问题

今天的物理学家比较认同量子力学的哪个诠释?

回答
今天的物理学家在量子力学的诠释问题上,并没有一个“标准答案”或者说“大家普遍认同的唯一主流”诠释。这是一个非常活跃且持续演进的研究领域,存在着不同的观点、侧重点和支持者。不过,如果非要说哪种诠释的影响力更大,或者说在教学和日常研究中被更广泛地“使用”(尽管这不代表“认同”),那么 哥本哈根诠释 仍然占据着一个重要的位置。

但请务必理解,这种“重要”并非没有争议,而且很多物理学家对它持保留甚至批评的态度。我们来详细聊聊这个话题,并尽量避免那些生硬的AI腔调。

哥本哈根诠释:历史的基石,但争议仍在

哥本哈根诠释,顾名思义,是 Niels Bohr 和 Werner Heisenberg 等人在20世纪20年代在哥本哈根发展的。它在早期量子力学的建立过程中起到了奠基性的作用,并且在很长一段时间内是“默认”的解释。它的核心观点可以概括为以下几点,也正是这些观点引发了长久的争论:

波函数代表可能性,而非实在的物理实在: 量子力学中的波函数 ($psi$) 并不是描述一个粒子在某一时刻的确切位置和动量,而是描述了在测量时,该粒子出现在特定位置或具有特定动量的概率。换句话说,波函数是关于“发生什么”的概率分布,而不是“是什么”。
测量导致波函数坍缩: 在进行测量之前,一个量子系统可以处于多种可能状态的叠加态(例如,电子可以同时“在这里”和“在那里”)。一旦进行测量,波函数会“突然”且“不可逆转地”从叠加态坍缩到其中一个确定的状态,而测量到的结果就是这个确定的状态。关键在于,“测量”这个行为本身,以及是什么构成了“测量”,在哥本哈根诠释中并没有一个清晰的、物质层面的解释。 这是一个哲学上的断层。
互补原理: Bohr 提出了互补原理,认为像位置和动量这样成对的物理量,不能同时被精确地测量。你测量得越精确,另一个就越不确定(这就是海森堡不确定性原理的由来)。这并非我们测量技术的问题,而是事物本身固有的、互补的性质。
非定域性和纠缠: 量子纠缠是一种非常奇特的现象,当两个或多个粒子处于纠缠态时,它们的状态是相互关联的,即使相距遥远。对一个粒子的测量会瞬间影响到另一个粒子的状态。爱因斯坦曾戏称这是“幽灵般的超距作用”,因为这似乎违反了光速限制。哥本哈根诠释承认这种现象,但认为它并不违反定域性,因为信息并没有以超光速传播。

为什么哥本哈根诠释仍然有影响力?

它“管用”: 尽管其解释性存在争议,但哥本哈根诠释在预测实验结果方面是极其成功的。量子力学的数学形式(薛定谔方程、算符等)以及它的预测能力,是建立在这些解释之上的,并且在实践中被证明是极其准确的。
简洁和实用: 对于绝大多数进行量子实验和开发的物理学家来说,他们更关心的是如何利用量子力学的数学工具来解决实际问题,而不是深究“测量”究竟是什么。哥本哈根诠释提供了一个相对简洁的框架,让他们可以专注于计算和实验设计。
缺乏一个压倒性的替代方案: 尽管存在许多其他的诠释,但没有一个能像哥本哈根诠释那样,在“实用性”和“历史影响力”上都达到相同的程度,并且被广泛地接受和教授。

但,物理学家们也越来越不满足于此

正是因为哥本哈根诠释中那些令人困惑、甚至可以说是“不科学”的环节,许多物理学家对它持保留态度。主要的批评点在于:

“测量问题”的模糊性: 什么是测量?是一个有意识的观察者吗?还是一个宏观仪器?如果测量本身是量子过程的一部分,为什么它能如此特殊地“结束”量子叠加?这种人为地将微观世界和宏观测量设备割裂开来,被许多人认为是“不彻底”的。
“波函数坍缩”的非物理性: 这种瞬间、非局域性的“坍缩”,缺乏一个明确的物理机制。它更多地像是一种数学上的“规则”,而不是一个描述自然界基本过程的动力学。
客观实在的缺失: 如果波函数只代表概率,那么在我们观察之前,粒子的真实状态是什么?这引出了一个关于“实在”的深刻哲学问题,而哥本哈根诠释似乎回避了直接回答。

