量子力學的本質目前還無法回答！難道概率就是現(xiàn)實的基礎嗎？

量子力學可以說是人類有史以來最成功的理論，繼而引發(fā)了電子革命，盡管量子力學在應用上已經(jīng)取得了巨大的成就，但是量子力學的本質依舊存在爭議，這主要由于我們還無法認清波函數(shù)的本質，而波函數(shù)又引申出現(xiàn)實世界真實性的爭論。

所以了解波函數(shù)的本質，對幫助我們了解現(xiàn)實的本質至關重要！

現(xiàn)實世界并不只是我們看得見摸得著的宏觀物質。如果我們將這些宏觀物質的尺度縮小到原子之下，就會發(fā)現(xiàn)這時候的世界就開始變得模糊。由于微觀粒子沒有明確的形狀，界限以及位置，它們更像是波，所以微觀世界很難看得“清楚”。

在標準模型，我們已經(jīng)找到了61種基本粒子，以目前的理論來看，構成物質的像素點至少是基于這61種基本粒子而來的（包括反物質），基本粒子是一種不可再分的粒子，也就是說沒有內部結構，所以也被稱為量子，或者嚴格一點說，基本粒子的內部結構暫時不知。

我們常常將基本粒子理解成點狀形態(tài)，事實上，基本粒子就沒有明確的形狀，按照 德布羅意 物質波的說法，所有物質都具有波動性，越接近基本粒子的物質，其波動性越顯著，而基本粒子的波動性已經(jīng)達到極致，它們在空間表現(xiàn)上更像是波。

正是由于基本粒子都是波，所以在描述基本粒子的運動規(guī)律時就特別麻煩，它們既沒有明確的位置也沒有明確的動量。所以無法用類似宏觀世界的力學知識解釋這種運動。

直到薛定諤，才搞出來了一個方程用于描述這種波動性。這就是薛定諤方程。

薛定諤方程的聰明之處就在于，它拋棄了描述物質運動的傳統(tǒng)思維。既然你基本粒子沒有明確的位置和形狀，那好，我繞過這一點。基本粒子即便是波，也總有動能和勢能。所以你的動能加上勢能就是你的總能量。而基本粒子的動能和勢能又隨著波的變化的改變，所以就需要在動能和勢能中引入波動變化的波函數(shù)。

粒子的波函數(shù)用希臘字符ψ表示，波函數(shù)具有一定的值，而這個值取決于粒子所處的狀態(tài)。

如果我們能知道一個粒子的波函數(shù)，那么根據(jù)薛定諤方程，我們就能得知在某一位置找到這個粒子的可能性，和粒子運動的快慢，以及能量。

至于基本粒子到底是如何運動的，就要歸結于它的波函數(shù)，但波函數(shù)到底是什么，目前還具有比較大的爭議。

很多人一聽到波函數(shù)，就首先會聯(lián)想到水波，空氣波這樣的機械波。可機械波的本質只是分子之間的電磁作用，比如水分子依靠電磁作用將力傳導給另一個水分子，在宏觀層面來看，這種力的傳導就會呈現(xiàn)出一種波形。嚴格來說，機械波并不客觀存在的實體，它們只是電磁作用的一種表現(xiàn)形式。

與機械波不同的是，微觀粒子呈現(xiàn)的波卻實實在在代表的是客觀實在，由于微觀粒子本質上就是波，所以從某種程度來說，粒子的波函數(shù)就是粒子的客觀實在。

對于粒子的波函數(shù)來說，它也具有振幅。和機械波不同的是，粒子的波函數(shù)振幅往往是復數(shù)，這就意味著，振幅存在虛數(shù)項。

之所以波函數(shù)存在虛數(shù)項，主要取決于相位和量子疊加。你可以簡單理解成由于粒子可以同時處于多個位置（量子態(tài)），所以振幅也就可以出現(xiàn)虛數(shù)值。

其實這個虛數(shù)項在波函數(shù)中并沒有什么實質上的物理意義，但是虛數(shù)項的平方會得到一個實數(shù)，而這個實數(shù)卻是可以測量到的真實值。

一開始，薛定諤認為，這種波函數(shù)模的平方代表的是粒子在空間上的密度，而粒子并不是明確的實體，就像云一樣，在不同的地方密度會不同，密度大的時候，就表現(xiàn)的像個粒子，密度分散開來就像是波。

后來，薛定諤這種以密度詮釋波函數(shù)的說法被玻恩否定。

并且給出全新的解釋，玻恩認為波函數(shù)模的平方不是粒子的密度，恰恰相反，波函數(shù)的平方告訴我們在那一個空間上找到粒子的概率大小。

某一空間的平方值越大，那么找到粒子的概率就越大！所以波函數(shù)模的平方也被解釋成概率幅。波函數(shù)的物理意義也被理解成概率波，這就是玻恩定則，也叫玻恩公設。

