重新思考量子正統(tǒng)觀念

物理學(xué)家為量子力學(xué)的確定性替代理論進行辯護。

眾所周知，阿爾伯特 · 愛因斯坦對量子力學(xué)有許多不滿。作為一名堅定的決定論者和現(xiàn)實主義者，他無法接受量子力學(xué)對概率性結(jié)果的依賴，后者又部分取決于觀測者如何設(shè)計實驗。量子力學(xué)對人類觀測者的依賴令他惱火不已，他曾半開玩笑地表示，這種理論似乎在暗示，在沒有人觀測的時候，月亮并不存在。愛因斯坦的批評在物理學(xué)界幾乎未能贏得支持，在尋找替代理論數(shù)十年無果后，他于1955年去世。

亞當 · 福雷斯特 · 凱在其巧妙撰寫的《逃離陰影物理》（Escape From Shadow Physics）中表達了對愛因斯坦的同情，并提出了一種可能解決愛因斯坦提出的問題的方法。不過，凱的書并不是以愛因斯坦尋找確定性替代理論的嘗試為核心，而是聚焦于對法國物理學(xué)家、諾貝爾獎得主路易 · 德布羅意的工作的現(xiàn)代改進。正如凱所述，德布羅意的導(dǎo)航波理論建立在數(shù)個世紀關(guān)于點狀物體和波動的特性的研究基礎(chǔ)上，它描述了粒子與波的共生關(guān)系，完全遵循因果關(guān)系的機械鏈。波前推動點粒子沿特定路徑前進，以一個完全確定性的模型取代概率性的量子力學(xué)。

本書的一大亮點在于，凱生動地回憶了在著名的1927年索爾維會議上，德布羅意的導(dǎo)航波想法被提出并在很大程度上被否定的情形。雖然愛因斯坦給予了一定的支持，但沃爾夫?qū)?· 泡利等一些理論家卻公開表示批評，而包括尼爾斯 · 玻爾和維爾納 · 海森堡在內(nèi)的大多數(shù)其他與會者甚至沒有給予這一想法足夠的關(guān)注。德布羅意放棄了這一想法，失落地加入了玻爾-海森堡陣營。然而，幾十年后，量子物理的叛逆者大衛(wèi) · 玻姆接過了他的衣缽，并提出了自己的改進想法，即德布羅意-玻姆導(dǎo)航波理論。這一理論同樣遭到了主流學(xué)界的否定，他們傾向于隱蔽的、偶然驅(qū)動的亞原子躍遷的正統(tǒng)理論。

盡管導(dǎo)航波理論在德布羅意生前從未被完全認可且長期被擱置，但凱展示了一個名為流體動力學(xué)量子模擬（HQA）的新興研究領(lǐng)域是如何利用在振動的油層上跳躍的油滴的實驗來探索類似想法的。他解釋道，這些油滴的波導(dǎo)行為表明了一種拓展和測試類似導(dǎo)航波方法的途徑，有望最終顛覆量子正統(tǒng)觀念。“德布羅意會認為這些油滴實驗非常了不起。”凱說道。

凱對物理學(xué)史的了解堪稱深入，尤其是在18世紀和19世紀的發(fā)展方面，這個時代被稱為經(jīng)典物理學(xué)。他對流體動力學(xué)、熱力學(xué)和經(jīng)典波現(xiàn)象的描述通俗易懂。在闡述這些領(lǐng)域時，他努力為接受HQA模型的真實性——在傳統(tǒng)物理科學(xué)精神的引導(dǎo)下——而不是盲目接受玻爾和海森堡概率性的、依賴于觀測者的明顯怪異觀念提供依據(jù)。“我們需要因為原子不參與因果關(guān)系而放棄經(jīng)典物理學(xué)嗎？”凱問道，“還是說，我們有一天會發(fā)現(xiàn)一個隱藏的決定論過程來解釋統(tǒng)計數(shù)據(jù)呢？”

實際上，凱在整本書中自始至終都有力地證明，HQA現(xiàn)象值得探索，而標準量子物理學(xué)存在需要解決的哲學(xué)缺陷。書中以引人入勝的方式描述了關(guān)鍵的HQA實驗，包括產(chǎn)生似乎可以模仿靜態(tài)原子軌道之間躍遷隨機性的確定性混沌行為。凱熱衷于指出量子正統(tǒng)觀念擁護者的缺點，他在談到海森堡的著作時說：“它們是如此糟糕……以至于令人難以置信。”

不過，《逃離陰影物理》缺少了對量子力學(xué)和HQA之間匹配不對稱的某些視角。書中幾乎沒有提到量子力學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域（如量子場論、核物理、原子物理、超導(dǎo)理論、超流體等）所實現(xiàn)的眾多精確測量——這是一個世紀以來的遺產(chǎn)。以現(xiàn)實方式解決量子測量問題的其他方法，如退相干理論和自發(fā)定位，很少被提及。相反，HQA——一個連其實驗者自己都認為目前只能有限地復(fù)制某些量子效應(yīng)的研究領(lǐng)域——卻被推崇為所有量子物理學(xué)的明確繼承者。如果能更清楚地說明在取代歷史上最具預(yù)測性的理論之一之前，HQA模型需要滿足多少條件就更好了。

總之，《逃離陰影物理》精彩描述了經(jīng)典物理學(xué)和量子物理學(xué)的發(fā)展史，同時有力闡述了流體動力學(xué)量子模擬。然而，如果能將后者作為一種具有潛在前景和具備某些與量子力學(xué)相似特征的新理論來介紹，而非大肆宣傳它可能是量子力學(xué)的繼承者，這場辯論將會更加完善。

資料來源Science