簡(jiǎn)單回答就三個(gè)字：不知道。

等等，不要因?yàn)檫@三個(gè)字就轉(zhuǎn)身離開(kāi)，甚至開(kāi)始“罵街”。對(duì)于量子力學(xué)，科學(xué)家們不知道的太多了，不僅僅有波函數(shù)坍縮。但是對(duì)于波函數(shù)坍縮，科學(xué)家們目前了解的程度比普通人要更多，更清楚。

量子力學(xué)，本來(lái)就是一個(gè)完全違背我們傳統(tǒng)認(rèn)知的學(xué)科。雖然人類對(duì)量子力學(xué)的探索已經(jīng)有一百多年的歷史，但至今我們都無(wú)法弄清楚量子力學(xué)的底層邏輯到底是什么。

量子世界里的微觀粒子，與我們平時(shí)看到的宏觀物體的行為特征有本質(zhì)不同，我們并不能同時(shí)描述出微觀粒子準(zhǔn)確的位置和速度信息，只能用概率去描述，我們可以用概率波描述微觀粒子的狀態(tài)，而這里的概率波其實(shí)就是波函數(shù)。

量子力學(xué)中有很多基本公設(shè)，可以用來(lái)完備地描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而波函數(shù)就可以完全定義微觀粒子的所有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，也就是量子態(tài)。

而研究微觀粒子的量子態(tài)時(shí)，不可避免地要進(jìn)行觀測(cè)，也就是說(shuō)，當(dāng)我們觀測(cè)量子系統(tǒng)時(shí)，到底會(huì)看到什么樣的結(jié)果。我們觀測(cè)微觀粒子的行為時(shí)，會(huì)觀測(cè)到微觀粒子的速度，位置，角動(dòng)量，能量等各種信息，這些信息統(tǒng)稱起來(lái)就是微觀粒子的量子態(tài)信息。

其實(shí)，量子力學(xué)就是圍繞兩大問(wèn)題展開(kāi)的。

第一，在某個(gè)給定的初始狀態(tài)基礎(chǔ)上，我們?cè)撊绾晤A(yù)測(cè)未來(lái)某個(gè)時(shí)刻微觀粒子的量子態(tài)？

第二，對(duì)某個(gè)系統(tǒng)的量子態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，我們會(huì)得到什么樣的結(jié)果？或者得到某種結(jié)果的概率有多大？

第一個(gè)問(wèn)題其實(shí)就是系統(tǒng)的演化問(wèn)題，而第二個(gè)問(wèn)題就是觀測(cè)問(wèn)題。而在目前的量子力學(xué)里，這兩個(gè)問(wèn)題都有一個(gè)約定好的公設(shè)，這兩個(gè)公設(shè)分別是：薛定諤方程和玻恩規(guī)則。

除此之外，還有一個(gè)公設(shè)可以把上面兩個(gè)公設(shè)緊緊結(jié)合在一起，那就是我們今天討論的重點(diǎn)：波函數(shù)坍縮。

下面就來(lái)具體講述一下上面三個(gè)公設(shè)。

首先是薛定諤方程。這個(gè)方程看起來(lái)并不復(fù)雜，但公式中的符號(hào)并不是我們熟悉的，其實(shí)我們沒(méi)有必要具體了解薛定諤方程，只需要知道它的地位就行了。

薛定諤方程在量子世界的地位，就相當(dāng)于牛頓第二定律在經(jīng)典物理學(xué)中的地位一樣。牛頓第二定律是描述宏觀物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的，而薛定諤方程是量子世界的基石，用來(lái)描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，具體來(lái)講就是描述微觀粒子的“波函數(shù)”是如何變化的，這個(gè)波函數(shù)的波包形狀是什么樣，傳播速度和振幅又是怎樣，等等這樣的問(wèn)題。

第二個(gè)公設(shè)，玻恩規(guī)則。該規(guī)則表明，所謂的“波函數(shù)”并不是我們看到的，我們看到的只是某個(gè)可觀測(cè)量，而每個(gè)可觀測(cè)量都對(duì)應(yīng)著一系列的本征態(tài)和本征值，所謂“本征值”就是進(jìn)行觀測(cè)時(shí)可產(chǎn)生確定觀測(cè)結(jié)果的量子態(tài)。而我們的觀測(cè)結(jié)果只會(huì)是本征值中的其中之一。

