山西大學賀天平教授

A. 如果量子力學至今沒有被發現，世界會有什麼不一樣

量子力學理論的一朵烏雲，即哥本哈根學派一個最基本的結論：測量導致波函數坍縮。此一假設，因為引進主觀意識，且有違日常經驗，具有唯心論成份，所以一直受到包括愛因斯坦等科學巨匠們的質疑，而因量子力學理論體系的巨大成功，此一假設一直被擱置爭議，將就用了近百年，同時也爭論了近百年，一直未得到較好的解決。作者為了能把量子波函數坍縮這一量子物理現象與我們日常經典感受統一起來，引入時間軸、歷史時間、當前時刻、未來時間等概念予以論述，認為哥本哈根學派的『』測量導致波函數坍縮『』假設不正確！應該修改為：波函數的坍縮與測量無關，時間的固有屬性導致波函數坍縮。測量行為僅使被測量子改變運動狀態。第二個結論：過去時間中的一切量子波函數均已坍縮，未來時間中的一切量子波函數都未坍縮。當前時刻，波函數正在坍縮。問題解決後進一步引發的可能假設（待論證）。設一：定義量子力學理論中時間的物理意義是，時間的演化是量子波函數坍縮的過程。設二：時空具備量子特性（時空有最小值）。設三：時空的量子屬性，賦予基本粒子量子特性。設四：歷史時間不具備延展性，而未來時間可能具備相對論所稱的延展性（時間縮短或延長）。設五：量子時空與相對論時空等價。

圖來自網路圖片

正文：

一、

當前測量問題簡介：量子力學自從上世紀初發展至今，存在著許多著名的觀念之爭。其中，所謂的量子力學測量問題，成為了這場曠日持久的量子力學世界觀之爭的一個最基本問題。

根據量子力學標准，量子的波函數塌縮形式，其運動定律由兩部分組成。其一是線性動力學：如果一個物理系統沒有被測量，它將按照薛定諤方程以一種確定的、線性的方式演化；其二是非線性的塌縮動力學：如果對系統進行一個測量，系統將立即非線性地、隨機地從初始的疊加態躍遷到正被測量的可觀察量的一個本徵態，這時，實驗者就會感知到一個確定的觀察值，即本徵態相應的本徵值，這也就是20世紀30年代初狄拉克（P.Dirac）－馮·諾依曼（John von Neumann）為了統一海森堡（W.Heisenberg）和薛定諤（W.Schrodinger）的理論工作與玻恩（M.Born）的幾率解釋而首先提出的本徵態－本徵值關聯。

這樣一來，就在薛定諤方程的普遍有效性，實驗者知覺的可靠性和本徵態－本徵值關聯之間產生了一個稱作測量問題的邏輯矛盾。一方面，薛定諤方程的普遍有效性要求，薛定諤方程支配在宇宙中每個物理系統的動力學演化，因此在量子測量中，用來測量任何微觀物體的宏觀儀器，將幾乎確定地與被測物體演化進一個量子糾纏態，而不是儀器的指針可觀察量的一個本徵態；另一方面，根據本徵態－本徵值關聯，如果實驗者是清醒的，他們的測量結論將是：他們獲得的測量結果是儀器指針指示的一個確定的方向，即一個確定的觀察值，而不是指針的一個量子疊加態。

如何解決這一邏輯矛盾？盡管正統的量子理論家們經常訴求於「塌縮假說」或量子－經典「分割」來解決這一問題，在他們看來，似乎薛定諤方程的普遍有效性是唯一危險的假設。然而，在這一矛盾的源起中上述三個假設沒有一個是多餘的，否定其中任何一個都足以逃脫這一困境。為了避免矛盾，三個假設至少有一個必須被否定。根據量子力學的形式體系的內在要求，薛定諤方程在量子世界的普遍有效性是可接受的假設。而如果我們保留實驗者知覺的可靠性，那麼，本徵態－本徵值關聯就成為可以考慮去除的假設。

可以說，馮·諾依曼的量子測量理論最早打破了玻爾（N.Bohr）的量子－經典「分割」，即量子測量的經典儀器必不可少的假設，開創了用一致量子力學對量子測量的動力學機制進行理論探索的先河。然而，這種理論嘗試由於沒有考慮到儀器的宏觀或經典特徵，即儀器所具有統計熱力學的性質，而是理想地假定儀器是只有一個自由度的量子指針，因而導致了儀器的無限回歸。為了切斷無限回歸的儀器鏈，消除干涉項，實現「波包塌縮」，馮·諾依曼最終求助於人的意識，從而導致了物理－心理平行主義的哲學困境。這一困境，直至當前仍無符合我們可以理解的合理解釋。

