現代物理學中最令人尷尬的一張圖表

2020-12-05 博科園

我想我可以有把握地說,沒有人理解量子力學。—— 費恩曼

現代物理學的兩大支柱之一——量子力學是在1920年代被建立起來。到了1932年,約翰·馮·諾伊曼第一個嚴謹地構建了量子力學的完備數學表述體系,現在被稱為狄拉克-馮·諾伊曼公理體系(這一理論體系是在其專著《量子力學的數學基礎》中提出的)。自此,量子力學通過了所有的實驗檢驗,成為了現代物理學最重要的理論。如果沒有它,有許多現象都無法解釋。

但是,我們仍然沒有完全理解它。

2013年,在一次有關量子力學的會議上,有33個與會者(包括物理學家、哲學家和數學家)參與了一次調查【1】。他們詳細回答了精心挑選的16個關於量子力學基礎的問題的意見。其中第12個問題是對量子力學詮釋的看法,投票結果如下:

△ 你最喜歡的量子力學詮釋是什麼?(圖片來源:M. Schlosshauer et al.)

有42%的人都選擇了哥本哈根(Copenhagen)詮釋,這是量子力學最傳統的圖景。在量子力學課堂上,哥本哈根詮釋通常也是唯一被提到的,它利用薛丁格方程精確地預言了量子實驗的結果。物理學家Sean Carroll為此在他的博客中寫了一篇題為《現代物理學中最令人尷尬的一張圖表》的文章【2】。他認為只要是有真正深入思考這一問題的人都會發現哥本哈根詮釋面臨著一些問題。而他個人更偏向於埃弗雷特(Everett)的多世界詮釋。當然,他認為最尷尬的是物理學家之間沒有一致的看法。

幾年過去了,可想而知,這個局面並沒有得到改善。在最新的一個調查中【3】,有149個人參與了此次的回答,同樣的問題結果如下:

(圖片來源:S. Sivasundaram)

有39%的人選擇了哥本哈根詮釋,25%了選擇了其它的可能性(包括埃弗雷特詮釋、德布羅意-玻姆理論、量子貝爾斯模型、系綜詮釋等),以及36%的人沒有任何偏愛。此外,這裡面的很多詮釋,不僅僅是讀者,包括一些物理學家都不知道它們究竟描述的是什麼,以至於無法給出自己的意見。甚至有一個物理學家認為這樣的調查完全沒有意義,純屬浪費時間。

為什麼會有物理學家不去認真的去思考這個問題?為什麼有些人甚至都不關心量子力學的詮釋?打開比方,如果你想要成為一名優秀的賽車手,你並不一定要去完全理解車的內部工作原理。雖然可能會有幫助,但不是必須的。因此,物理學家也不總是需要理解量子力學的詮釋,他們只需要知道如何去應用它,以及如何解方程就可以了。沒人有對量子力學的預言有任何的異議。但這也是尷尬的地方,身為一名物理學家,怎麼可以對世界究竟是如何運作的不感興趣?

但隨著實驗技術的不斷發展,我們也在不斷地推向極限,這也會迫使更多的人更加重視這個問題。至少,我們可以預期在這個世紀會有一個完美的答案出現。

文/大大 原理(principia1687)

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