爱因斯坦|物理大师的困惑：概率从何而来？( 二 )
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（图源：ck12.org）
于是 ， 人们不再思考波函数 ， 而转向思考概率 ， 概率是什么呢？当然是从琢磨经典定义的“概率”开始 。 概率给世界带来了不确定性 ， 它可以定义为对事物不确定性的描述 。
然而 ， 在经典物理学的框架中 ， 不确定性是来自于我们知识的缺乏 ， 是由于我们掌握的信息不够 ， 或者是没有必要知道那么多 。 比如说 ， 当人向上丢出一枚硬币 ， 再用手接住时 ， 硬币的朝向似乎是随机的 ， 可能朝上 ， 可能朝下 。 但按照经典力学的观点 ， 这种随机性是因为硬币运动不易控制 ， 从而使我们不了解（或者不想了解）硬币从手中飞出去时的详细信息 。 如果我们对硬币飞出时每个点的受力情况知道得一清二楚 ， 然后求解宏观力学方程 ， 就完全可以预知它掉下来时的方向了 。 换言之 ， 经典物理认为 ， 在不确定性的背后 ， 隐藏着一些尚未发现的“隐变量” ， 一旦找出了它们 ， 便能避免任何随机性 。 或者说 ， 隐变量是经典物理中概率的来源 。
那么 ， 波函数引导到量子物理中的概率 ， 是不是也是由更深一层的“隐变量”而产生的呢？
这个问题又使得物理学家们分成了两大派：一是爱因斯坦为首的“隐变量”派 ， 认为“上帝不会掷骰子！” ， 一定是隐藏于更深层次的某些隐变量在起作用 ， 使得微观世界看起来表现出不确定性 。 另一派则是以波尔为首的“哥本哈根学派” ， 他们认为不确定性是微观世界的本质 ， 没有什么更深层的隐变量！正是这个分歧 ， 导致了爱因斯坦和波尔之间的“世纪之争” 。
1935年 ， 爱因斯坦针对他最不能理解的量子纠缠现象 ， 与两位同行共同提出著名的的EPR佯谬[2] ， 试图对哥本哈根诠释做出挑战 ， 希望能找出量子系统中暗藏的“隐变量” 。
爱因斯坦质疑量子力学主要有三个方面：确定性、实在性、局域性 。 这三者都与 “概率之来源”有关 。 如今 ， 爱因斯坦的EPR文章已经发表了80余年 ， 特别在约翰·贝尔提出贝尔定理后 ， 爱因斯坦的EPR悖论有了明确的实验检测方法 。 然而 ， 令人遗憾的是 ， 许多次实验的结果并没有站在爱因斯坦一边 ， 并不支持当年德布罗意-玻姆理论假设的“隐变量”观点 。 反之 ， 实验的结论是：没有隐变量 ， 不确定性是世界的本质 。
量子力学创始人之一的海森堡 ， 给出了微观世界的不确定性原理 。 这个原理表明 ， 粒子的位置与动量不可同时被确定 ， 位置的不确定性越小 ， 则动量的不确定性越大 ， 反之亦然 。 不确定性原理被无数实验所证实 ， 这是微观粒子内秉的量子性质 ， 反映了世界不确定的本质 。
世界本质上是不确定的 ， 这个结论使得当年拉普拉斯有关决定论的宣言变成了一个笑话 。 实际上 ， 我们仔细想想 ， 还是非决定论容易理解 。 试想 ， 某个科学家在某天出了个意外的车祸死去了 ， 难道这是预先（他生下来时）就决定了的结果吗？当然不是！除了量子论揭露了世界的本质是非决定论的之外 ， 对非线性导致的混沌理论的研究 ， 也支持非决定论 。 混沌理论解释了：即使是决定性的系统 ， 也有可能可能产生随机的、非决定性的结果！
承认非决定性不难 ， 难的是进一步解释下去 。 波函数的概率解释在理论上导致对概率本质的思考 。 而量子力学中的实验测量也使物理学家们困惑 。 微观世界是不确定的 ， 宏观现象又都是确定的 ， 如何从不确定的微观衔接过渡到确定的宏观？量子力学认为微观世界中粒子的状态是“叠加态” ， 是一种概率叠加态 。 而实验测量不到叠加态 ， 只能得到某个确定值的“本征态” ， 这里的解释方法之一就是所谓的“波函数坍缩” ， 即“叠加态的波函数以某种概率塌缩成了本征态的波函数” 。
参考资料
[1] The Trouble with Quantum Mechanics ， Steven Weinberg ， The NewYork Review of Books ， January 19, 2017 Issue
http://www.nybooks.com/articles/2017/01/19/trouble-with-quantum-mechanics/
[2] Einstein,A.; Podolsky, B.; Rosen, N. (1935). "Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?". Physical Review. 47 (10):777–780.
来源：赛先生
【爱因斯坦|物理大师的困惑：概率从何而来？】编辑：小林绿子
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