湯姆對量子力學的十大解釋

多年來，人們對量子力學提出了數十種解釋。他們中的大多數試圖解決在量子系統上進行觀察或測量時發生的情況。描述系統狀態的稱為波函數（或狀態向量）的數學公式在進行測量時會被重置，並且數學描述的多種可能性似乎「崩潰」為有形的結果。量子「解釋」試圖解釋為什麼會發生這種崩潰——或者它是否會發生。一些解釋涉及波函數本身是物理上真實的還是僅僅是數學上的東西。

警告：以下的摘要並未反映各種解釋的所有微妙之處，這些解釋經常會隨著時間的推移被支持者甚至原作者修改。我只是傳達一些味道。正如宇宙學家馬克斯·泰格馬克在他的新書中所寫我們的數學宇宙：“對於哪些應該被稱為解釋，甚至還沒有共識。” （各種觀點的擁護者請注意：不要關心它們列出的順序。這裡存在一些量子隨機性。畢竟，這不是 BCS——儘管某種量子解釋的冠軍季後賽可能很有趣.)

10.波姆力學（大衛·博姆）

我不太喜歡這個，但它有很多粉絲，值得一提。由 Bohm 在 20 世紀 50 年代根據 Louis de Broglie 的早期觀點開發，波姆力學描述了在「導波」引導下四處飛行的粒子。這些波告訴粒子要去哪裡。據稱，這種方法使物理學回到了決定論，避免了愛因斯坦所說的「上帝不玩骰子」所譴責的機率。由於實驗已經排除了強化決定論的“隱藏變數”，波姆力學需要一種遠距離作用形式（或“非局域性”）。愛因斯坦也不喜歡這樣。也很難看出波姆力學如何預測與標準量子力學的預測之間的任何實驗差異。愛因斯坦去世前不久表示，他對波希米亞的解釋沒有留下深刻的印象。「這種方式對我來說似乎太便宜了，」愛因斯坦在給物理學家馬克斯·玻恩的信中寫道。

9.隨機演化解釋（很多版本）

這也許不是對量子力學本身的嚴格解釋，因為它改變了數學。在普通量子力學中，波函數（或狀態向量）“演化”，以完全可預測的方式隨時間變化。換句話說，不同結果的幾率可能會發生變化，您可以準確預測它們將如何變化，直到進行測量為止。但多年來，一些物理學家提出，演化本身可以以隨機（或隨機）方式變化，導致自行崩潰。據推測，對於大型（宏觀）物體來說，這種塌縮過程會發生得非常快，而對於亞原子粒子來說，這種塌縮過程會發生得很慢。諾貝爾獎得主史蒂文溫伯格最近研究了這種方法arXiv.org 上的一篇論文中。

8. 量子貝葉斯主義（Christopher Fuchs、Carlton Caves、Rüdiger Schack）

這種有時被稱為“QBism”，採用了貝葉斯統計特定流派的思想，認為機率反映了對如何押注可能結果的個人信念。因此，在這種觀點中，波函數是“個人的”，是個人對系統狀態知識的測量，可用於預測其未來。我在部落格上介紹了它更詳細的資訊在這裡。

7. 多世界詮釋（休‧埃弗雷特三世）

自 1957 年出現以來，多年來一直被忽視，多個世界的詮釋近幾十年來越來越受歡迎。有時被稱為「多重宇宙」解釋，它假設每次進行測量時，所有可能的結果實際上都發生在現實的不同分支中，從而創建了多個平行宇宙。實際上，埃弗里特認為這更像是觀察者分裂成不同的克隆，它們遵循不同的可能測量。無論如何，這很奇怪。

6. 宇宙學解釋（安東尼·阿吉雷和馬克斯·泰格馬克）

一個相對較新的。這描述它的原始論文於2010 年在線發布。基本上，阿吉雷和泰格馬克認為，如果宇宙是無限的，那麼多世界解釋就毫無疑問是正確的，因為將會有無數個平行宇宙，其中量子力學允許的所有結果實際上都會發生。阿吉雷和泰格馬克計算出，結果將依照量子數學計算的機率預測的比例發生。因此，在這種觀點中，他們寫道，“波函數描述了相同量子系統的實際空間集合，而量子不確定性可歸因於觀察者無法在該集合中進行自我定位。”

5. 哥本哈根解釋（尼爾斯·玻爾）

我已經夠大了，還記得當時很少有物理學家挑戰哥本哈根解釋，正如玻爾在 1920 年代末、量子力學的早期（後來由維爾納·海森堡修飾）所闡述的那樣。玻爾認為，測量產生的結果只能用經典物理學的普通語言來描述，因此詢問在某些看不見的「量子」領域中發生了什麼是沒有意義的。你必須指定一個實驗安排來提出一個自然問題，並且你提出的問題在你得到的答案中發揮了作用。這種觀點將海森堡不確定性原理作為一種聲明，不是關於測量的限制，而是關於現實的本質——在進行測量之前，基本粒子根本不存在同時的位置和速度。測量從多種可能性（或海森堡的語言中的潛在現實）中進行選擇。玻爾解釋了假設的悖論，例如粒子表現為波和波表現為粒子，作為自然的相互排斥但「互補」的方面。

4. 一致的歷史（羅伯特·格里菲斯）

1984年由Griffiths先提出一致的歷史解釋將經典物理學視為量子力學的近似，而量子數學可用於計算大規模現像以及亞原子現象的機率。機率不是指測量結果，而是指系統內的物理狀態。格里菲斯強調量子物理學中多種可能現實的「不相容性」。他指出，你可以選擇從不同側面拍攝一座山的照片，但可以將這些照片組合起來，使一張照片與山的現實完全一致。然而，在量子物理學中，您可以選擇要測量的屬性（例如粒子的速度或其位置），但您無法組合兩個測量來給出粒子的預測現實的一致圖像。在進行測量之前，不存在同時存在的真實位置和動量。同樣，薛丁格的貓不存在同時生與死的真實物理狀態。波函數可以描述這種狀態的事實僅僅意味著波函數只是用於計算事件序列或歷史的機率的數學構造。在現實生活中，這些事件序列將會講述一個一致的故事。

3. 量子達爾文主義（沃伊切赫·祖雷克）

在某些方面與一貫的歷史相似，祖雷克的量子達爾文主義強調退相干的作用。這是當系統與其環境相互作用時消除多種可能的量子現實的過程。當空氣分子或光子從物體反彈時，它們的軌跡記錄了物體的位置；很快只有一個位置與環境中記錄的資訊保持一致。因此，自然相互作用產生了一種屬性的“自然選擇”，這些屬性以觀察者可訪問的多個副本記錄在環境中。這樣觀察者就可以就宏觀物體的特定位置達成一致，而不是同時選擇多個位置。

2.退相干史（墨瑞蓋爾曼和詹姆斯·哈特爾）

格里菲斯一貫歷史的變體、蓋爾曼和哈特爾的解釋（1989 年提出）強調退相干，祖雷克的量子達爾文主義也是如此。但蓋爾曼和哈特爾認為，整個宇宙可以被認為是沒有外在環境的量子系統。因此，退相干發生在內部，產生了他們所謂的「準經典域」——一組一致的歷史，這些歷史在退相干所施加的粗粒度水平上無法區分。我討論過更詳細的資訊在這裡。