本征值往往都是離散的，其實(shí)這也是“量子”一詞的由來(lái)。那么觀測(cè)結(jié)果會(huì)是哪一個(gè)本征值呢？是由什么決定的呢？

是由微觀粒子的量子態(tài)與本征態(tài)之間的“重疊”決定的。通俗來(lái)講就是，其實(shí)每個(gè)本征值都對(duì)應(yīng)一個(gè)本征態(tài)，而本征態(tài)與量子態(tài)之間會(huì)有夾角，這個(gè)夾角就決定了微觀粒子的可能狀態(tài)。當(dāng)夾角為零時(shí)，也就是本征態(tài)正好與量子態(tài)重合，我們的觀測(cè)就一定會(huì)得到本征態(tài)對(duì)應(yīng)的本征值，這個(gè)概率就是100%。夾角越大，概率就越小，如果夾角為90度，概率就為零了。

第三個(gè)公設(shè)是波函數(shù)坍縮，這個(gè)坍縮到底是怎么一回事呢？為什么會(huì)坍縮呢？

按照我們的傳統(tǒng)觀念，任何觀測(cè)行為都可以反映出客觀存在的某個(gè)狀態(tài)，而且這個(gè)狀態(tài)是獨(dú)立于觀測(cè)的，不受觀測(cè)行為影響。但是波函數(shù)坍縮這個(gè)公設(shè)告訴我們，當(dāng)我們觀測(cè)時(shí)，得到的任何結(jié)果，其實(shí)就是系統(tǒng)的量子態(tài)恰好突變?yōu)樵摻Y(jié)果的本征態(tài)。該如何理解這句話呢？

有兩層意思。

第一，波函數(shù)坍縮與觀測(cè)行為有關(guān)，并不會(huì)獨(dú)立于觀測(cè)。

第二，波函數(shù)坍縮看起來(lái)與薛定諤方程是相悖的，它是突發(fā)的波函數(shù)演化結(jié)果。

其實(shí)，“波函數(shù)坍縮”并不是海森堡或者玻爾等哥本哈根學(xué)派提出來(lái)的，而是馮諾依曼首先提出來(lái)的。

波函數(shù)坍縮最奇怪的地方在于，當(dāng)我們不做任何事時(shí)，不進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，它就滿足薛定諤方程，是連續(xù)的也是確定的。但是當(dāng)我們觀測(cè)的一瞬間，它就會(huì)發(fā)生隨機(jī)變化，這個(gè)變化是在我們觀測(cè)的瞬間就發(fā)生的，同時(shí)也與我們的觀測(cè)對(duì)象有很大關(guān)系。

這其實(shí)說(shuō)明了我們的觀測(cè)行為會(huì)帶來(lái)兩點(diǎn)變化。

一，我們觀測(cè)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一系列有關(guān)本征態(tài)的選項(xiàng)。二，量子態(tài)會(huì)從所有這些選項(xiàng)中選擇其中之一。

這就很奇怪了，讓人很難接受。其實(shí)如果說(shuō)觀測(cè)結(jié)果是由觀測(cè)方式和手段決定的，還比較容易讓人接受，但如果說(shuō)量子系統(tǒng)的演化結(jié)果同樣是由觀測(cè)方式手段決定的，就很難讓人接受了，而這也是波函數(shù)坍縮最讓人難以接受，最具爭(zhēng)議的一點(diǎn)。

很多科普文中會(huì)這樣解釋波函數(shù)坍縮，認(rèn)為人類的任何觀測(cè)行為都不可避免地影響系統(tǒng)，對(duì)量子系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生干擾，所以觀測(cè)行為當(dāng)然會(huì)改變系統(tǒng)的狀態(tài)。

這種解釋看起來(lái)很合理，很容易讓人接受，畢竟這種解釋的思維模式更符合我們的經(jīng)典世界，但其他這種解釋是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)�，是錯(cuò)誤的。

為什么這樣說(shuō)？

因?yàn)槿绻f(shuō)“觀測(cè)行為干擾了量子系統(tǒng)的狀態(tài)”，就說(shuō)明在觀測(cè)之前，量子系統(tǒng)已經(jīng)有某個(gè)確定的狀態(tài)了，但是量子力學(xué)表明“觀測(cè)行為改變了量子狀態(tài)”，顯然這就出現(xiàn)了矛盾。

同時(shí)，貝爾實(shí)驗(yàn)也告訴我們，在滿足定域性的基礎(chǔ)上，量子系統(tǒng)不可能存在某個(gè)確定的狀態(tài)，所以“觀測(cè)行為干擾了量子系統(tǒng)”的觀點(diǎn)是不成立的。

說(shuō)白了，量子力學(xué)中的基本公設(shè)，比如說(shuō)“觀測(cè)”“坍縮”等概念都是原生的。什么意義呢？可以理解為這些概念都是公理，是最基本的存在，不需要任何解釋。

