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「物理」没有人真正理解量子力学，包括你( 二 )


没有人理解量子力学
那么 ， 为什么连著名的物理学家都一再声明量子力学是无法理解的呢？
量子力学的核心概念是波函数 。 在量子力学中 ， 一切都是由波函数描述的 。 波函数是形容基本粒子的 ， 而基本粒子又组成了一切 ， 所以一切事物都是由波函数来形容 。 所以有电子的波函数 ， 原子的波函数 ， 猫的波函数等等 。 严格地说 ， 一切事物都有量子行为 ， 只是在日常生活中大多数量子行为是观测不到的 。
问题是 ， 没有人知道为什么当人们试图测量量子效应时 ， 量子效应会消失 。 自从物理学家们提出量子力学以来 ， 这个“测量问题”就一直困扰着他们 。 部分谜题都已得到了解决 ， 但对这一部分的理解仍不令人满意 。
「物理」没有人真正理解量子力学，包括你
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隐变量：掷骰子的结果是无法预测的 ， 因为它对细节（例如手的动作）敏感 。 由于这部分信息未知 ， 因此对于实际目的 ， 掷骰子是随机的 。 这是如何理解量子力学的方法 。 如果缺少信息 ， 则可以进行量子测量的结果 。
为了了解这个问题 ， 假设你有一个粒子和两个探测器 ， 一个在左边 ， 一个在右边 。 如果将粒子向左发送 ， 则左检测器会发出滴答声 。 如果将粒子向右发送 ， 则右检测器会发出咔哒声 。 但在量子力学中 ， 你可以做的不止这些：你可以让一个粒子同时处于两种状态 。 例如 ， 你可以通过分束器（beam-splitter ）发射粒子 ， 这样之后它就可以既向左运动又向右运动 。 物理学家说粒子是左右“叠加”的 。
但是你从来没有观测到过一个处于叠加态的粒子 。 对于这样的叠加态 ， 波函数并不会告诉你一定会测量到什么 ， 你只能预测你测量结果的概率 。 假设它预测到向左的概率是50% ， 向右的概率也是50% 。 这样的预测对于一组粒子或一系列重复测量是有意义的 ， 但对于单个粒子却没有意义 。 探测器要么发出咔嗒声 ， 要么不发出咔嗒声 。
数学上 ， “发出咔嚓声或不发出咔嚓声”要求我们在测量瞬间改变它的波函数 ， 这样在测量之后 ， 粒子在确实测量到它的探测器中百分之百地存在 。
量子力学不可能是自然界运行的最基本的规则 ， 我们要超越它才行 。
这种改变（也称为波函数的“塌缩”）是瞬时的 ， 它在任何地方都同时发生 。 这似乎与爱因斯坦的光速是信息传播速度的极限相冲突 。 然而 ， 观测者不能利用这一点来发送比光还快的信息 ， 因为观测者无法控制测量结果是什么 。
事实上 ， 测量更新的同时性并不是主要问题 。 主要的问题是 ， 如果量子力学像大多数物理学家所相信的那样是一种基本理论 ， 那么测量更新应该是多余的 。 毕竟 ， 探测器也是由基本粒子组成的 ， 所以我们应该能够计算出在测量中发生了什么 。
不幸的是 ， 我们不仅不知道如何计算探测器被粒子击中时的行为 ， 除非我们只是假设测量会导致波函数的突变 ， 更糟的是 ， 我们知道这是不可能发生的 。
「物理」没有人真正理解量子力学，包括你
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我们知道 ， 如果没有波函数的塌缩 ， 就不可能正确地描述量子测量 ， 因为测量过程比不观察波函数时的行为更复杂 。 测量过程的主要作用是消除可测量结果的叠加性 。 相反 ， 一个没有被测量的波函数才会处于叠加态 ， 这根本不是我们观察到的结果 。 我们从来没有遇到过同时发出咔哒声和不发出咔哒声的探测器 。
这在形式上意味着 ， 虽然量子力学是线性的（保持叠加） ， 但测量过程是“非线性的” ， 它属于比量子力学更复杂的一类理论 。 这是改进量子力学的一条重要线索 ， 但几乎完全没有人注意到 。
相反 ， 有些物理学家认为波函数并没有描述单个粒子的行为 ， 从而扫除了量子测量的难题 。 他们认为波函数描述的不是粒子本身 ， 而是观察者对粒子行为的了解 。 当我们进行测量时 ， 这些知识应该得到更新 。 但关于这些知识是什么 ， 你不应该问 。


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