量子力學中的物理實在觀是怎麼樣的?

2021-01-15 極智教育

什麼是物理實在?物理實在是描述現實世界客體的一個概念,從廣義上講,是指由物理理論上可以確定,並且通過正確的實驗理論和手段能進行確切驗證的物理實體。在物理領域裡,其明確的定義是對於一個物理客體,它能用一組完備的、可觀測的力學量描述其狀態。

在古希臘時期,由於自然科技水平低下,自然科學家就是哲學家,他們眼裡的物理實在是一種直觀的、模糊的概念,到了近代歐洲,自然科學從哲學和神學中解放出來,牛頓的機械世界觀代表的物理實在自然成了當時的主流,在牛頓眼裡,時間、空間、質點、力、「運動的量」(牛頓取的名字)、尺寸等自然就是描述物理實在的對應量,雖然每個量描述的都是物理實在的一個側面,但是所有的這些客觀量都是確定的,物體的運動有其特定的軌跡,形變的量也能做出確切具體的計算,這個時候的人們認為世界是機械的,決定論的,每一個時刻每個微觀粒子的運動都有其確定的位置,世界上所有的一切都可由這些質點組成,所以從宏觀的角度來看整個世界的面貌隨著時間的推移都是確定的,這世界上所有的事情的演化都是決定性的,這便是牛頓的世界觀。

在量子物理裡,這個態可以用希爾伯特空間的一組正交、歸一、完備的本徵函數系作為基底展開。愛因斯坦認為,如果一個物理理論是完備的,那麼物理實在中的每一個要素一定能夠在這個理論之中擁有它的對應描述量,也就是這裡頭的可觀測量。如果不對體系進行任何幹擾,我們去測量這個體系或者這個物理客體的某個對應物理量,這個物理量應該給出一個確定的值,不然它就缺少了物理實在中的那個對應要素,從而物理實在的完備性就被打破,愛因斯坦認為這是不可接受的。

在量子力學中,由於不確定關係的存在,當我們同時測量動量和位置、能量和周期、角動量的各個分量之時,它們將得不到確定的值,從而在物理實在中的某個要素就無法確定也就導致了量子理論的不完備性,這也是愛因斯坦與玻爾爭論的最為關鍵一點。正是由於這個原因,愛因斯坦、波多爾斯基和羅森在1935年發表了那篇著名的論文,並且提出了一個「量子糾纏態」的概念,雖然說這是愛因斯坦為反對量子力學而提出的佯謬,可是後來驗證貝爾不等式的實驗結果為量子力學的正確性提供了有力的證據,激發了量子力學新理論與新學派的形成與發展,促成了量子力學中「百家爭鳴」的局面。

雖然量子力學取得了驚人的成就,但是其理論基礎確實是不完備的,於是人們相信在這背後一定存在著某些不為人知的事實在左右著這個看似「多解」的微觀世界,這些不為人知的東西就是人們尋找的隱變量,雖然量子力學取得了驚人的進展,但是尋找隱變量的努力也沒有停止過。隱變量的尋找有一個主要目的就是恢復因果性、決定論的世界觀,堅信「上帝是不擲骰子的」,妄圖將量子力學統計解釋中的機率性描述給消除掉,然而很多這種嘗試都以失敗而告終。對於物理實在觀的研究,一個非常有價值的問題就是愛因斯坦等人提出的佯謬,對這個悖論的研究能讓我們對量子力學的本質進行更深入的思考。

在對於物理實在觀的問題上,愛因斯坦和玻爾爭論時各自的見解是非常有研究價值的,關於他們爭論這個問題的研究,在學術界已經形成了很多的不同看法,愛因斯坦在不同的階段對這個問題的看法又略有不同,在1935年前後,這位偉大的物理學家的物理實在觀在內容方面有了一些差別,在這裡論文給了我們一個很重要的認識愛因斯坦實在觀變化的機會[2]。

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