为什么物理学家在决定论和量子力学中选择了后者？
物理学家们在面对决定论和量子力学时，最终“选择”了后者，这并非一个简单的偏好问题，而是一个基于大量实验证据和理论推导的艰难抉择。这个过程充满了争议、深刻的哲学思考，以及科学方法本身的演进。
首先，让我们明确一下“决定论”在经典物理学语境下的含义。经典决定论，以牛顿力学为代表，认为宇宙中的一切事物都遵循着确定的、可预测的规律。如果你知道一个系统在某一时刻的精确状态（例如所有粒子的位置和动量），那么你就可以通过物理定律精确地计算出它在未来任何时刻的状态。这就像一个巨大的、精确运转的钟表，一切都已被设定好，没有丝毫的偶然性。
然而，进入20世纪，随着实验技术的进步和对微观世界的探索，物理学家们遇到了经典物理学无法解释的现象。量子力学应运而生，它提供了一套全新的框架来描述微观粒子的行为，而这套框架与决定论的直觉格格不入。
为什么量子力学“击败”了决定论？
1. 黑体辐射和能量量子化： 19世纪末，物理学界在解释黑体辐射光谱时遇到了难题。经典物理学预测黑体在高温下会发出无穷大的能量，这显然与实验不符（即所谓的“紫外灾难”）。1900年，普朗克提出，能量不是连续的，而是以离散的“量子”（quanta）形式发射和吸收的。每个量子的能量与频率成正比（E=hν）。这一假设虽然最初是为了解决光谱问题，但却为量子力学奠定了基础，暗示了能量的不可分割性和不连续性，这与经典物理学对能量连续性的描述大相径庭。
2. 光电效应和光子的概念： 1905年，爱因斯坦在解释光电效应时，进一步发展了普朗克的量子概念。他提出，光本身就是由一份份的能量包组成的，这些能量包被称为“光子”。光子具有粒子性，其能量与光的频率成正比。当光照射到金属表面时，光子将能量传递给金属中的电子，如果电子获得的能量足够克服金属的逸出功，它就会被发射出来。光电效应的关键在于，只有当光的频率（即光子能量）达到一定阈值时，才会发生电子发射，而与光的强度（光子数量）无关。这完全违背了经典波动理论的预测，后者认为只要光足够强，即使频率较低，也最终能使电子获得足够的能量。爱因斯坦的光子理论，以及后来的康普顿散射等实验，都强有力地证明了光的粒子性，为量子理论注入了强心剂。
3. 原子光谱的不稳定性： 根据经典电磁理论，围绕原子核运动的电子应该会不断辐射电磁波，从而损失能量，最终螺旋式地坠入原子核。然而，原子却是稳定的，并且会发射出分立的、特征性的光谱线。1913年，玻尔提出了原子模型，他引入了量子化的概念，认为电子只能在特定的、能量不连续的轨道上运动，并且在轨道之间跃迁时才会吸收或发射光子。这一模型虽然有很多局限性，但成功解释了氢原子光谱，再次强调了微观世界中的量子化规律。
4. 波粒二象性： 到了20世纪20年代，德布罗意提出了物质波的概念，认为所有物质（包括电子）都具有波的性质。1927年，戴维森革末实验和汤姆孙实验证实了电子的衍射现象，直接证明了电子的波动性。这使得物理学家们不得不接受一个令人困惑的事实：微观粒子同时具有粒子和波的属性，并且在不同的实验条件下会表现出不同的性质。这与经典物理学中粒子和波的截然不同是根本矛盾的。
5. 海森堡不确定性原理： 1927年，海森堡提出了不确定性原理，这是量子力学中最具颠覆性的概念之一。它指出，我们无法同时精确地知道一个粒子的位置和动量。例如，你越精确地测量一个粒子的位置，你就越不确定它的动量，反之亦然。这种不确定性不是由于测量仪器的限制，而是微观粒子本身固有的性质。这个原理直接否定了经典决定论的前提——即能够精确知道系统在任何时刻的状态，进而预测其未来。
6. 概率解释（玻恩法则）： 量子力学在描述微观粒子时，不再使用确定的轨迹，而是使用波函数（Ψ）。波函数本身不能直接测量，但其模的平方（|Ψ|²）在某个位置的概率密度。这意味着量子力学本质上是一个概率性的理论。一个事件（例如一个粒子的位置）的发生，并不是由确定的前因决定的，而是遵循一定的概率分布。这种概率性不是由于我们信息不足，而是宇宙本身在微观层面运作的方式。
物理学家们的“选择”过程：
