世界是客觀存在的,是不以人的意志為轉移的,這是我們所知的基本常識。
當一位朋友給我們遞來一杯水,這杯水是熱的就是熱的,是涼的就是涼的,並不會因為我們的意願而發生變化。在宏觀世界中,這是一件理所當然的事情,但在微觀世界,情況就完全不同了。不要覺得微觀世界離我們很遠,因為我們所生活的宏觀世界就是由微觀世界所組成的,而微觀世界又似乎遵循著一套與我們認知截然不同的規則,而這套規則就是量子力學。
然而量子力學從誕生開始就一直存在著爭議,而爭議的雙方是以愛因斯坦和薛丁格為代表的波動派以及以玻爾和波恩為代表的哥本哈根學派。而雙方爭執的焦點就在於電子的性質上。在以前,人們一直認為電子是一種粒子,但後來人們發現氫原子的電子只能運行於特定的軌道之上,要麼處於A軌道,要麼處於B軌道,卻不會運行於AB軌道中間的位置,這是一個難以解釋的現象。
為了解釋氫原子電子只能運行於特定軌道的現象,一些科學家做出了大膽的假設,德布羅意首先提出了物質波的概念,認為電子具有波的性質,而後,薛丁格又通過著名的薛丁格方程描繪了波函數隨時間的演化過程。
薛丁格徹底否定了電子的粒子性質,他認為電子實際上就是一種波,而之所以看起來像是粒子,完全是因為電荷的密度過大所導致的。薛丁格因此而斬獲了諾貝爾獎,但他的看法卻不被另一派科學家們所接受,這些科學家被統稱為哥本哈根學派,玻爾和波恩都是其中的代表人物。他們認為電子並不是一種波,也不是一種單純的粒子,實際上電子既具有粒子的性質,也具有波的性質,簡而言之就是電子既是粒子又是波。
哥本哈根學派的看法對傳統的認知是一種巨大的挑戰,因為在傳統認知中,一個動物要麼是貓,要麼是狗,不可能既是貓又是狗。
兩個學派的爭執最終匯集到了一個著名的實驗之上,就是電子雙縫幹涉實驗。這個實驗簡言之是這樣的,向前方發射電子,在前方的阻擋板上有兩條縫隙,電子在穿過兩條縫隙之後會在後面的背板上顯示出明暗相間的幹涉條紋。
波動派認為正是因為電子是一種波,所以才會產生幹涉條紋。而哥本哈根學派的看法有所不同,他們認為電子並沒有具體的位置,電子的位置只能夠用概率來進行表示,之所以會產生幹涉條紋,是因為電子出現在每一個位置的概率是不相同的,出現在某一位置的概率大,出現在某一位置的概率小,所以會產生幹涉條紋,他們把這稱之為概率詮釋。
為了讓爭執有一個結果,實驗被稍稍進行了改動,那就是一次只發射一個電子。
一個電子一次只能夠穿過一個縫隙,不可能同時穿過兩個縫隙,的確,當發射一個電子之後,的確只在背板上形成了一個點,但是在繼續發射電子後,最終一個一個的點還是在背板上組成了明暗相間的幹涉條紋。
波動派認為只有電子是波,才能夠產生這種結果,而哥本哈根學派認為這仍然可以用概率詮釋來解釋,因為每一個電子出現在不同位置的概率也是不同的。既然爭執仍然存在,那就再對實驗進行一下改動,在兩條縫隙的位置安裝監測設備,看一看電子到底是如何穿過縫隙的,這樣就能夠確定電子到底是不是波。
令人難以理解的是,當安裝了監測設備之後,觀察到的電子的確是只穿過了一條縫隙,但問題在於背板上的幹涉條紋也消失了。
觀察,幹涉條紋就會消失,不觀察,就會形成幹涉條紋,這太詭異了,難道我們的世界不是客觀的嗎?一個客觀的物理世界怎麼會因為主觀觀察而改變呢?這就是著名的觀察者效應。愛因斯坦對概率說以及觀察者效應始終不能接受,他認為之所以會出現這樣的結果,是因為有某些我們所不知道的隱變量影響了實驗的結果,而並非因為觀察而改變。
而且,觀察會影響客觀世界,這本身就存在著邏輯問題,因為觀察到底是誰觀察,機器只是設備,最終觀察的還是人,如果說人的觀察能夠改變結果,那麼動物的觀察是不是也行呢?愛因斯坦始終都堅持著他的看法,上帝不擲骰子。