玻恩定則是利用概率統(tǒng)計學對波函數(shù)的一種詮釋，目前已經(jīng)得到主流學界的認可，且早已被引入到教材中！

按照玻恩對波函數(shù)的詮釋，如果我們觀察粒子，并不能確定在某一特定位置上會找到它，而只能確定粒子可能出現(xiàn)在某一位置的概率為多少。我們永遠無法確定粒子在哪。況且波函數(shù)也會隨著時間而變化，這就意味著粒子在某一個位置出現(xiàn)的概率也會變化！

所以，即便是相同的波函數(shù)，在同一個位置找到粒子的概率也是或大或小。正如物理學家羅蘭?奧姆內斯 所說的一樣：“波函數(shù)是制造概率的機器”。

事實上，我們如今已經(jīng)可以很好地利用理論描述粒子的運動規(guī)律，且理論預測的十分精確。但這一切都得依靠我們去看（測量）。

如果我們不去看（測量），那么粒子依舊還是以概率的形式出現(xiàn)在空間上的某一位置嗎？或者說，我們不去看（測量），粒子就不存在？

包括物理學家在內的大部分人，通常情況下會認為，只要我們不去觀測粒子，那么粒子就會同時處于多個位置，量子力學的課本也是這樣教的。但這樣的解釋也只是一種可能性的猜測。

因為波恩定則詮釋的波函數(shù)只是告訴我們測量結果和概率有關！測量結果只是量化粒子運動規(guī)律的一種數(shù)學機制，但這并沒有告訴我們波函數(shù)的本質是什么。

粒子出現(xiàn)在特定位置的概率只是測量結果，基于這種結果，我們常常會以還原論的思維推理出，即便不去測量粒子，它依然是以概率出現(xiàn)在空間中的。

可問題是，我們無法確定這種反向推理是否可行！事實上，還可能存在其他可能性，那就是如果不去測量粒子，粒子直接就會消失，或者說壓根就不存在呢？

當然，這并不意味著我們不去觀測粒子，粒子就真的不存在。這只是一種可能性的解釋！畢竟量子力學的反常識現(xiàn)象實在太多了，在這一點上敏感一些并不是什么壞事。

所以當波爾第一次提出這樣的想法時，就遭到了愛因斯坦的反對，并且反駁到：我無法相信月球的存在只是因為一只老鼠看著它。

事實上，愛因斯坦是否說過這句話還存有爭議，目前也很難考證。

但是“沒人看月亮，月亮還存在嗎”這樣的疑問，卻延伸出量子力學對物理現(xiàn)實的描述是否具有完備性的爭論。感興趣小朋友們可以搜索大貝爾實驗！

對于“沒人看月亮，月亮還存在嗎”這樣的爭論一直是營銷號嘩眾取寵的重災區(qū)。

在這里，我有必要澄清一下

首先我們說的“看”指的是測量，嚴格來說是外界能量干擾波函數(shù)，比如我們看到月球，是太陽的光子打到月球上，月球再反射光子進入到人眼！

而至于月球反射的光子能否會抵達到人眼并不重要，重要的是太陽光子已經(jīng)對構成月球的粒子波函數(shù)造成了事實上的能量干擾了，也就是測量。

所以月球是否存在和人看不看月球沒有關系。當然，在哲學上或者非主流的量子力學詮釋中可能是有關系的。

第二點，月球是宏觀物質，宏觀物質在理論上雖然也具有量子效應，但是由于量子退相干效應，月球的量子效應幾乎消失殆盡，月亮本來就是確定的，其波函數(shù)完全可以忽略不計。如果不考慮某些哲學觀點，看不看月亮，月亮一定是存在的。

所以這句話就和薛定諤的貓一樣，只是將微觀世界的量子效應拓展到宏觀世界時的通俗但不嚴謹?shù)目破铡?/p>

回到一開始的問題，量子力學目前的確還無法回答在測量之前，粒子是否還存在的爭論。

即便是做實驗也無法解答這一問題。

就以最經(jīng)典的電子雙縫干涉實驗為例。如果只發(fā)射一個單電子，它抵達熒屏時，就會表現(xiàn)成點狀圖案，這是因為電子和熒屏撞擊就相當能量干擾，導致電子的波函數(shù)坍塌，所以電子的波動性消失，才在熒屏上留下粒子性的點狀！

而我們要想知道電子在抵達熒屏前到底是什么樣，就只能在熒屏前加一個測量裝置，而一測量，電子同時又變成粒子性。所以不管我們怎么搞，電子永遠都是呈現(xiàn)給我們波函數(shù)坍塌之后的狀態(tài)。

至于波函數(shù)在坍塌之前是什么樣，沒有人知道。

所以就有物理學家感慨：大自然貌似阻止人類窺探粒子真實的樣子

探尋波函數(shù)的本質也是了解現(xiàn)實世界起源的基礎。出于人類本能的探索欲，物理學家才對這一問題前赴后繼的研究，可目前依舊無解。

而如今，物理學已經(jīng)轉變了思路，既然我們不知道波函數(shù)在坍塌之前是什么樣，但我們能知道它坍塌的結果。而結果和起初的狀態(tài)是通過坍塌的這一過程來銜接的。或許我們只要搞懂波函數(shù)坍塌的物理過程，就會搞清楚波函數(shù)原本的樣子。

