來自哥本哈根的視角
當人們談論「量子的現實觀」時,通常指的就是哥本哈根詮釋,它以尼爾斯·波耳在 1920 年代主持學術的那座城市命名。與其說它是一套整潔劃一的教條,不如說它是一族態度,由波耳、維爾納·海森堡等人在把新物理學摔打成形的過程中逐漸磨出。它的精神務實而謙遜:物理學講的是我們對實驗結果能說些什麼,而不是去為一個無人觀測、卻自顧自運轉著的現實描繪一幅圖畫。你若問一位哥本哈根派物理學家「可是沒人看的時候,電子到底在哪兒?」,誠實的回答是:這個問題或許並沒有一個理論有義務去回答的含義。
這種拒絕聽上去像是迴避,但它的本意是一種自律。哥本哈根式的本能,是絕不宣稱超出實驗所能確定的內容。如果沒有任何測量能把關於那個看不見的電子的兩種說法區分開,那麼在這兩種說法之間作選擇,按這種思路,就是無所事事的形而上學,而非物理學。波函數被當作我們有資格擁有的、對一個系統最完整的描述——並且至關重要的是,它描述的是我們相對於該系統的處境,而未必是該系統本身的畫像。
互補性:兩副面孔,永不同時
波耳最深刻的思想,是互補性。他說,電子既不是真正的波,也不是真正的粒子;它是某種我們日常詞彙根本裝不下的東西。它顯出哪一副面孔,取決於你向它發問的方式。你若搭建一個實驗,要把它當作波來捕捉,你就會看到干涉;你若搭建一個實驗,要把它當作粒子來捕捉,你就會看到一次單獨而局域的撞擊。兩種描述都不可或缺,卻永遠無法在同一個實驗、同一時刻同時呈現。它們是互補的——好比一尊雕像的正面照與側面照,你永遠無法把它們合成一張快照。
雙縫實驗把這一點幾乎變得可以觸摸。把電子一個一個地射向兩道縫,當你不去查每個電子走了哪道縫時,干涉圖樣會逐漸堆積起來——這是波的面孔。可一旦你裝上一台能記錄路徑的探測器,捕獲了路徑資訊,圖樣便消失,你得到的是兩條樸素的亮帶——這是粒子的面孔。你並不是笨手笨腳地擾動了一個早已存在的事實;按波耳的讀法,你提出哪個問題,有助於決定哪一種現實會現身。並不存在一個關於路徑的事實,悄悄等著被揭開。
量子與經典之間的那道切口
波耳處理測量難題的辦法,是劃出一道線——海森堡稱之為切口。線的量子一側坐著系統,用一個處於疊加態的波函數來描述。線的經典一側坐著儀器:刻度盤、喀噠聲、照相底片,最終還有你自己。儀器必須用普通的經典語言來描述,因為只有在那種語言裡,一個確定的結果才說得出口。所謂測量,就是當兩側相遇時所發生的事;在那次相遇處,波函數坍縮到唯一的結果,各結果的機率由玻恩定則給出。
切口的天才之處在於它管用——它精確地告訴你如何計算,而答案是對的。它令人難堪之處在於,這道切口是可移動的,且從未被釘死。你可以把這條線劃在剛過電子之處,或者劃到刻度盤之外,或者劃到你的視網膜之外,得到的預測都一樣。那麼,從物理上說,這道切口究竟是什麼?波耳坦率的回答是:這條線標出的,是為了這個實驗的目的,你選擇站在哪裡、並把某樣東西稱為確定結果的地方。它是描述的一個特徵,而不是自然界某處的一道籬笆——而這恰恰是後來的詮釋們無法下嚥的部分。
它的長處,以及它留下的那根刺
波耳的詮釋為何能延續至今?因為對於做物理而言,它極為出色:極簡、在預測上毫無破綻,而且令人耳目一新地不去對不可觀測的內情作任何猜測。它是悄悄寫進大多數教科書、貫穿大多數實際實驗室的那種觀點。它對語言之侷限、以及實驗之核心地位的坦誠,在那個年代是一次真正的哲學進步;而它所凸顯的量子與經典之間的邊界,時至今日依然是一個活躍而重要的課題。
它留下的那根刺,正是薛丁格的貓扎進去的那一根。波耳的詮釋把「測量」和「經典儀器」當作根本,於是把觀察者當成了一個基本方程從未提及的特殊範疇。可觀察者也是由原子構成的;一台蓋革計數器,不過是一大堆量子粒子。如果一切歸根結底都是量子的,憑什麼其中某一堆特殊的粒子,就擁有讓波函數坍縮的魔力?波耳的回答——別問,切口就在你選擇放它的地方——能讓做實驗的物理學家滿意,卻讓哲學家抓狂。本階梯餘下的每一種詮釋,都在以某種方式,試圖把這根刺拔出來。