其他正在被认真考虑的诠释

正是由于对哥本哈根诠释的不满,物理学家们一直在探索其他可能性。其中一些比较有影响力的包括:

1. 多世界诠释 (ManyWorlds Interpretation, MWI):
核心思想: 这个诠释最引人注目的地方在于它完全取消了波函数坍缩。根据MWI,每次测量发生时,宇宙会“分裂”成许多个平行宇宙。在每一个宇宙中,测量都得到了一个不同的结果,而粒子则“属于”那个特定的宇宙。例如,如果一个粒子在测量前处于“在这里”和“在那里”的叠加态,那么测量后,就会有一个宇宙,粒子在那里;另一个宇宙,粒子在这里。
为什么有人接受: MWI 保持了量子力学方程的线性和确定性(在整个多重宇宙层面)。它提供了一个更“统一”的描述,没有引入一个特殊的“测量”概念。
争议: 它的主要缺点是引入了“无数个平行宇宙”,这在形而上学上过于奢侈,而且如何界定和观测这些宇宙也是一个巨大的挑战。“概率”在MWI中是如何产生的,也需要更深入的解释。

2. 德布罗意玻姆理论 (De BroglieBohm Theory),或称玻姆力学 (Bohmian Mechanics):
核心思想: 这个理论比哥本哈根诠释更“实在”。它认为粒子始终具有确定的位置,并且存在一个“导引波”或者说“势场”来指导粒子的运动。波函数在这里不是概率,而是实在的物理场,它影响着所有粒子的运动。测量不过是该粒子与测量仪器相互作用,但并没有发生“坍缩”,波函数依然存在,只是我们观测到的结果是其中一种可能。
为什么有人接受: 它是一个完备的、定域的(虽然对非局域性有独特的解释,但不是瞬间的信息传递)理论,并且可以重现量子力学的所有实验预测。它也提供了一个更直观的图景,即粒子在某个时刻确实在某个地方。
争议: 玻姆力学在相对论的兼容性上存在一些技术性难题(虽然有解决方案,但并不如标准量子场论那样优雅)。而且,它的“导引波”本身,以及它的本体论(认为粒子有实在的轨迹)也存在一些争议。

3. 退相干理论 (Decoherence Theory):
核心思想: 退相干并不是一个独立的诠释,而是解释波函数如何从叠加态“看起来”变成经典状态的一个重要理论。它指出,当一个量子系统与它的环境(任何微小的扰动,如光子、空气分子等)发生相互作用时,系统的量子叠加态会迅速“散失”到环境中,导致量子相干性消失。从一个局部的观察者来看,这就像波函数“坍缩”了。
为什么重要: 退相干有效地解释了为什么我们在宏观世界看不到量子叠加,为什么测量仪器会给出确定的结果。它连接了量子世界和经典世界。
局限: 退相干本身并不能完全解决“测量问题”或“波函数坍缩”的本体论问题。它只是解释了叠加态如何“消失”在环境中,但并没有说明为什么在某个特定的测量事件中,我们会得到某个特定的结果,而不会得到其他可能的结果。它是一种“伪坍缩”。

目前的“流行趋势”与理解

如果一定要说“比较认同”哪个,我会说:

在日常教学和初步研究中,哥本哈根诠释仍然是“事实上的标准”。 很多人在这种框架下工作,因为它足够实用。
但是,越来越多的物理学家认识到它的局限性,并对其他诠释,尤其是 MWI 和玻姆力学,给予了更多关注和研究。 退相干理论也被广泛接受,作为理解量子经典过渡的关键。
很多物理学家倾向于认为,现有的诠释可能都不是最终答案。 这是一个开放性的研究领域,未来的突破可能来自于对量子力学基础更深入的理解,或者新的实验能够区分不同诠释的预测。

总的来说,今天的物理学家对量子力学的诠释,与其说是一种“认同”,不如说是一种“接受、审视与探索”。 哥本哈根诠释是历史的必然,它让我们能够构建起量子世界的理论框架;但科学的进步总是在质疑和寻找更完善的解释,其他诠释的兴起,正是这种精神的体现。

