牛津通识读本：量子理论 [6]
简言之，经典几率对应于不得而知，它们可以通过简单相加进行结合。而量子几率的结合，显然是以一种更加难以捉摸和难以描画的方式进行的。这就提出了问题：是否可以将量子几率理解为也来源于物理学家对正在发生之事的所有细节不得而知？进而，潜在的基本几率（对应于难以企及但是对事实真相完全详尽的了解），是否仍然可以像经典几率一样相加？
在此疑问的背后，部分物理学家存在一个深深的渴望：恢复物理的决定论，即使它是蒙着面纱的决定论。例如，考虑放射性原子核（不稳定且易于破碎）的衰变。量子理论可以预言的仅仅是衰变发生的几率。比如，可以说一个特定的原子核有1/2的几率将在下个小时内衰变，但不能预言该特定原子核在那个小时内是否确实会发生衰变。然而，也许那个原子核有一个内部小时钟，精确地指定它在何时衰变，但是我们无法读到。如果确实是这样，并且其他同类型的原子都有自己的内部小时钟——小时钟的不同设置会导致它们在不同的时间衰变，那么我们称为几率的东西就只是产生于我们对物理知识的不得而知，即我们无法了解那些隐藏的内部小时钟是如何设置的。衰变对于我们来说似乎是随机的，实际上它们完全是由这些未知的细节决定的。最终事实就是，量子几率与经典几率没有差别。这类理论被称为量子力学的隐变量解释。事实上它们是一种可能性吗？
著名的数学家约翰·冯·诺伊曼相信他已经表明，量子几率不同寻常的性质暗示它们绝不能被解释为对隐变量不得而知的后果。实际上，在他的论断中有一个错误，该错误几年后才被发现。后面我们会看到，量子理论的决定性解释是可能的，其中几率产生于对细节的不得而知。然而，我们还会看到，按照这个方式获得成功的理论还有其他性质，这些性质对大多数物理学家似乎都没有吸引力。
退相干
我们在本章中考虑的问题，有一个方面可以被描述为如下提问：物理世界的量子成分，比如行为模糊且不连续的夸克、胶子和电子，如何能够形成日常经验中清晰又可靠的宏观世界？通过过去25年的进展，人们对这个转变的认识向前迈出了重要的一步。物理学家们已经认识到，在许多情况下比之前更严肃地考虑量子过程实际发生的环境是非常重要的。
传统想法认为，除了那些量子对象，环境就是空的，量子对象之间的相互作用是明确考虑的主题。事实上，这种理想化的处理方式并不是总能实现，而且在它不能实现的地方，这个事实会带来重要结果。几乎无处不在的辐射就曾经被忽略。实验发生在光子海洋的严密包裹中，其中的一些来自太阳，一些来自普遍的宇宙背景辐射。宇宙背景辐射是宇宙诞生大约50万年后留下的萦绕回声。那时，宇宙刚刚变得足够冷，使物质和辐射能从它们先前的普遍混合中相互分离出来。
事实证明，考虑这个几乎无处不在的背景辐射，后果就是影响相关几率振幅的相位。在某些特定的情况下，考虑这个所谓的“相位随机化”会有以下效应：在量子几率的计算过程中，交叉项几乎全部被淘汰。（粗略地说，就是正量和负量大约一样多，取它们的平均值，结果接近于零。）这一切都能以相当惊人的速度发生。该现象称为“退相干”。
退相干受到一些人称赞，认为它提供了一个线索让人去理解微观量子现象和宏观经典现象之间如何相互联系。不幸的是，他们只对了一半。退相干能使一些量子几率看起来更像经典几率，但是不能使它们完全一样。核心困惑仍然存在，被称为“测量问题”。
测量问题
在经典物理中，测量是不成问题的，因为它只是对真实情况的观测。例如抛硬币问题，事先我们可能只能认定硬币正面朝上的几率是1/2，如果我们正好看到正面朝上，原因仅仅在于它就是已经发生的事实。
在传统量子理论中，测量是不同的，因为叠加原理将二选一的、结果相互排斥的几率结合在一起。直到最后一刻，它们中的一个突然单独浮出水面，成为此刻实现的事实。我们已经知道，思考这个问题的一个方法就是将其描述为波包塌缩。电子的几率本来分散在“这儿”“那儿”，以及“任何地方”，但是当物理学家对它提出实验性问题“你在哪儿？”时，就在这个特定的时刻，答案“在这儿”出现了，然后所有其他地方的几率都塌缩到这唯一的事实上。到目前为止，我们的讨论中还有一个大问题没有得到解答：波包塌缩究竟是如何发生的？
测量是一连串关联的结果。通过测量，微观量子世界的事物状态能够产生在日常世界中的实验室测量仪器上观测得到的对应信号。我们可以通过测量电子自旋的实验来说明这一点。这是一个略显理想化但不会引起误导的实验。自旋的性质在电子身上表现为它们好像是小磁体一样。由于一种无法形象化的量子效应——我们只能请读者相信它，电子的小磁体仅能指向两个相反的方向，通常我们称之为“向上”和“向下”。