需要强调的是，物理学家们并非“主观选择”了量子力学，而是被迫接受了它，因为它能解释实验结果，而决定论的经典物理学则不行。这是一个基于证据的科学过程：
实验证据压倒一切： 科学的进步很大程度上依赖于实验的检验。当经典理论无法解释实验数据时，就必须发展新的理论。黑体辐射、光电效应、原子光谱、电子衍射等一系列实验，都指向了经典物理学的失效，而量子力学却能精确地描述这些现象。
理论的统一性和预测能力： 量子力学不仅解释了已知的现象，还做出了许多新的、可检验的预测，这些预测也得到了实验的证实。例如，量子力学在描述原子、分子、固体、核物理以及粒子物理等方面都取得了巨大的成功，成为现代物理学的基石。
哲学上的困境与接受： 许多物理学家，包括爱因斯坦，对量子力学的概率性和不完备性感到不安。爱因斯坦的名言“上帝不掷骰子”就体现了他对决定论的坚持。他认为量子力学可能是一个不完备的理论，背后可能存在更深层的决定性因素（“隐变量”）。然而，尽管几十年来有无数的理论家试图寻找隐变量理论来恢复决定论，但迄今为止，所有相关的实验（如贝尔不等式检验）都倾向于支持量子力学的非局域性和固有的概率性。
科学方法的范式转变： 接受量子力学，意味着科学方法本身也经历了一次范式转变。从追求对微观世界“实在”的直观理解，转向接受一种更抽象、更依赖于统计和概率的描述方式。物理学家们学会了与不确定性共存，并将其作为理解宇宙的一部分。
总结：
物理学家们之所以从决定论转向量子力学，并非出于某种“偏好”，而是因为量子力学提供了对微观世界现象更准确、更一致的解释。它通过一系列革命性的概念，如能量量子化、波粒二象性、不确定性原理和概率性描述，成功地解释了经典物理学无法解决的问题。尽管量子力学的观念与我们的日常直觉相悖，并且引发了深刻的哲学争论，但它卓越的实验验证能力和对物质世界底层规律的深刻揭示，使其成为了现代物理学的支柱。这就像一位侦探，他有理由相信所有事件都是有原因的，但如果所有的证据都指向一个巧合，那么他只能接受巧合的存在，而不是继续强行寻找一个并不存在的因果链。
首先，让我们明确一下“决定论”在经典物理学语境下的含义。经典决定论，以牛顿力学为代表，认为宇宙中的一切事物都遵循着确定的、可预测的规律。如果你知道一个系统在某一时刻的精确状态（例如所有粒子的位置和动量），那么你就可以通过物理定律精确地计算出它在未来任何时刻的状态。这就像一个巨大的、精确运转的钟表，一切都已被设定好，没有丝毫的偶然性。
然而，进入20世纪，随着实验技术的进步和对微观世界的探索，物理学家们遇到了经典物理学无法解释的现象。量子力学应运而生，它提供了一套全新的框架来描述微观粒子的行为，而这套框架与决定论的直觉格格不入。
为什么量子力学“击败”了决定论？
1. 黑体辐射和能量量子化： 19世纪末，物理学界在解释黑体辐射光谱时遇到了难题。经典物理学预测黑体在高温下会发出无穷大的能量，这显然与实验不符（即所谓的“紫外灾难”）。1900年，普朗克提出，能量不是连续的，而是以离散的“量子”（quanta）形式发射和吸收的。每个量子的能量与频率成正比（E=hν）。这一假设虽然最初是为了解决光谱问题，但却为量子力学奠定了基础，暗示了能量的不可分割性和不连续性，这与经典物理学对能量连续性的描述大相径庭。
2. 光电效应和光子的概念： 1905年，爱因斯坦在解释光电效应时，进一步发展了普朗克的量子概念。他提出，光本身就是由一份份的能量包组成的，这些能量包被称为“光子”。光子具有粒子性，其能量与光的频率成正比。当光照射到金属表面时，光子将能量传递给金属中的电子，如果电子获得的能量足够克服金属的逸出功，它就会被发射出来。光电效应的关键在于，只有当光的频率（即光子能量）达到一定阈值时，才会发生电子发射，而与光的强度（光子数量）无关。这完全违背了经典波动理论的预测，后者认为只要光足够强，即使频率较低，也最终能使电子获得足够的能量。爱因斯坦的光子理论，以及后来的康普顿散射等实验，都强有力地证明了光的粒子性，为量子理论注入了强心剂。