言外之意，就連我們自認(rèn)為最熟悉的“觀測(cè)”，其實(shí)我們都不知道是什么。何為“觀測(cè)”？是人類意識(shí)造就的現(xiàn)實(shí)嗎？亦或只是單純的物理過(guò)程？其實(shí)我們并不知道。

所謂的“量子態(tài)”只是人們對(duì)觀測(cè)結(jié)果做出預(yù)測(cè)的工具罷了，而“坍縮”也只是這個(gè)工具使用過(guò)程中的某個(gè)環(huán)節(jié)。我們知道“坍縮”的概念確實(shí)有用，但別的就不知道了。

物理學(xué)家馮諾依曼曾努力試圖將“坍縮”這個(gè)神秘概念和過(guò)程用某種確定的物理過(guò)程消除掉，但不管怎么努力，他發(fā)現(xiàn)都是無(wú)法消除的。

這是因?yàn)�，薛定諤方程就可以推導(dǎo)出，在量子系統(tǒng)與觀測(cè)者之間發(fā)生物理作用時(shí)，所有的疊加態(tài)都會(huì)被保留。但是最終我們的觀測(cè)結(jié)果只是單一確定的。

馮諾依曼通過(guò)對(duì)“觀測(cè)過(guò)程”的詳細(xì)分析，最終也只能消除其中的物理部分，那些不能消除的部分，他定義為“非物理部分”，說(shuō)白了就是“意識(shí)”。馮諾依曼就此也表明了自己的觀點(diǎn)：坍縮或許真的與意識(shí)有關(guān)，這就是“意識(shí)可能導(dǎo)致波函數(shù)坍縮”的由來(lái)。

網(wǎng)絡(luò)上很多對(duì)于“意識(shí)與坍縮”之間關(guān)系時(shí)，總是會(huì)振振有詞地說(shuō)“觀測(cè)行為是純粹的物理過(guò)程，與意識(shí)沒(méi)有任何關(guān)系”，其實(shí)這種觀點(diǎn)并沒(méi)有完全理解馮諾依曼的意圖。當(dāng)然，這并非說(shuō)明“意識(shí)一定就與坍縮有關(guān)”，只能說(shuō)明“觀測(cè)行為大概率不是純粹的物理過(guò)程”。

因?yàn)槿绻^測(cè)是純粹的物理過(guò)程，就意味著量子力學(xué)并不完備。為什么這樣講？

因?yàn)樵诹孔恿W(xué)中，觀測(cè)過(guò)程是公理，所以如果把觀測(cè)行為強(qiáng)行定義為物理過(guò)程，任何一個(gè)完備的理論都需要對(duì)這個(gè)過(guò)程做出詳細(xì)具體描述，而不是用公理對(duì)付。因?yàn)楣碚f(shuō)白了就是假設(shè)。

而如今量子力學(xué)強(qiáng)行把觀測(cè)行為以公理的形式定義，其實(shí)已經(jīng)表明了量子力學(xué)本身就無(wú)法描述觀測(cè)這種物理過(guò)程。

對(duì)此，哥本哈根學(xué)派的解釋是，我們并不能直接獲取微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，量子力學(xué)描述的并不是系統(tǒng)的物理變化過(guò)程，而是人類對(duì)系統(tǒng)認(rèn)知的更新過(guò)程，其實(shí)這也是所謂的“認(rèn)知論波函數(shù)”觀點(diǎn)。

哥本哈根學(xué)派據(jù)此認(rèn)為，所謂的“獨(dú)立于人類認(rèn)知的系統(tǒng)客觀狀態(tài)”是沒(méi)有意義的。微觀世界與我們所在的經(jīng)典宏觀世界截然不同，量子態(tài)只適用于微觀世界，微觀粒子通過(guò)經(jīng)典儀器把相關(guān)信息傳給觀測(cè)者的過(guò)程中，一定會(huì)在某個(gè)節(jié)點(diǎn)“坍縮”為經(jīng)典狀態(tài)。

與“認(rèn)知波函數(shù)”對(duì)應(yīng)的是“本體論波函數(shù)”，該觀點(diǎn)認(rèn)為，所謂的量子態(tài)完全是物理狀態(tài)，描述的也是物理過(guò)程而不是人們的認(rèn)知過(guò)程。但這種觀點(diǎn)就意味著“疊加態(tài)是真實(shí)的物理現(xiàn)實(shí)狀態(tài)”，由此就會(huì)引申出“多世界理論”，該理論認(rèn)為現(xiàn)實(shí)世界本身就是多重的，就像量子世界里的疊加態(tài)那樣。但是既然多世界理論反對(duì)認(rèn)知論波函數(shù)，那就意味著一定會(huì)把觀測(cè)過(guò)程當(dāng)做純粹的物理過(guò)程，就需要對(duì)“波函數(shù)坍縮”做出物理解釋，但直到目前也沒(méi)有突破性的解釋。

