令人吃驚的事實:我們的量子力學理論竟然「不完備」?

2020-12-01 小彭來給您解惑

前面一期文章中我詳細講解了愛因斯坦和波爾兩派關於「觀察」是否對微觀世界進程造成幹擾相關爭論,愛因斯坦認為一個「觀察者不能影響到客觀世界的進程」,一個微觀粒子在被觀察前是具有確定的「位置」,觀察粒子只是「發現」了位置而非「創造」位置。而波爾則認為一個微觀粒子在被觀察前處於不確定狀態,觀察「創造」了位置,「觀察」和「粒子處於某個位置」是有內在因果關係的。這兩派爭論的焦點我們可以用圖畫出來,如下圖所示。

如果你沒看前面的文章可能就看不懂這個「位置概率圖」,我再簡單解釋下,我們把一個粒子在空間中的位置放到橫坐標,然後計算每個位置粒子出現的概率,把這個概率值當成縱坐標,然後把這個線連起來就變成了「位置概率圖」。

當一個粒子位置很確定,那麼這個粒子只在很少空間範圍內有出現的概率,且概率值基本等於100%,其餘地方的概率值為0%,圖像看起來就好像中間有一條豎線,也就是圖像很瘦。

當一個粒子位置很不確定,那麼這個粒子在很大的空間範圍內都有出現的概率,且概率值在0%到100%之間,圖像看起來就就是一條曲線。

對圖上做了解釋後我們來看愛因斯坦和波爾的觀點就可以發現,愛因斯坦認為觀察前,粒子的「位置概率圖」就很瘦,觀察後粒子的「位置概率圖」依然很瘦,這說明愛因斯坦認為,粒子觀察前就已經有確定位置了,觀察本身不影響粒子。

但是波爾則不同,認為觀察前粒子的「位置概率圖」很胖,正是「觀察」這個行為讓粒子「位置概率圖」變廋的,觀察會影響到微觀粒子的狀態。

大家發現兩者觀點差別沒,其實愛因斯坦並非反對量子力學的一切,愛因斯坦只是覺得這個世界本質應該是有自己的確定規律,這個規律不以人的意志為轉移,我們描述一個物體的運動,應該像牛頓力學一樣給出某時刻該「物體運動狀態」確定的值,而不應該給出概率,舉個例子。

某個理論A告訴你:一個物體在t=10s時,物體的位置是x=10,我們會覺得這個理論才叫真正掌握了「物理規律」,因為它給出了確定的值。

某個理論B告訴你:一個物體在t=10s時,物體的位置是x=10的概率是70%,我們會覺得這個理論簡直再說廢話,你給一個概率出來有毛線用啊。

這個理論A就是愛因斯坦所認為的,這個理論B就是波爾一派所認為的(也是哥本哈根學派)。愛因斯坦一直認為波爾一派所研究的量子力學,雖然實驗可以證明,但是你永遠只能告訴我概率,所以這個理論是一個「不完備」的理論。請注意我的用詞「不完備」,愛因斯坦並不是全盤否定量子力學的一切,他只是認為一個「只能給出概率,不能給出確定值」的理論不能叫一個「完備」的物理規律理論。

愛因斯坦認為,既然一個理論只能告訴我概率,那就說明你的理論不完備,肯定還存在一個所謂「隱變量」我們還沒發現,當我們發現了這個「隱變量」我們就能把這個理論完善化,讓這個理論能夠給出一個確定值,而非概率。

說到這裡,希望大家不要再認為愛因斯坦是反對量子力學的,愛因斯坦只是認為量子力學還不完善而已。愛因斯坦這種思想到底對不對呢?波爾又是如何反擊的呢?後面我們會繼續談到愛因斯坦對量子力學比較厲害的一波反擊「光子箱實驗」,這波組合拳當場就把波爾打蒙了一晚上,哈哈。我是百家號《小彭來給您解惑》,如果喜歡我的文章可以關注我,如果對文章有異議可以留言評論。

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