3. 原子光谱的不稳定性： 根据经典电磁理论，围绕原子核运动的电子应该会不断辐射电磁波，从而损失能量，最终螺旋式地坠入原子核。然而，原子却是稳定的，并且会发射出分立的、特征性的光谱线。1913年，玻尔提出了原子模型，他引入了量子化的概念，认为电子只能在特定的、能量不连续的轨道上运动，并且在轨道之间跃迁时才会吸收或发射光子。这一模型虽然有很多局限性，但成功解释了氢原子光谱，再次强调了微观世界中的量子化规律。
4. 波粒二象性： 到了20世纪20年代，德布罗意提出了物质波的概念，认为所有物质（包括电子）都具有波的性质。1927年，戴维森革末实验和汤姆孙实验证实了电子的衍射现象，直接证明了电子的波动性。这使得物理学家们不得不接受一个令人困惑的事实：微观粒子同时具有粒子和波的属性，并且在不同的实验条件下会表现出不同的性质。这与经典物理学中粒子和波的截然不同是根本矛盾的。
5. 海森堡不确定性原理： 1927年，海森堡提出了不确定性原理，这是量子力学中最具颠覆性的概念之一。它指出，我们无法同时精确地知道一个粒子的位置和动量。例如，你越精确地测量一个粒子的位置，你就越不确定它的动量，反之亦然。这种不确定性不是由于测量仪器的限制，而是微观粒子本身固有的性质。这个原理直接否定了经典决定论的前提——即能够精确知道系统在任何时刻的状态，进而预测其未来。
6. 概率解释（玻恩法则）： 量子力学在描述微观粒子时，不再使用确定的轨迹，而是使用波函数（Ψ）。波函数本身不能直接测量，但其模的平方（|Ψ|²）在某个位置的概率密度。这意味着量子力学本质上是一个概率性的理论。一个事件（例如一个粒子的位置）的发生，并不是由确定的前因决定的，而是遵循一定的概率分布。这种概率性不是由于我们信息不足，而是宇宙本身在微观层面运作的方式。
物理学家们的“选择”过程：
需要强调的是，物理学家们并非“主观选择”了量子力学，而是被迫接受了它，因为它能解释实验结果，而决定论的经典物理学则不行。这是一个基于证据的科学过程：
实验证据压倒一切： 科学的进步很大程度上依赖于实验的检验。当经典理论无法解释实验数据时，就必须发展新的理论。黑体辐射、光电效应、原子光谱、电子衍射等一系列实验，都指向了经典物理学的失效，而量子力学却能精确地描述这些现象。
理论的统一性和预测能力： 量子力学不仅解释了已知的现象，还做出了许多新的、可检验的预测，这些预测也得到了实验的证实。例如，量子力学在描述原子、分子、固体、核物理以及粒子物理等方面都取得了巨大的成功，成为现代物理学的基石。
哲学上的困境与接受： 许多物理学家，包括爱因斯坦，对量子力学的概率性和不完备性感到不安。爱因斯坦的名言“上帝不掷骰子”就体现了他对决定论的坚持。他认为量子力学可能是一个不完备的理论，背后可能存在更深层的决定性因素（“隐变量”）。然而，尽管几十年来有无数的理论家试图寻找隐变量理论来恢复决定论，但迄今为止，所有相关的实验（如贝尔不等式检验）都倾向于支持量子力学的非局域性和固有的概率性。
科学方法的范式转变： 接受量子力学，意味着科学方法本身也经历了一次范式转变。从追求对微观世界“实在”的直观理解，转向接受一种更抽象、更依赖于统计和概率的描述方式。物理学家们学会了与不确定性共存，并将其作为理解宇宙的一部分。
总结：
物理学家们之所以从决定论转向量子力学，并非出于某种“偏好”，而是因为量子力学提供了对微观世界现象更准确、更一致的解释。它通过一系列革命性的概念，如能量量子化、波粒二象性、不确定性原理和概率性描述，成功地解释了经典物理学无法解决的问题。尽管量子力学的观念与我们的日常直觉相悖，并且引发了深刻的哲学争论，但它卓越的实验验证能力和对物质世界底层规律的深刻揭示，使其成为了现代物理学的支柱。这就像一位侦探，他有理由相信所有事件都是有原因的，但如果所有的证据都指向一个巧合，那么他只能接受巧合的存在，而不是继续强行寻找一个并不存在的因果链。
网友意见
因为局域隐变量不符合实验结果(量子纠缠)，全局隐变量理论还不如量子力学来的简洁好用。
当然全局隐变量并没有被完全放弃，仍然有很多的研究者，不过目前为止全局隐变量理论和量子力学的推导出的结果是完全一致的。而量子力学在计算推导预测结果上更加好用，所以大多数人都愿意用他。
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