哥本哈根詮釋

title: 概论.
content: 由于哥本哈根诠释是由几位物理学家的观点所构成的,哥本哈根诠释并不是一句话就可以论定的。著名的以色列物理学家艾雪·佩雷斯在一篇论文中,特别提到,有两位物理学家,对于哥本哈根诠释,给予了有如天壤之别的定义。  哥本哈根诠释包含了几个重要的观点。
title: 波函数的意义.
content: 哥本哈根诠释不认为波函数除了抽象的概念以外有任何真实的存在。至少,对于波函数是否是一个独立,可区别的实体的整体或一部分,哥本哈根诠释都不做任何表态。  有些物理学家主张,哥本哈根诠释的客观版本允许真实的波函数。但是,这观点是否与实证主义相符合,是否与波耳的论点相符合,还是个问号。尼尔斯·波耳强调,科学只注重实验结果的预测,任何其它额外的命题都是不科学的,属于玄学范围。波耳深深地受到实证主义影响。换个方面,波耳和海森堡两个人的见解也不完全相同。有些时候,他们的观点有相当大的分歧。特别地,海森堡非常倾向实在论。  即使波函数不被视为真实的,也仍旧可以找到至少两派意见不同的物理学家,主观派认为波函数只是一个计算实验几率的数学工具,没有别的意义。不可知派则认为波函数是不可知的,对于波函数不表示任何态度。  英语:Carl Friedrich von Weizsäcker 是不可知派一位著名的物理学家。在参与一个剑桥大学的学术报告会时,他否认哥本哈根诠释主张不能被观察到的事物绝对不存在。他提出哥本哈根诠释所信奉的原理是:能被观察到的事物当然存在,而不能被观察到的,仍旧可以自由地做适当的假设,利用这自由来避开佯谬。
title: 波函数塌缩.
content: 每一种版本的哥本哈根诠释,都会包括一个正式版本的波函数塌缩在内。借着这塌缩,未测量到的本征值会被删除。塌缩后的波函数是对应于测量到的本征值的本征态。(换句话说,哥本哈根诠释从来不曾否定塌缩这概念。甚至在量子力学早期,也没有像多世界诠释的拥护者一样地否定塌缩。)波函数牵涉到一个事件会走向各种可能的结果的几率。可是当其中一种结果变为事实,其它的结果就不可能存在于真实世界。  设定一个电子,通过一个双缝实验仪器,那么,这电子抵达于侦测屏障的地点,这位置是几率性的,跟电子的量子态有关。可是,一当电子抵达了侦测屏障的某一点,电子不可能再跑到别的点,抵达别的点的几率是零。多世界诠释认为电子会抵达任何它可能抵达的地点。每一种可能都发生于一个分离的宇宙。
title: 哥本哈根诠释的观点.
content: 通过思考一些实验与佯谬,可以进一步地了解哥本哈根诠释的内涵:
title: 薛定谔猫.
content: 将一只猫放入一个配备了放射性物质,辐射侦测器(盖革计数器)和毒气桶(氰化氢)的盒子。假设,在一段时间T内,放射性物质有50%的几率发射出一个粒子,也有50%的几率保持不变。再假设放射性物质发射出的任何粒子,都可以被盖革计数器侦测到。在这一段时间T内,假若盖革计数器侦测到任何粒子,毒气桶释放毒气的机制就会被启动。释放出毒气来毒死盒子里的猫;否则,假若放射性物质保持不变,那么,猫仍旧会是活的。薛定谔设计出这个荒谬的实验。在时间t=T,整个系统的波函数 formula_1 会是各占一半几率的活猫与死猫,这两种状态混杂在一起:formula_2 。而当观察者一掀开盒盖,想要观察到底猫是活的还是死的,这时候,波函数 formula_1 立刻会塌缩成活猫波函数 formula_4 或死猫波函数 formula_5 。假若猫是死的,则可以说猫是被观察者的观察这动作杀死的。
title: 双缝实验.