实验通过一束最初未被极化的电子束来实施，也就是说，电子处在“向上”和“向下”机会均等的叠加状态上。让这些电子穿过一个非均匀磁场。因为自旋的磁效应，它们将会根据自旋取向发生向上或向下的偏转。然后，它们将通过两个恰当放置的探测器Du和Dd（可以是盖革计数器）中的一个。接着，实验者就会听到这一个或那一个探测器的咔嗒声，它们分别记录了自旋取向向上和取向向下的电子。该实验叫作斯特恩——革拉赫实验，是以首次进行这类研究的两位德国物理学家命名的。（事实上，实验是用原子束进行的，不过控制着所发生情形的是原子中的电子。）我们应该如何分析所发生的情形呢？
如果自旋向上，电子将向上偏转，接着通过Du探测器，Du发声，实验者就可以听到Du的咔嗒声。如果自旋向下，电子将向下偏转，接着通过Dd，Dd发声，实验者就能听到Dd的咔嗒声。在此分析中，我们能够看到所发生的情形。它呈现给我们的是一连串关联结果：如果……接着……接着……。但是在真实的测量场合，这些环节仅有一个会发生。是什么使这个特定事件发生在这个特定场合呢？是什么决定这次的答案是“向上”而不是“向下”呢？
退相干不能为我们回答这个问题。它所做的就是使分离的环节联系更紧密，使它们更像经典情形，但是它并没有解释，为什么某个特定环节会在某个特定情况下实现。测量问题的本质是寻求对这种特异性之起源的理解。我们将纵观已经提出的各种回应，但是我们会看到，它们中没有一个完全令人满意或者不留困惑。这些提议可以按照以下标题进行分类。
图6 斯特恩——革拉赫实验
（1）不相关
一些解释者试图巧妙地解决这个问题，他们的提议是不相关。赞成这个立场的一个观点是实证主义者的断言：科学就是关联现象，不应该渴望去理解它们。如果我们知道如何去做量子计算，并且所获答案与经验的关联高度令人满意（事实也确实如此），那就应该是我们想要的全部。在智力上，贪婪地要求更多是不合适的。实证主义的一个更完善的形式体现为所谓的“一致性历史”方法。该方法为获得量子预测结果制定了对策，这些结果很容易被解释为从使用经典测量仪器而来。
另一种也属于不相关类别的观点是说，量子物理根本不应该试图去谈论独立事件，而应该适当地去关注“整体”，也就是事件集合的统计性质。如果确实是这样，纯粹的几率解释就是人们可以合理期望的全部。
在此大类中的第三类观点声称，波函数与物理系统的状态根本无关，而是与人类对这些系统的认识有关。如果有人仅从认识论方面思考，那么“塌缩”就是毫无问题的现象：之前，我不知道；现在，我知道了。然而，被声称全部存在于思想中的事物，其表现实际上却应该满足一个物理方面的方程，如薛定谔方程，这一点似乎很奇怪。
所有这些观点都有一个共同特征。它们对物理学的任务都采取了极简化的看法。具体而言，它们假定物理学不关心如何理解具体物理过程的细节特征。这个观点，可能与某一类哲学倾向意气相投，但是与科学家的思想完全不相容。科学家的雄心壮志就是去获得对物理世界发生之事可达到的最大程度的理解。如果退而求其次，就是对科学的背叛。
（2）大系统
当然，量子力学的创建者们很清楚测量对这个理论提出的问题。特别是尼尔斯·玻尔非常关心这个问题。他提出的答案后来被称为哥本哈根解释。其核心思想是经典测量仪器发挥着独特作用。玻尔认为，正是这些大型测量设备的介入产生了确定性效应。
经典力学在描述日常生活中发生的物理过程方面取得了相当大的成功。因此，甚至在测量问题还没有出现之前，就需要有某种方法去看人们如何从量子理论中再现这些巨大成功。以失去对宏观世界的理解为代价来描述微观世界是毫无用处的。这个要求叫作对应原理，大致就是，“大”系统（大的标准由普朗克常数设定）的行为方式应该极其接近牛顿方程所描述的。后来，人们开始认识到，量子力学和经典力学间的关系，比这一简单的描述所表达的要微妙得多。后面我们会看到有一些宏观现象确实从本质上展现了特定的量子性质，甚至包括可能的技术开发，就像在量子计算中那样。然而，这些是在比较特殊的环境中才能出现的，对应原理的大致趋势也处在正确的方向上。
玻尔强调，测量同时涉及量子对象和经典测量仪器，并坚持认为应该将两者的相互介入考虑成一个单一的整体事件（他称为一个“现象”）。在连接一端到另一端关联结果的链条上，只要始终保持链条的两端不分离地连接在一起，一个特定结果的特定性究竟在什么地方出现，就成为可以避免的问题。
乍看之下，这个提议有一些吸引人的地方。走进一个物理实验室，你会发现实验室中到处都是玻尔所说的各种仪器。然而，这个提议仍然有些地方值得怀疑。它的解释是基于二元性的，似乎物理世界的成员由两类不同的存在组成：不确定的量子对象和确定的经典测量仪器。然而实际上，仅有一个唯一的一元物理世界。那些经典仪器的部件，自身就是由量子成分构成的（根本上说，就是夸克、胶子和电子）。关于确定的仪器如何从不确定的量子基础上出现这个问题，原先的哥本哈根解释无法成功解答。
尽管如此，玻尔和他的朋友可能还是在正确的方向向人们招手，虽然还不够有力。我认为，今天大多数从事量子