二、

作者經過思考，找到了測量問題症結所在，下面試圖用一種所有普通智商的人都能理解的方式來解決這一問題，並試著提出一系列新的假設。讓我們一起看看怎樣把意識和主觀因素從量子力學中清除出去。歡迎大家就文章進行質疑。

首先，我們來談論一個非常熟悉的概念：就是「時間」，在量子力學舞台上，時間是個被忽略的小角色。雖然我們對時間很熟悉，但是時間的本質定義是什麼，一直沒有人回答清楚。而量子力學理論意義上的時間本質又是什麼？

試析之。我們把時間軸分成二段，以當前時刻t｡為界，分為歷史時間和未來時間二部分（數學圖示：一個右邊帶方向箭頭的直線，在直線中間取一點代表當前時刻，點右為未來時間，點左為歷史時間）。

在量子波函數坍縮情境中，我們假設用時間來標注其其坍縮過程：隨著時間的推移，處於未來時間軸上的波函數未坍縮，在我們觀察測量時（當前時刻），波函數坍縮，時間軸同時進入歷史時間。我們發現，觀察或測量總是和時刻t｡重疊在一起。各位，起作用的是與我們三維空間緊密相連的時間，還是觀測者的意識？不管有沒有智慧生物在觀察，隨著一個個當前時刻t｡的逝去，整個宇宙的所有量子的波函數一直在坍縮，沒有受到打擾受到測量的量子，在接下來的未來時間里，仍然在運動，而且一直運動下去，在未來時間內，仍以量子波函數的疊加態存在；而被測量的部分量子微粒，則自然改變了運動狀態。這一可以為我們日常經驗所理解的過程，被哥本哈根學派表述為『』測量導致量子波函數坍縮『』這樣一個部分的近似結果。

現在我們可以假設一個與以往不同的結論：量子在歷史時間（符號t-）內波函數已坍縮，在當前時刻t｡波函數正在坍縮，在未來時間t*保持在波函數狀態。以單個量子為例，宇宙深處的一顆光子，從100億光年外的恆星處飛速奔來，到達了太陽系邊緣，根據現在的量子力學理論，這粒光子在進入我們眼睛之前，即被我們觀測之前，它如幽靈一般，即在這里又在那裡（即量子疊加狀態）。直到光子到達地球，等我們看到它，在這一瞬間，在我的視網膜上，坍縮成為一個實實在在的光點！在這一刻，它的波函數才坍縮成為實質（哥本哈根學派觀點），所以光子飛到太陽系邊緣的時候，因為我們還沒觀測到，它仍處於波函數狀態。而按我的假設解釋，應該是這份光量子，在100億年前一直到現在，到達太陽系邊緣，一直在坍縮！我們把光子運行到太陽系邊緣時刻設為t｡，那麼這份光子已經從100億年前通過一條（僅一條）固定的通道，到達太陽系邊緣。而在太陽系邊緣到地球這一段尚未抵達的空間里，這一份光子呈不確定狀態，其線路預估為量子疊加態，即有很多可能行經的線路。直到到達地球，在另一個t｡時刻坍縮，進入我們的眼睛，同時被視網膜吸收，結束100億年行程，而在眼睛三厘米外擦著我們的耳朵飛行而過的其他同源光子，則繼續運動，直到與其他粒子發生相互作用。

這一過程，與我們日常經驗匹配得相當好，非常清晰，容易理解，而且我們可以發現，測量不是波函數坍縮的原因，而是導致了量子運動狀態的改變，因測量行為在時間上與t｡重疊而導致了誤解，未測量的量子，仍按當前時刻在客觀坍縮。因此，我的假設完全涵蓋了測量和不測量兩種狀態，不影響量子力學理論的實用性。

接下來，我們用這一方法來解釋光的雙柵實驗。設一我們在試驗前，以光源光子出發時刻為t｡，則光子經過雙柵時間為未來時間，光子以疊加態隨機選擇雙柵中的一柵（行進線路未確定）。設二，我們在實驗中，在雙柵後測量，即設t｡為光子已經經過雙柵，我們一定會發現光子已經經過雙柵之一（當然，光子還能以小概率不經雙柵進入探測系統，量子隧穿，此處暫忽略不計），其運動線路單一，符合我的假設中歷史時間的量子表現。如果以光子打到熒光屏時刻為t｡，我們將發現連續的單個光子在熒光屏上將組成干涉條紋，與多光子同時照射等效。

