨後把這個論述具體化，明確化了。於是，持有「意識使波函數坍縮」這類觀點的詮釋，通常被統稱爲「馮諾依曼-魏格納詮釋」（簡稱VW詮釋）。

咱們能夠看到，VW詮釋包哥本哈根的二元分立的界線個明確化了。可是卻更加使人難以接受。若是說哥本哈根詮釋的致命之處在於含糊不清，而且把一樣的物理世界劃分爲對立的兩個領域的話，VW詮釋的問題就在於打開了潘多拉盒子：它把意識引入到了物理世界。哥本哈根只是認爲不依賴於觀察的客觀實在沒有意義，而VW則明確認爲沒有客觀世界，它是由咱們的意識創造的！這種觀點，註定了讓它受到更多人的排斥，而只能是一種小衆理論。可是在我看來，VW的理論卻顯然比哥本哈根的理論更加符合一個物理理論的特徵：

首先，它明確，沒有任何含糊空間，於是就更加容易被證僞。而反觀哥本哈根詮釋，它的模糊不清給了它近乎無賴的、自由騰挪進而百戰百勝的空間，面對任何實驗，它均可以隨意地變形從而逃過被證僞的命運，而一臉嘲諷地看着你氣急敗壞卻拿它毫無辦法的樣子。正如波普爾指出的，「不可辯駁絕非理論之善，而是理論之惡」。

其次，的的確確，咱們如今的物理學中沒有任何人敢說對人類的意識有了一丁點的認識，假定它不遵照物理定律是沒有任何問題的。可是哥本哈根詮釋中，把物理的世界劃分爲兩個不相容的領域就更加不合理：咱們沒有任何理由認爲那些有微觀粒子構成的經典事物不遵循量子定律！不然的話，咱們將不可避免地陷入邏輯矛盾中。預期在理論中引入邏輯矛盾，咱們更加願意引入未知或奇怪的因素。固然，我我的以爲，把VW的「意識致使波函數坍縮」改成「波函數在乎識中坍縮」會更加合理一些。

可是，VW仍然有着巨大的模糊空間，例如說，咱們能夠問什麼是「意識」？咱們怎麼來斷定一個觀察者是有意識的？通常咱們認爲人類有意識，可是貓狗有沒有？雞鴨呢？甲魚呢？螞蚱？蚯蚓？變形蟲？若是貓是有意識的，那麼薛定諤貓就不會處於既死又活的疊加態：由於它本身就把本身給坍縮了。其次，若是咱們認爲只有人類的意識才算意識，那麼咱們人類爲什麼在宇宙中有着如此特殊的地位、能夠把宇宙的疊加態坍縮掉，而且造就了宇宙如今的狀態？

更有甚者，若是咱們接受了「意識坍縮波函數」這種說法，那麼一個邏輯必然就是，意識不可是創造了宇宙的如今狀態，它還創造了宇宙的整個歷史！由於宇宙早期還不存在乎識生物的時候，按照這種邏輯顯然是沒有什麼東西使它坍縮的，因而宇宙自誕生之日起就一直是一種模模糊糊，雲山霧罩的機率雲。這種存在狀態一直保持到宇宙中第一個意識出現，它看了一眼宇宙，因而宇宙就坍縮成了如今這個樣子，包括它的一切歷史，從大爆炸到原子的造成再到星雲星系的整個演化，就都變成了現實。也就是說，在150億年的如今，一個意識看了一眼，就致使了150億年前，宇宙誕生了！

物理學自從誕生以來，一直致力於描述那個不以人的意志爲轉移的客觀世界爲己任，但是發展到如今，這片神聖的陣地開始被「主觀意識」這個妖怪入侵了！

 

哥本哈根詮釋一直當心翼翼地避免談及意識這個話題，由於玻爾顯然明白，在物理學理論中引入「意識」這個不屬於物理世界的概念是多麼危險。然而，不論玻爾多麼不肯意，對哥本哈根的窮究就必然會致使致使意識坍縮的結論 - 這種結論幾乎就是邏輯必然的，只要咱們認定這個宇宙存在着一個一致的、普適的理論，就不得不如此。與玻爾的觀點 – 現實必須依賴於觀察者 – 相比，意識坍縮的觀點更加極端，它直接認定意識能夠改變現實。這就與愛因斯坦的堅決實在論更加衝突，所幸魏格納提出他的意識說的時候，愛因斯坦已通過世，不然的話，咱們能夠想象他將會受到何種抨擊。

