也许没有任何科学领域比试图在最小尺度上理解物质和能量的行为更离奇、更令人困惑。二十世纪初,物理学家如Max Planck、阿尔伯特·爱因斯坦、波耳和其他许多学者为理解这一奇异的自然领域奠定了基础:量子物理学。
量子物理学的方程式和方法在上个世纪得到了改进,做出了令人震惊的预测,这些预测比世界历史上任何其他科学理论都得到了更精确的证实。量子力学的工作原理是对量子波函数(由一个称为薛定谔方程的方程定义)进行分析。
问题是,关于量子波函数如何工作的规则似乎与我们用来理解日常宏观世界的直觉发生了巨大的冲突。事实证明,试图理解量子物理的基本含义比理解行为本身要困难得多。最常用的解释是量子力学的哥本哈根解释。。。但它到底是什么?
哥本哈根解释的核心思想是由一批核心的量子物理先驱在20世纪20年代以尼尔斯·波尔的哥本哈根研究所为中心发展起来的,推动了对量子波函数的解释,这已成为量子物理课程中教授的默认概念。
这种解释的关键要素之一是,薛定谔方程代表了在进行实验时观察特定结果的概率。物理学家布赖恩·格林(Brian Greene)在其著作《隐藏的现实》(The Hidden Reality)中对此作了如下解释:
"The standard approach to quantum mechanics, developed by Bohr and his group, and called the Copenhagen interpretation in their honor, envisions that whenever you try to see a probability wave, the very act of observation thwarts your attempt."问题是,我们只在宏观层面上观察任何物理现象,因此微观层面上的实际量子行为无法直接提供给我们。如《量子之谜》一书所述:
"There is no 'official' Copenhagen interpretation. But every version grabs the bull by the horns and asserts that an observation produces the property observed. The tricky word here is 'observation.'... "The Copenhagen interpretation considers two realms: there is the macroscopic, classical realm of our measuring instruments governed by Newton's laws; and there is the microscopic, quantum realm of atoms and other small things governed by the Schrodinger equation. It argues that we never deal directly with the quantum objects of the microscopic realm. We therefore need not worry about their physical reality, or their lack of it. An 'existence' that allows the calculation of their effects on our macroscopic instruments is enough for us to consider."缺乏哥本哈根官方解释是有问题的,这使得解释的具体细节难以确定。正如John G.Cramer在一篇题为“量子力学的交易解释”的文章中所解释的那样:
"Despite an extensive literature which refers to, discusses, and criticizes the Copenhagen interpretation of quantum mechanics, nowhere does there seem to be any concise statement which defines the full Copenhagen interpretation."Cramer继续试图定义一些在谈到哥本哈根解释时始终适用的中心思想,得出以下列表:
这似乎是哥本哈根解释背后的关键点的一个相当全面的列表,但解释并非没有一些相当严重的问题,并引发了许多批评。。。这些都值得单独讨论。
如上所述,哥本哈根解释的确切性质一直有点模糊。沃纳·海森堡(Werner Heisenberg)在其1930年的著作《量子理论的物理原理》(the Physical Principles of the Quantum Theory)中引用了“量子理论的哥本哈根精神”(the Copenhagen spirit of Quantum Theory),所以没有必要用它自己的名字来区分它。
只有当替代方法,如大卫·博姆的隐藏变量方法和休·埃弗雷特的多世界解释出现挑战既定解释时,它才开始被称为“哥本哈根解释”。“哥本哈根解释”一词通常被认为是沃纳·海森堡在20世纪50年代反对这些替代解释时提出的。使用“哥本哈根解释”这一短语的演讲出现在海森堡1958年的散文集《物理学和哲学》中。
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