下面來「捕捉」『』薛定諤的貓『』。

先復述一下這個經典的思想實驗。在一個盒子里有一隻貓，以及少量放射性物質。之後，有50%的概率，放射性物質將會衰變並釋放出毒氣殺死這只貓，同時有50%的概率放射性物質不會衰變而貓將活下來。根據經典物理學，在盒子里必將發生這兩個結果之一，而外部觀測者只有打開盒子才能知道裡面的結果。在量子的世界裡，當盒子處於關閉狀態，整個系統則一直保持不確定性的波態，即貓生死疊加。貓到底是死是活必須在盒子打開後，外部觀測者觀測時，物質以粒子形式表現後才能確定。這項實驗旨在論證量子力學對微觀粒子世界超乎常理的認識和理解，可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規律不以人的意志為轉移，貓既活又死違背了邏輯思維。

在這個系統中，以我的假設出發，若設t｡為箱子打開時刻，貓若死亡，一定發生在歷史時間，可以看到死貓；貓若未死，則即將到來的未來時間軸上，貓隨時可能死亡，的確呈量子疊加態，卻與我們日常經驗相符。若設t｡為做實驗前某一時刻（薛定諤假設的，似乎正是這一時刻），則實驗尚未開始，黑箱中的未來時間軸上的貓，隨時有死亡的可能，非常正常地處於兩種可能性的疊加狀態，正好可以用波函數來描述貓的狀態。

總結一下：不管是否被觀察測量，黑箱內的貓，隨著當前時刻t｡的到來，波函數已坍縮，貓從量子疊加態不停地坍縮為歷史時間的一固定態；而在未來時間t*段，貓仍處於量子疊加態。一一原來『』薛定諤的貓『』有兩只，一隻是歷史坍縮態的貓，一隻是未來疊加態的貓。

三、結論：

1、哥本哈根學派的『』測量導致波函數坍縮『』假設不正確！應該修改為：波函數的坍縮與測量無關，時間的固有屬性導致波函數坍縮。

2、在時間軸上，以當前時刻為界，分歷史時間和未來時間。得出：過去時間中的一切量子波函數均已坍縮，未來時間中的一切量子波函數都未坍縮。當前時刻為量子波函數即時坍縮點。

總結一下：量子力學理論初創時期，因為對概率坍縮的理解尚還模糊，雖然當時海森堡用測量行為代替t｡暫時解決了實用性問題，但因此引入一個主觀因素，打破了歐洲十七世紀以來經牛頓等數十代科學家建立的科學世界觀體系（文藝復興讓歐洲從漫長的政教合一的中世紀中擺脫出來，邏輯嚴密的自然科學讓歐洲各國成為世界強國，幾百年下來，對科學的認識和態度，讓無數經典物理學家本能反對量子力學中比較主觀的部分），可以想見當時反對量子力學的聲音有多麼強烈！由此引起的論戰，讓愛因斯坦等一大批最優秀的科學家對量子力學理論產生歧義，停止或減少了對量子力學的研究。雖然量子力學以其整體系統與實驗結果的完美符合，最終勝出，但近百年前的這場大論戰一一直延續到現在。前不久，中國科學院院士，南方科技大學前校長仍撰文將量子力學與意識間的這一話題放大，意圖作為唯心論和佛教的一個強力證據，可見此問題影響之廣，影響之劣。

此外，時間概念為我們日常經驗所熟悉，並且是經典物理、相對論、量子力學理論中現成的概念，在量子波函數坍縮過程中引入時間概念，非但不突兀，還能給量子力學更多的思考研究空間，比如結合波函數的坍縮過程，我們對時間的本質理解，又更深了一步，我們發現，我們的宇宙演化過程，即時間流逝和空間延宕的演化過程，也正是是量子演化的過程，是未來可能性坍縮為歷史現實的過程。如果這個理論能成立，我們即可斷定，哪怕依據愛因斯坦的相對論，我們也不能建造出「時光隧道」這樣的機器回到過去！因為從量子力學方面對時間的解釋，歷史時間的波函數已坍縮，無法回到過去去創造另一種可能性。也許此後，許多的科幻片都將不會再得到科學界的肯定。

進一步假設如下，設一：定義量子力學理論中時間的物理意義：時間流是量子波函數坍縮的過程。設二：時空具備量子特性（時空有最小值）。設三：時空的量子屬性，賦予基本粒子量子特性。設四：歷史時間不具備延展性，而未來時間可能具備相對論所稱的延展性（時間縮短或延長）。設五：量子時空、經典時空與相對論時空具同一性。

註：當當前時刻等於測量時刻時，t｡包含於歷史時間。