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《自然》發(fā)文:一百多年過去了,物理學家對量子力學仍存在分歧

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去年,德國北海小島赫爾戈蘭島上,聚集了1100多位世界頂級物理學家。

他們不是來度假的。

他們來這里,是為了紀念一個讓人類既驕傲又尷尬的百年紀念日——量子力學誕生100周年。



驕傲的是:量子力學給了我們激光、LED燈、MRI掃描儀、手機里的晶體管,現(xiàn)代文明的半壁江山。

尷尬的是:直到今天,沒人真正知道量子力學到底在描述什么。

你以為這是開玩笑?并沒有。

根據《自然》雜志剛剛公布的調查結果顯示:這1100多位頂級物理學家對"量子世界到底是什么樣"這個根本問題,意見分歧得一塌糊涂。

這就像一群建筑師蓋了100年的房子,個個技藝精湛,但至今還在爭論"磚頭到底是什么做的"。

"Shut up and calculate!"

這句話在物理學界無人不知。

翻譯過來就是:"別問為什么,算就完了!"

聽起來很霸氣?其實透著無奈。

這背后的潛臺詞是:我們的公式很管用,但我們真不知道自己在算什么。

故事要從20世紀初說起。

那時候,科學家們信心滿滿地以為,牛頓的經典物理學已經把宇宙解釋得七七八八了。剩下的工作,無非是在小數點后面多加幾位數字。

但電子和光子不配合。



這些微觀粒子的行為,徹底顛覆了科學家的三觀:它們既是粒子,又是波;它們可以同時出現(xiàn)在多個位置;它們可以擁有多種不同的速度和能量狀態(tài)。

這不是科幻小說,這是實驗室里反復驗證的事實。

1925年,奧地利物理學家薛定諤和德國的海森堡,被逼無奈,發(fā)明了一套"概率數學工具"來描述這種"見鬼"的現(xiàn)象。

這套工具叫"波函數"。

它能準確預測粒子的測量結果,但沒人知道在測量之前,粒子到底在干什么。

就像你有一個魔法計算器,輸入問題就能得到正確答案,但你完全不知道這個計算器內部是怎么工作的。

更要命的是:這個"魔法計算器"造就了現(xiàn)代科技文明。

最能說明量子世界有多詭異的,莫過于那只著名的"薛定諤的貓"。

故事是這樣的:



把一只貓關在盒子里,盒子里有一個毒氣裝置,這個裝置由一個放射性原子控制。如果原子衰變,裝置就釋放毒氣,貓死;如果不衰變,貓活。

按照量子力學,在你打開盒子觀察之前,那個原子處于"既衰變又不衰變"的疊加狀態(tài)。

那么問題來了:貓是活著還是死了?

哥本哈根學派(目前最主流的量子理論解釋)說:貓既活著又死了,直到你打開盒子。



聽起來很荒謬?

但這就是量子世界的基本邏輯:觀察行為本身,決定了現(xiàn)實。

在經典世界里,無論你看不看,蘋果就在桌子上。但在量子世界里,在你"看"之前,粒子可能同時在所有可能的位置上。



巴西物理哲學家德西奧·克勞斯在接受《自然》調查時說:"哥本哈根解釋是我們目前擁有的最簡單的理論。"

"盡管它有問題,比如無法解釋為什么測量會產生這種效果,但其他替代理論'呈現(xiàn)出的問題,在我看來更糟糕'。"

這話翻譯過來就是:我們選擇這個解釋,不是因為它完美,而是因為其他解釋更不靠譜。

但不是所有物理學家都買哥本哈根學派的賬。

《自然》調查顯示,15%的物理學家支持"多世界詮釋",也就是我們常說的"平行宇宙理論"。

這個理論更瘋狂:

波函數根本不會"坍縮",而是會"分叉"成無數個平行宇宙。



當你測量一個粒子的位置時,你得到的只是"你這個宇宙"里的結果。但在其他無數個平行宇宙里,這個粒子出現(xiàn)在所有其他可能的位置上。

簡單說:每次量子測量,都會創(chuàng)造出無數個平行世界。

美國理論物理學家肖恩·卡羅爾在調查中說:"這需要我們對世界的直覺進行戲劇性的重新調整,但在我看來,這正是我們應該從一個關于現(xiàn)實的基礎理論中期待的。"

聽起來很酷?

但想想看:這意味著此時此刻,有無數個"你"在無數個平行宇宙里,做著無數種不同的選擇。

有個宇宙里的你正在看這篇文章,有個宇宙里的你在睡覺,還有個宇宙里的你可能根本不存在。

這不是科幻,這是15%頂級物理學家認真相信的科學理論。

調查還問了一個更根本的問題:

量子世界和經典世界之間,有明確的分界線嗎?



結果讓人哭笑不得:45%的物理學家說有,45%的物理學家說沒有。

完美的平手。

這意味著什么?

這意味著科學家們連"微觀的奇怪規(guī)則是否適用于宏觀世界"這個基本問題都沒達成共識。

有人認為,當粒子數量足夠多、物體足夠大時,量子效應就會消失,經典物理學重新占主導地位。

但也有人認為,整個宇宙都遵循量子規(guī)則,只是我們在宏觀尺度上看不出來而已。

這就像一群醫(yī)生圍著病人,一半人說"病癥只在左半身",另一半人說"全身都有問題"。

調查中最有趣的一個數據是:

只有24%的物理學家確信他們選擇的量子詮釋是正確的。

換句話說:76%的頂級物理學家對自己支持的理論都沒有十足把握。

更有趣的是:75%的人相信,量子力學總有一天會被更全面的理論取代。

這是什么概念?

這相當于一群廚師,個個都會做菜,菜品也很受歡迎,但四分之三的人都承認:"我其實不太清楚自己為什么要放這些調料,估計以后會有更好的菜譜出現(xiàn)。"

而另外25%堅持認為量子力學就是終極真理的物理學家,可能也沒那么自信。畢竟,在他們當中,對于量子世界的基本問題,依然存在巨大分歧。

這種狀況,在科學史上極為罕見。



通常,一個成熟的科學理論會逐漸形成共識。但量子力學不一樣,它越發(fā)展,爭議反而越大。

就像愛因斯坦當年說的那句名言:"上帝不會擲骰子。"

但玻爾回懟得更經典:"不要告訴上帝該怎么做!"

這場爭論從1920年代開始,一直持續(xù)到今天。

而且看起來,短期內不會有結果。

也許,這正是量子力學最迷人的地方:它讓我們造出了改變世界的技術,卻始終保持著神秘感。

它提醒我們:人類的理解力是有邊界的,宇宙比我們想象的要深邃得多。

當1100位頂級物理學家聚集在赫爾戈蘭島上,為量子力學百年慶生時,他們慶祝的不僅是一個理論的成功,更是人類面對未知時的那份謙遜與好奇。

也許,"不知道"本身,就是最誠實的答案。

(參考信息:DOI:10.1038/d41586-025-02342-y,www.nature.com/articles/d41586-025-02342-y)

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