量子力学哥本哈根诠释的缺陷

玻尔、海森堡,波恩等人建立起的量子力学的哥本哈根诠释在量子力学中占据统治性的地位,迄今依然影响很强大,但是该诠释一直存在众多的问题,并且是爱因斯坦等人难以接受的,爱因斯坦生前也和玻尔等人辩论了几十年,本文主要列举哥本哈根诠释几个关键缺陷:

1、缺乏对测量(观察)的定义,而测量在量子力学中又具有中心的地位。就像美国知名物理学家李.斯莫林(Lee Smolin)所说:“量子力学中测量、观测和信息没有得到很好的定义,这是量子力学最大的问题所在。没有这些概念,我们无法表达量子力学。”

如果测量仪器和被测客体的相互作用是测量,那么普遍存在的两个粒子的相互作用为什么就不是测量?薛定谔方程和态叠加原理无法推导出测量所要求的单一明确结果,永远只有叠加态,哪怕是退相干依然无法解释,退相干最多可以说明为什么特定的对象在受到观察时会表现为经典的测量结果,解决了偏好基问题(preferred basis problem),但不能说明它是如何从众多的可能结果转变为一个特定结果的,无法解决明确结果问题(definite outcomes problem)。

2、强行将测量仪器以及宏观设置为经典的,被测的微观客体是量子的,前者服从经典规律,后者服从量子规律,进而在经典和量子之间划分出一个分界线,即海森堡分割(Heisenbergcut) ,但是却说不清楚这条分割线到底在哪里,为什么会有这样的分割,导致逻辑上难以自洽。

3、对波函数坍缩的具体动力学细节无法描述,波函数是如何瞬时坍缩的,为什么坍缩,对这些问题无法回答。也无法用数学推导出波函数坍缩,出于理论需要而强行将波函数坍缩加入到理论当中却无法对之提供合理解释。就如吉姆·巴戈特所言:“没有任何数学公式要求坍缩发生,甚至没有任何数学公式可以描述坍缩过程。”

4、严重的反实在论和工具主义倾向。哥本哈根解释拒绝承认独立于测量之外的物理实在,否认量子世界的真实性,犹如玻尔所说:“并不存在量子世界 。只有一个抽象的量子物理描述。认为物理学的任务是弄清楚自然是怎么回事是不对的。物理学只关注我们对自然的看法”。

爱因斯坦因此对量子力学格外不满。1950年,爱因斯坦写道:“量子力学的核心,更多的不是因果论问题,而是现实性问题。”爱因斯坦无法接受的是玻尔的观点中缺少了独立的客观现实,而不是概率的存在(上帝掷骰子)。因为他认为,量子力学不能像玻尔所宣称的那样成为自然界的基本理论。

5、无法证伪,由于对关键的测量以及波函数坍缩的语焉不详,导致该诠释难以被证伪,这些年来得到某些物理学家支持的多世界解释也同样难以被证伪,波普尔的证伪主义的科学判定标准越来越无力。

因为哥本哈根解释是目前量子力学的正统解释(虽然并无公认),故而按照波普尔对科学可证伪性的标准,该诠释甚至不应该属于科学,至少,它的科学性是值得质疑的,因为基础严重的不牢靠,不自洽和难以证伪。这意味着要么是波普尔的科学判定标准是错的,要么两者都有问题,我倾向于后者。
——傅天行 2022.09.07

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