量子力学的鼻祖——量子力学

能够用数学方程式描述原子的表现无疑是件好事，不过一个半吊子的科学理论，顶多只能涵盖有关现实世界的预测，以及为了验证这些预测所进行的实验结果。量子力学则描述我们没有观测之下原子世界的运作（是种相当抽象的数学表述），但若我们决定进行量测，它也能对量测结果做出令人惊讶的准确预测。不过，从不在观察之下到使用量测装置，所得到的结果如何从前者转换到后者，仍是未解的谜。这就是所谓的量测问题。这个课题可以直述如下：原子及其同类如何从一个局限于微小区域的粒子化身为数个蔓延开来、波动型态的自己，而且在我们查看时又能迅速彻底变回微小的局域性粒子？

即使量子力学获得巨大的成功，它并未告诉我们，如何从描述电子环绕原子核运行的方程式过渡到对电子进行具体量测所获得的结果。基于这个原因，量子力学的鼻祖们特别量身制订了一套法则，作为量子论的补遗，称之为“量子力学基本假设”。这些假设犹如某种说明书，告诉我们方程式导出的数学预测如何对应到我们观察所得的具体性质，例如电子在任一时刻的位置。

至于电子转眼间从“在此处以及他处”转变成观察之下的“在此处或者他处”，其实际过程究竟为何并不为人知；但大多数物理学家一直乐于采用由玻尔所提出的务实观点——它就是这么发生了，他称之为“不可逆的扩大过程”。不可思议的是，对于20世纪多数的专业量子物理学家而言，这种观点就够用了。玻尔在量子世界（怪异事件可于其中发生）以及我们所处的巨观世界（一切事物的表现都是合理的）之间，任意地做出区别。侦测电子的仪器设备显然是巨观世界的一部分；但这种量测过程究竟如何发生、为何发生、以及何时发生，玻尔并未厘清。这正是薛定谔所提出的问题——微观与巨观之间的分界究竟何在？我们认为，界线显然落在原子与猫这两个尺度之间的某处。果真如此的话，我们该如何界定这种区隔？毕竟猫本身也是原子的集合体。换言之，不论是盖格计数器、干涉仪、一部具有各种旋钮和转盘的精密仪器，甚至是一只猫，任何量测装置终究都是由原子组成。那么，在受到量子定律规范的量子尺度，以及量测仪器所在的巨观世界之间，我们要如何划分界线？构成量测装置的究竟是什么？

在充满大型物体的日常世界中，我们一向理所当然地把各种物体所呈现的样貌当作其“真实形态”。我们如果看见某样东西，表示光从那样东西进入我们眼里。然而，如果在我们希望看到的物体上打光，当光线投射其上再反射时，将会造成干扰并使其状态产生细微的改变。当我们看着大型物体，例如汽车、椅子、人，甚至在显微镜下观察活细胞，都不会带来任何问题，因为光粒子（光子）与被观测物体之间的碰撞并不会产生任何能被我们察觉到的效应。但是，如果我们观测的是量子物体，由于它们本身尺度跟光子一样小，情况就不同了。每个作用力会产生大小相等且方向相反的反作用力。为了“看见”电子，我们得让光子从它身上反射出来，如此一来就会将电子从它原本的路径上撞开。

换句话说：为了获得某个系统的信息，我们必须对它进行量测，但在此同时，我们往往也无可避免地改变了它的状态，导致我们无法观察到它真正的性质。在不试图证明量子量测的微妙性之下，我试着用简单的词汇解释关于量测的概念。希望这能帮助读者理解。

让我们暂且先喘口气，回顾一下到目前为止谈过的。我们知道量子世界难以掌握，总有些事情偷偷摸摸地发生；这些现象不仅在我们日常世界中不可能发生，而且还难以捉摸，让我们无法透过量测去掌握。一旦打开薛定谔的箱子，我们总会发现一只活的或是死的猫，而不是这两种状态的迭加。这么看来，我们并没有更接近悖论的解答。