最近几期文章我主要围绕薛定谔方程讲解,其中重点讲解了波函数是如何预测一个粒子的将来,但是波函数再厉害它也只能预测一个微观粒子在未来某时某刻出现在某个位置的概率值,波函数永远无法给出一个确定的答案。而我们知道在宏观世界,我们可以利用牛顿力学去预言一个物体将来某时某刻一定会发生什么,但是为啥微观世界就是这么不给力,只能给我一个概率值?
所以这就引发了一个争论:量子力学到底是不是完备的,争论的其中一方当然就是爱因斯坦、薛定谔、德布罗意等,另一方就是哥本哈根学派的波尔、波恩和海森堡等人。爱因斯坦一直认为量子力学只给我概率值不给确定值,这绝对不是一个物理规律应该有的特征,当我掌握了物理规律,那么我可以用这个物理规律去推演将来发生的一切,并且每一个预言都是确定的不应该是概率,所以量子力学不完备,肯定还存在一个“隐变量”,一旦被我们发现,那么我们一样可以像研究宏观物体运动一样,把微观粒子的将来预言确定而非概率。
而哥本哈根则认为量子力学就是完备的,不存在隐变量,微观世界的本性就是:不确定性。所以两派学术争论进行了激烈的交锋,两边都是物理学大咖级别的人物,谁也无法说服谁。那么到底是谁对谁错呢?学术上争论难分胜负,可不可以通过实验来验证到底谁对谁错?
答案是很难通过实验来验证,为什么呢?大家别忘记了我前面讲解量子力学时谈到“观察”对于量子世界的影响,宏观上的观察仅仅是看,微观世界的观察不仅仅看,还能改变被观察者的状态。举个例子,你要去观察一个电子的位置,没观察前电子其实没有固定的位置,电子会在某个局部范围内同时处于多个位置的叠加态(如果不懂叠加态可以看看前面的文章,详细讲解了),如果你一直不去观察电子,电子永远处于叠加态,永远没有固定的位置,当你去“观察”的一瞬间,电子从“叠加态”变回“本征态”开始拥有一个固定的位置,也就是你的“观察”导致电子从“叠加态”变到“本征态”,你的观察和“看到的电子的位置”之间是有因果关系的。那么问题来了?其实我们所能看到的只是观察的一瞬间,发现电子在某一个固定的位置,那么观察前到底是啥样其实谁都不知道,这里就有两种情况。
情况1:观察前电子和宏观物体类似一直运动,且有一个轨迹,电子每个时刻只能处于某一个位置,没有所谓“同时处于多个位置”一说,也没有什么“叠加态”,爱因斯坦学派也是这样认为的。
情况2:观察前电子和宏观物体运动方式完全不一样,电子没有轨迹,电子可以瞬间移动,电子美一个时刻都可以同时处于多个位置的叠加态,只不过每个位置的概率值不同而已,哥本哈根学派也是这样认为的。
大家觉得哪种情况更有可能?爱因斯坦认为情况1是对的,波尔认为情况2是对的,到底谁对谁错?一时之间很难做实验来验证,因为谁都不知道一个微观粒子被观察前到底是啥状态,我们所能做的只能是去观察一下微观粒子然后发现微观粒子处于某个固定位置,而且“观察”本身还会干扰微观粒子的状态,实验又必须“观察”,所以似乎无解了。
但是有一个支持爱因斯坦的大咖出现了,那就是约翰·斯图尔特·贝尔,他是非常支持爱因斯坦的,所以一直想办法做实验来验证情况1的正确性。所以他一直在寻找宏观世界和微观世界的差别,最后终于被他发现了一个本质的差别,这个差别可以非常明显的将“宏观世界的概率”和“微观世界的概率”区分开来,这个就是:贝尔不等式。