愛因斯坦堅信，這個世界的客觀實在必須是獨立於人們的觀察以外的，即便咱們不作觀察，甚至是即便咱們不存在，這個世界仍然是確確實實存在的，不會由於咱們看了一眼就會忽然變成咱們眼前的世界。於是，他徹底不能接受所謂「當咱們不觀察一個系統時，它不具有肯定的狀態」這種觀點。最開始，他認爲量子力學確定是什麼地方搞錯了，可是隨着量子力學精準地符合實驗結果，他漸漸地相信量子力學是正確的，但他堅信它是不完備的。這裏，「不完備」的意思是說，它雖然可以獲得正確的、符合實證的結果，可是，它並無揭示底層的運動規律，而只是對錶象的一種描述。他認爲，量子力學之因此只能用機率的方式描述世界，是由於咱們尚未發現隱藏於機率背後的因果關係。它沒法揭示量子態背後的、獨立於主觀的客觀現實。這種真實的客觀現實應該有着比波函數更加本質的變量來描述，只不過咱們暫時還沒有發現，被隱藏在波函數的機率表象背後了，於是，這種背後的真實狀態又被稱做「隱變量」。

總而言之，愛因斯坦看來，量子力學只是一個惟象的理論，遠遠算不上完備，只有咱們找到隱藏在機率背後的真正的規律（「隱變量理論」），咱們才能說咱們已經創建了完備的理論。

愛因斯坦的信念具備普遍的表明性。在量子力學早期，人們也一直沒有放棄創建一種隱變量理論的努力。隱變量理論認爲，咱們用波函數描述世界，只是一種表面上方便的工具，是一種權宜之計。在波函數的背後，仍然有更深層的現實和規律沒有被發現 – 波函數只是一個展示（emerge）在咱們面前的表象。例如，薛定諤曾經說過：

「一幅失焦的模糊照片與原本就模糊的景物是不一樣的。」

薛定諤的意思很明確，波函數是展示在咱們面前的一張模糊照片，然而主流的量子力學卻根據這幅圖片段言，說本來的景物是模糊的。例如咱們有這樣一張圖片：

咱們能夠看到五彩斑斕的圖塊，像一團彩色的霧同樣虛無縹緲。咱們從這張照片中可以獲取的肯定的信息就很是少，咱們甚至不知道它拍出來的本來景物是什麼。這時候咱們能夠作兩種事，第一種，咱們認爲本來的景物就是這樣的霧，於是盡最大可能地從這張照片中獲取更多的信息：它不肯定，可是咱們也就只能這樣了；而第二種，則是僅最大可能地去拍攝一張更加清晰的照片，從而找到事物的原本面目：

現有的關於波函數的理論就像是前者的模糊照片，而哥本哈根學派犯了一個巨大的錯誤，就是把模糊的照片（不完備理論）當作現實就是這樣（機率性詮釋）了。固然，這張模糊照片是「正確」的，由於它確實能夠反映出真實世界的某些顏色的大略信息，可是它遠算不上是完備的信息，由於咱們徹底能夠尋求更加完備的理論（更清晰的照片）。不管是愛因斯坦仍是薛定諤，都堅信存在着位於波函數背後的更加清晰的、更加本質的現實。爲了揭示這種現實，咱們必須不能知足於現有的量子力學，而須要更加奮進，尋求新的理論 – 隱變量理論。

最爲著名的，也是最接近成功的隱變量理論是德布羅意-玻姆理論，又叫作玻姆力學。顧名思義，它是由名字中的兩人發展起來的。和哥本哈根顯著不一樣的是，哥本哈根詮釋中強調波粒的互補性，也就是說，對量子系統而言，波動和粒子是兩種互補的性質，它們共同構成了系統的全部性質，然而卻同時是互斥的，不可能在同一個觀測中出現。而玻姆力學則強調波粒的共存。也就是說，在玻姆力學中，除了波函數之外，每一個粒子都像是經典粒子那樣，有着肯定的位置和動量。然而在這裏，波函數再也不是玻恩所詮釋的那樣，是一種機率波，而是做爲一種真實的物理波存在：它是一種引導波。用簡化的直白語言來描述，就是說引導波指引了粒子的運動。也就是說，一個粒子的性質如今就包含了兩部分：一部分是引導粒子運動的引導波，另外一部分就是被引導波引導的、與經典粒子性質相近的粒子。相應地，玻姆力學的方程也就有兩個，一個是引導波在空間分佈和傳播的方程，即薛定諤方程，另外一個是粒子在引導波的引導下的運動方程。於是玻姆力學又被稱爲「引導波理論」。這樣一來，粒子就像是經典粒子那樣，沒必要有不肯定性，也沒必要有機率性，更沒必要在觀察時發生神祕的坍縮。固然，在經典邊界它也就天然而然地變爲經典理論，量子-經典的邊界問題也就天然而然地消失了，完美。