目前主流學界關于波函數(shù)坍塌過程有四種解釋

最經(jīng)典的說法是哥本哈根學派的詮釋。該學派認為測量行為和波函數(shù)坍塌應該視為一個整體的系統(tǒng)，測量即坍塌。所以不應該將測量行為獨立于坍塌之外。

但在其他學派看來，哥本哈根學派永遠只是描述現(xiàn)象，從不直面本質。

第二種比較流行的詮釋是羅杰?彭羅斯提出的引力坍塌。

這種詮釋認為，如果一個量子物體處于多個位置的疊加狀態(tài)，每個位置狀態(tài)都會通過它們的引力相互作用“感覺”到其他的位置狀態(tài)。就好像這種引力導致物體測量自己，迫使它坍縮。

第三種詮釋是自發(fā)坍塌說，簡稱GRW模型。

GRW模型認為，波函數(shù)坍塌是自發(fā)進行的，因為波函數(shù)總是會受到某些未知因素的干擾，這些干擾就會誘導波函數(shù)自發(fā)的坍塌成可觀測的狀態(tài)之一，也就是本征態(tài)。自發(fā)坍塌的快慢取決于量子系統(tǒng)的尺度。如果系統(tǒng)尺度比較小，比如說 次原子粒子，那么它自發(fā)坍塌的時間就比較長，所以很長時間都會保持波函數(shù)原來的狀態(tài)。

而如果系統(tǒng)十分大，比如說宏觀物質，那么系統(tǒng)內的波函數(shù)就會瞬間坍塌。GRW也是解釋宏觀物質為什么沒有量子效應（量子退相干）的理論之一。

第四種詮釋則是馮諾依曼-維格納詮釋。也就是著名的意識假說。

馮諾依曼認為，量子力學不但對微觀粒子有效，對宏觀的測量儀器乃至于觀察者同樣有效。也就是說，不存在所謂的經(jīng)典世界和量子世界的邊界，它們都是由量子力學描述的。一切宏觀物質都是由量子微粒構成，因此我們必須假定即使是宏觀物體，也會遵循量子力學規(guī)律，所謂的宏觀物質也是大量粒子在一起顯示出來的涌現(xiàn)現(xiàn)象。意識的變化必然會引起微觀粒子量子狀態(tài)的改變。而目前我們對意識的本質知之甚少。

所以意識可能就是唯一一個不遵守量子規(guī)則的因素。而波函數(shù)坍塌的過程也是神秘莫測的，這樣的過程必然是由另一種獨立于規(guī)則之外的因素引起的。而目前來說，只有意識符合這樣的要求。所以是意識引起的波函數(shù)坍塌。

關于波函數(shù)坍塌的詮釋還有很多，比如多世界詮釋，但是這些過于小眾，感興趣可以自己查閱資料。

但不管如何，對波函數(shù)坍塌機制的研究，最后還得利用實驗來驗證，而最經(jīng)典的實驗莫過于電子的雙縫干涉實驗。

所以費曼才將雙縫干涉實驗稱為量子力學的核心難題。于是說了一句：“沒人懂得量子力學”。

很多人對這句話存在誤解。

費曼真正的意思是，我們只能用理論計算波函數(shù)坍塌的結果，卻不知道波函數(shù)坍塌的過程，而這一過程正是量子力學的核心謎團。而目前沒有人知道這個核心謎團的內幕。

關于這一點，固態(tài)物理學家大衛(wèi)?莫明說出了那句著名的“Shut up and calculate”，也就是著名的“閉嘴計算”。

通俗一點說，大衛(wèi)?莫明的意思是：不要關心這該死的波函數(shù)坍塌的時候，到底發(fā)生了什么，這是超出我們觀測能力的徒勞思考，從事 物理研究的科研人員也不要在這一點上浪費時間，粒子在觀察前 愛是什么樣就是什么樣，反正我們也無能為力，我們要做就是利用量子力學發(fā)展科學技術，改造世界。量子力學能準確的預測結果就行了，剩下就是理論指導實踐，讓科學造福人類。

當然大衛(wèi)?莫明并不是反對物理學家研究量子力學的本質，而是討厭一味只用哥本哈根學派詮釋波函數(shù)的本質，從而浪費很多物理學家的時間和精力。雞蛋不能只放一個籃子里，我們要做的是多種量子理論同時發(fā)展！

最后總結一下，我們感受到的現(xiàn)實世界是基于波函數(shù)坍塌之后的結果，可波函數(shù)坍塌之前的本質我們還暫且不知。所以現(xiàn)實世界是真實的嗎？