所以,下次你听到有人说“量子力学有什么唯一的解释”,那可能是一种过于简化的说法。它是一个充满活力、哲学思辨和物理探索的领域。

网友意见

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下划线部分是对问题的直接回答,其他部分选读。


我始终觉得,即使是sb民科,其话语权也不应该被忽视,毕竟这是科学,不是政治,真相自会大白。


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我发现现在网上对于物理和哲学的关系出现了一种矫枉过正的现象。 诚然,物理离不开数学理论,离不开推导,离不开严禁的理性。诚然,网上有很多毫无物理素养的人,一知半解便大放厥词,发明所谓的新的宇宙规律。但是,同时我们也要注意到,有时候理论的突破确实需要一些直觉,一些洞察力,物理中以直觉出名的有费曼,数学中有拉马努金,可以自行百度。理性的推导,严禁的实验能扩展,证明,证伪一个理论,但是也许很难发明一个理论。

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题主既然问的是物理,而不只是实验物理,我觉得还是不要因为主观的原因对哲学有这么大的意见为好。

其实当物理学家们争论哥本哈根解释,多世界解释,隐变量解释这些所谓的哲学意义,他们只不过是在争论量子力学公式背后的物理意义。在物理中,我们经常讨论某个公式的物理意义,却不会有任何讲哲学,假大空的感觉。

比如,v=x',他的物理意义就是反映物体的运动的快慢和方向。

比如,圆周运动的向心加速度a=v/r^2,反映线速度方向变化的快慢。(虽然我个人觉得角速度其实是反映线速度方向变化快慢的,而向心加速度反映的其实是在线速度从方向a变到方向b时,方向a上的速度分量的大小变化快慢。)你看,争论就来了吧。即使是a=v/r^2这种简单的公式,都可以争论一下物理意义。


那么对于薛定谔方程这种东西,对其物理意义有争论真是再自然不过了。
由于对于给定时刻,薛定谔方程只能给出物体出现在每个位置的概率,那么问题就来了,这说明什么?是我们的理论不完善,缺少变量(隐变量解释),物体的位置和时间无法同时确定(哥本哈根解释),还是每次需要用到概率的时候,世界都会对任何可能出现的情况分离出一个新的宇宙(多宇宙解释)?
再比如波函数坍塌的物理意义到底是什么?是人的意志可以影响物理世界吗?还是说粒子只在比较少的数量级能明显的表现概率性,当人加入到该系统,由于该系统的粒子数数量级遽增,导致了一定的确定性?
由于该理论本身是描述极为基本的位置和时间的关系,这种物理意义的争论很容易上升到哲学的高度:决定论,平行宇宙,不可知论。。。等等等等概念都延伸出来。


像目前排名第一的答案,以及其他一些答案,言语中处处露出高贵的实验物理的优越感,似乎谈论解释是一种很无谓的事情。可是要知道,当初争这些解释争的最凶的就是爱因斯坦和波尔,当然也可能因为他们主要是搞理论物理的,低一个等级,所以当然要做这种无谓的事情。不过假如没有他们把实验数据组合成相对论和补完量子力学,那么还真不知道做实验去验证什么呢。


当然,现在网络上鱼龙混杂,很多人根本没有任何物理素养,看个百度百科就大谈哲学。这种情况确实是令人反感的,但是这种反感最好还是不要地图炮。


好了,既然谈论这些解释并不是一些不堪的事情,那么到底物理学家们都相信什么理论呢。 其实我也没接触过很多物理学家,唯一耳熟能详的可能就是Brian Greene,他是相信哥本哈根解释,决定论,无自由意志的:虽然世界的确切状态不可预测,但是任何事情的概率都可以预测,所以世界的本质是概率决定,而不是我们的意志决定。
之前接触的清华一位物理教授,似乎是仍在寻找自己认可的解释阶段,他做的工作由于涉及大量的物理的推倒,数学的计算,我并不是很理解。但是我确定的是他是想寻求到一个合理的解释的。
当然也有很多物理学家,就像一些答案中说的,对这些解释持不可知论的态度。霍金提出的”基于模型的唯实论“,也许是这种态度的一个体现,但我并不认为霍金本人对量子力学是没有任何哲学概念的,毕竟霍金是个理论物理学家,他要做的事情主要还是思考。

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