還有一種解釋就是“隱變量解釋”，該解釋承認(rèn)波函數(shù)的預(yù)測(cè)結(jié)果，但是所謂的“波函數(shù)”也只是對(duì)更深層現(xiàn)實(shí)的描述罷了，并非本質(zhì)體現(xiàn)。不過(guò)后來(lái)的貝爾定律表明，隱變量一定是非定域的，這與愛(ài)因斯坦的相對(duì)論發(fā)生了矛盾，所以后來(lái)就被否定了。

總結(jié)這三觀點(diǎn)就是：

第一種觀點(diǎn)，也就是哥本哈根詮釋認(rèn)為，物理現(xiàn)實(shí)其實(shí)是沒(méi)有意義的，我們更應(yīng)該關(guān)注物理現(xiàn)象。

第二種觀點(diǎn)認(rèn)為，所謂的物理現(xiàn)實(shí)是多重的，并不依賴于我們的主觀觀測(cè)。

第三種觀點(diǎn)認(rèn)為，所謂的物理現(xiàn)實(shí)背后一定存在某種隱變量，是單一現(xiàn)實(shí)。

這也是為什么哥本哈根學(xué)派提出的“認(rèn)知論波函數(shù)”會(huì)被主流科學(xué)界接受認(rèn)可，不是說(shuō)哥本哈根詮釋一定是對(duì)的，目前未知并沒(méi)有其他詮釋比哥本哈根詮釋更好地詮釋詭異的量子力學(xué)。

最后來(lái)解釋一下，為什么開(kāi)頭我會(huì)說(shuō)“科學(xué)家們比我們想象的要清楚很多”，其實(shí)這對(duì)虧了量子糾纏和退相干理論的發(fā)展。

量子糾纏就不過(guò)多闡述了，之前講述過(guò)很多了，這里重點(diǎn)提一下退相干理論。其實(shí)網(wǎng)絡(luò)上很多人對(duì)該理論有誤解，總會(huì)認(rèn)為該理論是一種詮釋，其實(shí)不然，它只是在量子力學(xué)框架內(nèi)對(duì)觀測(cè)過(guò)程做出分析，雖然解釋了很多原本讓人模糊的地方，但其實(shí)并沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題。

那么，何為“退相干”？通俗理解就是，當(dāng)我們進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，就會(huì)與系統(tǒng)和環(huán)境發(fā)生糾纏，形成量子糾纏，進(jìn)而使得原有的糾纏態(tài)退出，失去相干性，就是所謂的“退相干”。

說(shuō)白了，并不是說(shuō)觀測(cè)行為對(duì)系統(tǒng)造成了影響，而是觀測(cè)者本身與系統(tǒng)發(fā)生糾纏之后，就不再獨(dú)立于系統(tǒng)之外，不再有獨(dú)立的明確定義，而是與系統(tǒng)融為一體了。

對(duì)于退相干理論，有兩個(gè)問(wèn)題需要解釋。

第一，為什么觀測(cè)的結(jié)果總是確定的，為什么我們不能看到“同時(shí)在兩個(gè)不同地方”的微觀粒子，或者說(shuō)看到“既死又活”的貓？

第二，為什么觀測(cè)行為總會(huì)產(chǎn)生某個(gè)特定結(jié)果？而這個(gè)結(jié)果產(chǎn)生的概率是由玻恩規(guī)則決定的呢？

退相干理論只能回答第一個(gè)問(wèn)題，并不能回答第二個(gè)。這意味著第二個(gè)問(wèn)題本身終究還是要用詮釋來(lái)回答。

包括哥本哈根詮釋在內(nèi)的所有詮釋，回答第二個(gè)問(wèn)題時(shí)，都會(huì)回答“過(guò)程就是坍縮”，但這個(gè)過(guò)程仍舊顯得很神秘。

而多世界理論認(rèn)為，觀測(cè)行為并不會(huì)只產(chǎn)生一個(gè)特定結(jié)果，所有的結(jié)果都會(huì)保留，但我們只能觀測(cè)到某一個(gè)結(jié)果罷了。

真相到底是什么，目前仍舊存在爭(zhēng)議。有爭(zhēng)議就對(duì)了，有爭(zhēng)議才正常，沒(méi)有爭(zhēng)議就不正常了。因?yàn)橹钡侥壳盀橹�，也沒(méi)有任何人真的了解量子力學(xué)。

完！