對於雙縫干涉實驗，也就有了很是符合咱們平常經驗的解釋。干涉不是要求必須有某些東西同時穿過兩條縫隙嗎？沒錯，那個同時穿過雙縫的東西就是引導波，而在空間中造成干涉的也是引導波。而粒子則在這種引導波的指引下，沿着肯定的軌跡運動，最終一個一個地到達屏幕，漸漸積累起來造成干涉條紋。一切都那麼簡單天然。當咱們觀察路徑信息時，很天然地只能觀察到一個粒子：由於它原本就是有着肯定的位置的粒子啊。以下圖，就是玻姆力學計算出來的雙縫干涉中全部粒子的可能軌跡：

人們發現，計算結果與實驗結果符合得很是好。

玻姆力學提出了一個符合人們經典直覺的模型，可是它的接受度卻很低，能夠說是跟意識坍縮理論一樣都屬於小衆理論。哥本哈根學派對玻姆力學的主要攻擊點在於，它比裸量子力學多了一個運動方程：粒子在引導波的引導下的運動方程。於是玻姆力學就過於複雜，徹底破壞了量子力學的簡潔。而且，玻姆力學並無提出一個獨立於量子力學的理論預言，它雖然可以重現量子力學的全部預言，可是，在更復雜的理論框架下，卻沒有提出更多的預言。這一點，就連愛因斯坦也不滿意，稱之爲「一張沒法兌現的支票[3]。」 根據奧卡姆剃刀原理，它應該被剔除掉。

然而，咱們站在毫無偏見的角度上對它進行解讀，卻會發現哥本哈根學派的這種指責犯了嚴重的雙重標準的錯誤。首先，玻姆力學雖然沒有獨立於哥本哈根的獨立預言，可是它卻能夠兼容全部的現有實驗結果，一點都不比哥本哈根來的弱。若是咱們把缺少獨立預言做爲一個黑點來指責玻姆力學，那麼一樣的指責也能夠加之於哥本哈根詮釋：由於後者一樣也不能提供獨立於前者的預言！咱們沒有理由對玻姆力學的要求更加苛刻，而對哥本哈根詮釋網開一面。其次，雖然玻姆力學比量子力學多了一個運動方程，可是它卻不須要坍縮的假設，也不須要量子-經典邊界的假設，同理也就不須要在觀察時用到投影假設和玻恩規則。也就是說它用一個額外的方程取消了觀察的特殊地位。於是它並不比量子力學來的更加複雜。沒有理由對它應用奧卡姆剃刀，而放過了根本哈根詮釋中一樣沒法實證的坍縮、量子-經典邊界、以及兩類對立的演化過程。

於是，從這個角度上講，玻姆力學其實不失爲一個很好的物理理論。

可是，愛因斯坦卻對它堅定反對，由於引導波做爲一個波動，必然會受到全局的邊界條件的影響，於是玻姆力學是一個非定域的理論。咱們前面章節曾經提到，經典力學的三大支柱之一就是定域性。玻姆力學雖然拯救了決定論和實在論，可是卻觸碰了愛因斯坦的另一個不可動搖的底線：定域性。

那麼，定域性意味着什麼？愛因斯坦又爲什麼會對定域性這樣在乎呢？

 

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[1] 事實上，他的思想實驗並無直接採用薛定諤貓的套路，可是基本精神是同樣的，這裏爲了有趣，我稍加引伸。

[2] 事實上，在他第二年提出了那個從根基上改變量子力學的理論時，他仍然不爲人所關注，直至沉寂了20多年之後，才被人從新提起。這是後話，咱們後面還會花很大的篇幅介紹他的理論。

[3] 意即該理論承諾了一個肯定的粒子，卻沒有辦法提出一種方法檢驗這種粒子的存在。

發佈於 2018-12-25

 

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