牛津通识读本：量子理论 [7]
除了一个对目前的讨论没有真正意义的例外，物理的基本定律都是可逆的。为弄清这究竟是什么意思，我们与海森堡反其道而行，假设能够制作一段表现两个电子相互作用的电影。电影向前播放或向后播放，意义是等同的。换句话说，在微观世界，时间没有内在方向来区分将来和过去。在宏观世界，事情显然是不一样的。各种系统运行会变慢，日常生活也无法逆转。在弹跳球影片中，若球弹得越来越高，影片就是在倒着播放。这些效应与热力学第二定律有关，该定律称：在一个孤立系统中，熵（无序的度量）永远不减少。发生这一现象是因为，趋向无序的途径比趋向有序的途径要多得多，于是混乱能轻而易举取得胜利。想一想你的桌子会是什么情况，如果不经常整理的话。
这样一来，测量就是不可逆地登记微观世界事物状态的宏观信号。因此，它包含了时间的内在方向：之前没有结果，后来有了结果。因此，如下假设是有一定道理的，即对复杂大系统的充分理解（完全解释了它们的不可逆性），或许也可为理解它们在量子测量中所起的本质作用提供有价值的线索。然而，就当前掌握的知识情况，这仍然是一个虔诚的愿望，而不是一项切实的成就。
（3）新物理学
有些人已经考虑到，相对于简单地进一步推进已经为科学界所熟悉的原理，解决测量问题将需要更为彻底的思考。吉拉尔迪、里默和韦伯沿着这些创新路线，给出了一个特别有趣的建议（已经被称为GRW理论[1]）。他们提出，随机的波函数塌缩是空间中一个普适的性质，只不过塌缩发生的速率依赖于系统包含的物质的量。对于量子对象自身，这个塌缩速率太小，并不会有任何明显的效应，但是对于宏观量的物质（例如，在一个经典测量仪器中），它就变得非常快，实际上就是一瞬间。
原则上，该建议能够通过精细实验来进行研究，这些实验的目的是探寻这种塌缩倾向的其他表现。然而，在缺乏此类经验证实的情况下，大多数物理学家认为GRW理论由于太特别而不具有说服力。
（4）意识
在对斯特恩——革拉赫实验的分析中，我们看到关联链条的最后一个环节，是由人类观测者来听取计数器发出咔嗒声。我们对其结果有确切认识的每一个量子测量，都把人们对结果有意识的认识作为它的最后一步。意识是人类对物质和精神交界处的体验，这种体验尚未理解又不可否认（除了某些哲学家）。毒品或脑损伤的后果就清楚地表明物质可以作用在精神上。为什么我们不能期望一个与之相反的能力，即精神作用在物质上呢？这样的事似乎可以发生，比如当我们执行抬起胳膊的意志时。那么，可能正是有意识的观测者的介入决定了测量的结果。乍一看，该提议有些吸引力，并且有许多非常杰出的物理学家支持这个观点。尽管如此，它也面临一些非常严峻的困难。
在大多数时间和大多数地方，宇宙没有意识。我们是否应该假设，在遍及这些宇宙空间和时间的广袤地带，任何量子过程都不会导致确定的结果？假设某人要建立一个计算机实验，结果都打印在一张纸上自动保存起来，并且直到六个月后才有观测者进行查看。是不是只有在观测者查看后，纸上才能出现明确的打印结果？
这些结论并不是完全不可能，但是许多科学家认为它们完全没有合理之处。如果我们考虑薛定谔猫的悲惨故事，问题就会进一步加剧。那只不幸的动物被关在一个盒子里，盒子中还有一个放射性源，它在下一个小时内有一半对一半的机会衰变。如果衰变发生，发出的辐射将会触发毒气的释放，猫就会被立即杀死。将传统量子理论原理应用到这个盒子及盒中之物上，得出的暗示是，在一个小时后，且在一个有意识的观测者掀起盒盖前，猫将处于“活”和“死”机会均等的叠加态上。只有当盒子被打开后，才会有几率塌缩，结果是要么发现一具确定的冰冷的尸体，要么发现一只确定的活蹦乱跳的猫。但是，这只猫自己是不是确实知道它是死的还是活的，而不需要人类介入来帮助它得出结论？或许我们应该因此得出结论：猫的意识在确定量子结果方面和人类的意识一样有效。那么，我们在哪里止步？虫子也能塌缩波函数吗？确切来说，它们可能没有意识，但是人们倾向于假设，通过一种方式或是另一种，它们具有明确的非活即死的性质。这类困难已经阻碍了大多数物理学家去相信，假定意识有独特作用是解决测量问题的方法。
（5）多世界
一个更加大胆的建议是完全拒绝塌缩思想。它的拥护者断言，量子形式体系应该被更加严肃认真地对待，而不是从外部给它强加一个有特定目的的假设，即波函数存在不连续变化。相反，人们应该承认，每一件能发生的事情都确实发生了。
那么，为什么实验者会有相反的印象，即发现电子这时是在“这儿”，而不是在其他地方？给出的答案是，这是本宇宙中观测者的狭隘看法，而量子实在要比该宇宙中观测者所看到的图像大得多。不仅存在一个薛定谔猫活着的世界，还有一个与之平行但分离的薛定谔猫死了的世界。换句话说，在每一个测量行为中，物理实在都会分成多重独立宇宙，在每一个宇宙中，不同的（克隆的）实验者将观测到测量中可能出现的不同结果。物理实在是一个多宇宙，而不是简单的一个宇宙。