content: 在双缝实验里,照射单色光在一座有两条狭缝的不透明挡墙。在挡墙的后面设立了一个侦测屏障。在侦测屏障上可以观察到干涉图样。现在,在这实验里,装上一台狭缝侦测器,能够侦测到光子的行踪,光子会经过两个狭缝中的那一个狭缝?可是,当将狭缝侦测器打开后,熟悉的干涉图样,就会消失不见,改变成另外一种图样。侦测这个动作,涉及了光子与狭缝侦测器之间的相互作用。这改变了光子的量子态。请问这该作怎么解释?
title: EPR悖论.
content: 在一个衰变事件中,一个自旋为零的粒子衰变为两个粒子。这两个量子纠缠的粒子被发射出去。守恒定律确保,假设测量这两个粒子的自旋,那么,其中一个粒子的测量值,必是另外一个粒子的测量值的负值。因此,假设一位观察者测量到其中一个粒子的自旋,瞬时,这观察者也知道另外一个粒子的自旋。EPR 悖论最使人困惑的地方就是这瞬时效应。在星系的这一端发生的事件瞬时地透露出星系的那一端发生的事件。但是,根据狭义相对论,任何含资讯的讯号或物理实体的移动速度,都不能超过光速。所以,看起来似乎哥本哈根诠释与狭义相对论不符合。
title: 评论.
title: 完备性.
content: 回应哥本哈根诠释第一论点,量子力学到底是不是一个完备的理论?是否需要额外隐藏的变量来解释?EPR 佯谬的设计原本的目的之一,就是要凸显这问题。这佯谬使得物理学家对于量子力学的完备性产生很大的疑问。1964 年,约翰·贝尔(英语:John Bell)发表了非常重要的贝尔不等式(英语:Bell inequality),证明了定域性隐变量不可能存在。然而, 非定域性的隠变量诠释仍未被推翻。
title: 测量的定义.
content: 哥本哈根诠释给予了测量步骤很特别的角色。可是,它并没有清楚地定义这角色,也没有解释会产生的特别效应。海森堡在一篇文章《Criticism and Counterproposals to the Copenhagen Interpretation of Quantum Theory》中强调,
title: 偶然性的含义.
content: 与经典物理不同的是,在量子物理中所有涉及的测量值都不可以明确地预测。比如在经典物理的牛顿力学中,对一辆直线行驶中的汽车而言,从初始速度和加速度以及初始位置,可以计算出汽车在一定时间之后的位置及速度。然而在量子物理中,不可能求得在一定时间内量子粒子的明确位置与速度。取而代之,可以通过概率(偶然性)来预测它的位置与速度。这个看起来十分牵强的理论确实曾经遭受到不少的批判。爱因斯坦在这个理论刚被提出时曾说:“上帝不通过掷骰子来做决定。”
title: 量子物理中的经典测量.
content: 史蒂文·温伯格在《爱因斯坦的错误》这篇文章中,谈到哥本哈根诠释对于测量的处理:  在量子宇宙论领域里,关于量子系统的测量问题,假若采取经典方法来处理,会遇到更严峻的困难。因为,在这里,量子系统就是宇宙。
title: 别种诠释.
content: 系综诠释与哥本哈根诠释类似。系综诠释专门诠释多粒子波函数。一致性历史诠释(英语:consistent histories)宣传自己是哥本哈根诠释的修正。意识导致波函数塌缩(英语:consciousness causes collapse theory)时常会被错认为哥本哈根诠释。  假若,波函数真实地存在,而塌缩完全地被否认。那么,结果就是多世界诠释。假若,波函数塌缩被认为是真实的,则会得到客观塌缩理论(英语:objective collapse theory)。有些物理学家主张隐变量理论,波函数并没有完备地描述量子态。  许多物理学家赞成量子力学的不可诠释。引述 英语:David Mermin 的名言来概括,「闭嘴,计算!」,因此又称为闭嘴计算诠释。

Summary: 哥本哈根诠释(Copenhagen interpretation)是量子力学的一种诠释。根据哥本哈根诠释,在量子力学里,量子系统的量子态,可以用波函数来描述,这是量子力学的一个关键特色,波函数是个数学函数,专门用来计算粒子在某位置或处于某种运动状态的几率,测量的动作造成了波函数塌缩,原本的量子态几率地塌缩成一个测量所允许的量子态。