物理学理论预言了你会在实验中看到什么。这里“实验”是指任何具体情形。不管是扔一个球,还是行星的运动,经典物理学都能够告诉我们球或行星在任意时刻的实际位置,即使这些客体没被观察到。这样的预言也存在不确定性,它可能是指可能位置的一个范围。虽然预言可能是概率性质的,但对象被认为确实存在于某个具体位置。所以,经典物理学中的概率是指我们主观上的不确定性。
而另一方面,量子力学在本质上就是概率性质的。概率就是全部。量子物理学并不能告诉你一个对象出现在某地点的概率,而是告诉你这样一种概率:如果你看某个地点,你能在该位置观察到对象的概率。在你观察之前,对象没有“实际位置”。在量子力学中,对象的位置不独立于你对该位置的观察。被观察的对象与观察者是不可分的。
让我们看看关于量子概率的两种态度。
“一切OK”的态度:波场是你将观察的对象的概率。是的,它取决于你如何观察。你可以直接看对象,证明它是一个出现在某一地点的致密对象;你也可以做干涉实验,证明它是一个广泛传播的对象。在这两种情况下,量子力学都能正确预测出你实际做实验能够取得的结果。由于正确的预测是我们始终需要的,因此从实际目的上看,这是没有问题的。在第10章里,我们将捍卫这种有用的务实态度——哥本哈根学派的解释。
另一方面,还有一种“百思不得其解”的态度:这个理论只给出了波场。它是一个超出薛定谔方程的假设。玻恩的解释告诉我们,观察使得扩展波场坍缩到一个具体的位置上,我们碰巧在此发现了对象。
难道大自然的根本大法——薛定谔方程——就仅提供概率?爱因斯坦认为,对于对象被发现的特定位置一定存在一种基本的、确定性的解释——“上帝不掷骰子”。(玻尔建议爱因斯坦不要告诉上帝来如何运行宇宙。)
爱因斯坦不认为随机性是量子力学的严重问题,尽管这多少援引了神学评论。令爱因斯坦、薛定谔和当今更多的专家不安的,是量子力学断然否定物理实在。或换言之,是观察者的观察选择居然能影响先前的物理状况。根据量子理论,在我们观察前,某地不存在实际的原子;是我们的观察使得“波函数坍缩”,从而发现那儿有一个原子。但存在实际的原子和由原子构成的实际事物,不是吗?
在有薛定谔方程之前的20世纪20年代初,我们可以将光与物质显示为传播的波或凝缩粒子的集合这一事实令人非常不安。人们希望能找到一种尚未被发现的基本理论来给出一个合理的解释。到20世纪20年代后期,有了薛定谔方程,基本理论似乎已经在手。但这个谜团却变得更加令人不安。