_量子力学的各种解释

Journal of Huaiyin Teachers College Social Science Vol.353,2013

量子力学的各种解释

吴新忠

(上海交通大学科学史与科学文化研究院,上海200240)

摘要:量子力学建立后,围绕波函数的物理意义与哲学解释展开了深入持久的争论。对于波函数一直存在着德布罗意与薛定谔等人的实在论解释与玻恩等人的概率解释两种不同的本体论立场,双方都求助于爱因斯坦引入的光量子假说来发挥自己的观点,并由此展开了各种量子力学解释在量子力学与量子场论发展历程中的交锋。

关键词:波函数;实在论解释;量子概率解释

中图分类号:N031文献标识码:A文章编号:1007-8444(2013)03-0308-06收稿日期:2012-12-25

基金项目:教育部人文社会科学研究一般项目“量子场论的本体论研究”(12YJA720013);江苏省哲学社会科学一般课题“当代科学研究范式与进步研究”(10ZXB003);2009年武汉钢铁(集团)公司项目“相互作用实在论与量子力学曲率解释公理化体系研究”(2009-2011B121)。

作者简介:吴新忠(1968-),哲学博士,讲师,主要从事科学前沿哲学问题、物理学与宇宙学哲学研究。

一、波函数的实在论解释与概率解释

所谓的量子力学解释问题,指的是量子力学数学形式体系的物理本质究竟是什么。一切被严肃考虑的量子力学解释都是从玻恩的量子波函数的概率解释开始的。1926年6月,玻恩在一篇题为“散射过程的量子力学”的论文中,第一次提出了波函数的概率解释,认为波函数服从统计规则,波函数模量的平方|y|2,给出粒子出现的概率。1926年玻恩致爱因斯坦的信中指出:“我把薛定谔波场理解为你用字意义上的‘幽灵场’,在当时是有用的……当然,几率场不是在通常空间中而是在相空间(或组态空间)中传播的。”[1]544玻恩认为,他发挥了爱因斯坦在1917年提出的跃迁概率与“幽灵场”引导光量子的思想,将它扩展到作为“幽灵场”的波函数Ψ与可称重粒子之间的关系:“[爱因斯坦说]波的提出只是为微观光量子指示通道……这决定了一个光量子(能量和动量的载体)通过某一路径的概率;然而,场本身并没有能量和动量。”[2]193这里,光波失去了它的物质性,变成了一种概率波。更早的时候,玻尔、克拉默斯和斯莱特在1924年的论文中提出,电磁波的场只决定一个原子在相关空间中通过量子来吸收或发射光能的概率;斯莱特在提交论文前给《自然》杂志写信,认为部分场将“引导离散的量子”,并且导致“[原子]以某种概率获得或失去能量,这与爱因斯坦已提出的意见非常相似”[2]193。曹天予把玻恩的量子概率解释总结如下,认为玻恩把粒子当作波动力学或量子力学的基本本体[2]194:(1)Ψ波,作为幽灵场,本身没有能量和动量,因此没有通常的物理意义;(2)Ψ波,与德布罗意和薛定谔的观点形成对照,完全不表征物质的运动;它们只决定物质的可能运动,或关于运动物质的观测结果的概率;(3)玻恩的概率意味着“在一组完全相同的、没有耦合的原子中,一种态出现的确定概率”;(4)因此Ψ波概念预设了大量独立粒子的存在。

二、量子力学形式体系的各种解释

纵观历史,量子力学数学形式体系的解释总体上可以分为三大派系:一是以玻尔、玻恩、海森伯、狄拉克和泡利为代表的哥本哈根主流学派的非决定论概率解释,包括按照哥本哈根精神建立起来的量子测量理论———冯·诺依曼—维格纳的标准解释,以及基于海森伯不确定原理的各种量子逻辑;二是爱因斯坦、德布罗意与薛定谔提出的非主流派决定论解释;三是在非主流派影响下,向量子概率解释妥协而形成的统计系综解释、随机过程解释和多世界解释。正是对玻恩的量子概率作不同的解释,开

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