由于量子测量一直在发生，这个提议就是一个惊人的本体浪费。可怜的奥卡姆的威廉（他的逻辑“剃刀”正是为了剃掉不必要的多余假定）一旦想到对象如此快速增长，一定会死不瞑目。不妨用一种不同的方法来想象这个异乎寻常的巨大激增，将它的发生定位在观测者的思想或头脑内部，而不是外部的宇宙中。这一举动将多世界解释转变为多思想解释，但是这几乎没有减轻该建议的巨大浪费。
刚开始，仅有量子宇宙学家被吸引到这个思维方式上，他们试图将量子理论应用到宇宙自身。当我们仍然对微观和宏观如何联系在一起感到疑惑时，将这个理论延伸到宇宙方向上是一个大胆的举动，它的可行性不一定很明显。但是，如果如此延伸，多世界方法似乎是唯一可用的选择，因为当宇宙包含进来后，就没有空间留给科学去引入外部大系统效应或意识效应。近来，在其他物理学家当中，接受多世界方法的人似乎有一定程度的扩大倾向。但是，对于我们中的大多数人来说，它仍然只是一个形而上学的汽锤，可用来打破公认的坚硬的量子外壳。
（6）决定论
1954年，戴维·玻姆发表了一个量子理论，该报告完全是决定性的，但是它给出的实验预测与传统量子力学完全相同。在这个理论中，几率单纯地来自对特定细节的不得而知。这个卓越的发现促使约翰·贝尔重新审视了冯·诺伊曼的论点，因为冯·诺伊曼认为这是不可能的。此外，贝尔还展示了冯·诺伊曼错误结论所依据的有问题的设想。
玻姆实现这个了不起的成就是通过将波和粒子分离来完成的。按照哥本哈根思想，波和粒子是成对的，相互补充，不可分离。在玻姆理论中，存在经典粒子，和艾萨克·牛顿自己希望的经典粒子一样毫无疑问。当测量它们的位置和动量时，只不过是在观测明确的事实是什么。然而，除了粒子之外，还存在与之完全分离的波。波的表现形式在任何时刻都囊括了整个环境的信息。这个波并不能被直接识别，但是它会产生经验性结果，因为它会按照某种方式影响粒子的运动，并且能附加在常规的力效应之上。当然，力效应也能影响粒子的作用。正是这隐藏的波（有时也被叫作“导波”或者“量子势”之源）敏感地影响了粒子，并成功产生干涉效应图样和相关的几率特征。这些导波效应具有严格的确定性。尽管结果可以精确预测，但它们非常精细地依赖于粒子的真实位置，对位置的细节也相当敏感。正是这种对精细变化的敏感性，使量子物理过程产生了随机现象。因此，在玻姆理论中，粒子位置起着隐变量的作用。
为了更深入理解玻姆理论，研究一下它如何处理双缝实验很有启发意义。在玻姆理论中，电子有明确的粒子图像，所以其必须明确地穿过两道缝中的一道。我们在先前的讨论中说这是不可能的，那么，究竟哪里出了问题？隐波效应使我们能够避开先前的结论。不考虑隐波的独立存在和影响，下面的说法确实是正确的：如果电子穿过缝A，缝B就是不相关的并且不是打开就是关闭。但是玻姆的波囊括了整个环境的瞬时信息，因此在缝B打开和关闭的情况下，它的形式是不同的。这个差异对波引导粒子的方式产生了重要影响。如果缝B是关闭的，大多数粒子就会被引导到缝A对面的探测屏上；如果缝B是打开的，大多数粒子就被引导到探测屏的中点处。
有人可能认为，一个确定的、可描画的量子理论版本会对物理学家有极大的吸引力。事实上，很少有物理学家喜欢玻姆的思想。这个理论无疑构思巧妙，且有启发意义，但是很多人认为它聪明过头了。它带着矫揉造作的痕迹，因而没有太大吸引力。例如，隐波必须满足波动方程。这个方程是从哪里来的？坦率地说，它是凭空而来的，或者更准确地说，来自薛定谔的大脑。为了获得正确结果，玻姆波动方程必须是薛定谔方程，但这并不是从理论的内在逻辑得来，相反，它只是一个专门设计的策略，用来制造可被经验接受的答案。
另外，玻姆理论还存在一定的技术问题，因而看起来不能完全令人满意。其中一个最具挑战性的问题与几率的性质有关。必须承认，为简单起见，到目前为止我还没有准确地描述这些问题。准确的事实是，如果与粒子排列有关的初始几率与传统量子理论规定的一致，那么对随后的所有运动，两个理论将保持一致。不过，必须一开始就一致。换句话说，玻姆理论要在经验上成功就必须要求宇宙恰巧开始于初始建立起来的正确（量子）几率，否则，就要求有某种收敛过程能快速将它拉到正确的方向上。后者的可能性并非无法想象（物理学家把它叫作“弛豫”到量子几率），但是人们既没有证实它，也没有可靠估计它的时间跨度。
为了解决测量问题，人们已经提出诸多建议，但它们充其量仅有部分说服力。当我们细思令人疑惑的建议时，测量问题会继续引起我们的焦虑。已经提出的建议包括忽视（不相关）、已知的物理学（退相干）、期望的物理学（大系统）、未知的新物理学（GRW）、隐变量新物理学（玻姆）以及形而上学的猜测（意识、多世界）