波场的公认解释

从某一时刻物体的位置和运动状态，牛顿运动定律可以给出它们此前和此后所有时刻的位置和运动状态。同样，从某一时刻的波函数，薛定谔方程可以给出将来所有时刻和过去所有时刻的波函数。从这个意义上说，量子理论像经典物理学一样是确定性的。但量子力学，即理论加实验观察，具有内在的随机性。这些随机性由“观察”引起，属于理论内部无法解释的东西。

我们在接下来几页中要讨论的东西可能会令人糊涂。这是因为它很难被相信。波场的公认解释对物理实在的常识观念构成挑战。它以一种量子之谜呈现在我们眼前。

某个区域的波场是特定位置上发现该对象的概率。我们必须小心：波场不是对象处于某一地点的概率。这二者有关键性区别！在你发现它在那儿之前，该对象不在那儿。你可以选择干涉实验来证明波场在广泛区域的传播。你知道你可以做干涉实验，那是因为实际上你用其他对象以完全相同的方式做过。

你可能已经在这种情形下作出那样的选择。你不经意看了一下，结果就导致它出现在某个地点。按照量子力学的标准看法，即哥本哈根学派的解释（见第10章），“观察”不仅扰动了待测对象，实际上观察也产生了测量结果。后面我们会详细讨论什么东西被认为是可能的“观察”。

波场是概率，虽然我们有必要将波场，或曰量子概率，与古典概率进行对比，但二者形似实则不同。我们从一个古典概率的例子开始谈起。

在节日晚会上，一位说话快但手更快的魔术师做了个扣碗游戏。他把一粒豌豆倒扣在两个碗的其中一个之下。经过快速挪移，你的眼睛便搞不清是哪个碗下有豌豆了。豌豆在两个碗下出现的概率是相同的——每个碗下出现的概率均为1/2。这意味着我们有一半的机会发现豌豆在比方说右边的那个碗下。两个碗下出现的概率的总和为1（1/2+1/2=1）。两种可能性的总和概率为1对应于确定性事件，即你肯定能在其中的一个碗下发现豌豆。

魔术师一边挪着碗一边巧舌如簧地聊着天，希望你能下注，猜中有奖。这之后他揭开了右边的碗。假设你看到了豌豆，那么豌豆在右边的碗下这一事件瞬间就变成了确定性事件。左碗的概率“坍缩”到0，右碗的概率为1。即使左碗被挪到城市的另一端，但只要右碗被揭开，左碗概率坍缩到0的事实便瞬间完成。概率的改变如此之快并不受距离远近的影响。

这种机会游戏基本上说明白了量子波场所代表的东西。（至少对于我们中那些学过概率知道答案的人来说是清楚的。）事实上，在薛定谔公布他的方程后仅几个月，马克斯·玻恩便提出了现在公认的概念：一个区域内的波场是在其中发现该整个对象的概率。玻恩的这一假设将我们的实际观察结果（在特定位置找到整个对象）与量子理论给出的波场的数学表达式联系起来。如同扣碗游戏的概率一样，当我们找到对象的所在位置时，它的波场在该位置瞬间“坍缩”到1，而在其他位置上的概率为0。

然而，扣碗游戏所代表的古典概率与波场所代表的量子概率之间存在着重大区别。古典概率是对一个人的知晓程度的陈述。在扣碗游戏中，你不知道哪个碗下有豌豆，因此每个碗的概率是1/2。但魔术师知道答案。对于他，概率是不同的。

古典概率代表一个人的知晓状况，但这不是故事的全部。因为这里除了知晓状况（概率）外，物理上是有真实东西存在的——其中一个碗下真有一粒豌豆。如果有人偷看，看见豌豆在左碗下，那么相对于我来说，他的概率就是确定的。但对他的朋友来说，每个碗下出现豌豆的可能性仍然是1/2。古典概率是主观性的。

另一方面，量子概率——波场——则是神秘的客观性的，它对每个人都是一样的。波函数就是整个故事：按照标准的量子描述，原子除了原子波函数，啥都不是。正像主流量子物理学教科书所述的那样，“原子波函数”就是“原子”的同义语。

如果有人看一个特定地点，碰巧看到了原子，那么这一看便使原子的扩散波场整个地“坍缩”到特定地点。这以后该原子对所有人来说都存在于该点。（如果他看了看，发现那儿没原子，那么那个地点对所有人来说都没有原子。）如果有人在一个特定的地点观察到原子，那么第二个观察者观察不同的地点时就一定找不到原子。然而，在第一个观察者使波场坍缩到一点之前的瞬间，该原子的波场还是存在于不同地点的。量子理论之所以坚持这一点，是因为干涉实验本可以建立该原子的波场来显示其在那里的存在。（这段话肯定令人糊涂，但当我们描述了导致这些结论的实验之后，情况就会变得清晰起来，但这个谜团仍将存在。）

在特定的地方观测到一个原子，难道这个原子是观察产生的？是的。但我们必须小心。我们正遇到某种有争议的概念：“观察”。标准观点（或称哥本哈根学派的解释，有时也被称为物理学“正统”观点）认为，无论何时，发生在小的、微观对象上的观察会影响到大的、宏观对象。例如，如果一个原子引起闪烁屏上的某个地方闪光，按照哥本哈根学派的解释，这个宏观的屏就会使该原子广泛传播的波函数“坍缩”到屏上的那个点。

然而，当原子打在屏幕上之前瞬间，它还是一个广泛传播的波。击中屏幕后，它立即以某种方式变成一个集中于特定地点的粒子。我们可以通过观察发现它在那儿。因此，我们可以说，屏幕已“观察到”该原子。这是一种很好的解释，至少从实用目的来看是如此。不过，我们感兴趣的是超越单纯的实用目的的那些所发生的事情。

我们一直在谈论原子，因为量子理论就是由处理微观客体发展起来的。但量子理论是全部物理从而也是全部科学的基础，它可以运用到大如宇宙的对象上，也可以与心灵发生亲密接触，尽管这样做还存在争议。 nJ/8dLU7Vwgpvqdy1LRTvsrzjOQeVbj2fLay2r6ijSI54xBJsgaqYr0kapAzmqEb