玻姆面临的挑战是,这个系统意味着电子每次都应该遵循相同的路径,但在真正的量子实验中,电子似乎随机地出现在任意一条斑马条纹上。为了解决这个问题,玻姆提出,当电子从发射器中激发出去时,它的内部有隐藏的变量—我们无法探测到这种微小的能量变化,但这导致了双缝中的不同路径。
在数学上,玻姆的量子观点增加了额外的复杂性,因为你必须讨论这些导波的值(量子势),这要求在薛定谔方程的基础上建立更多的方程。但在新增项中,玻姆的观点确实回答了为什么探测决定粒子的属性—位置和自旋等属性取决于导波,而非粒子本身。这就是为什么粒子有时候看起来没有属性。它们确实没有,这些属性来自导波。
玻姆,亲爱的玻姆
根据德布罗意-玻姆的观点,量子行为并不是随机的,因为在理论上,我们可以用经典物理来解释双缝实验。2010年,伊夫·库德做了个实验,声称能准确地证明这一点。
库德在水箱里做双缝实验,他把小油滴滴在水面上,看它们会如何运动。油滴代表粒子,水中的涟漪代表导波。
库德报告说,油滴沿着水波的轨迹,在另一端成簇地聚集,就像光子和电子一样。[2]有没有可能粒子是有位置的,它们只是像经典物体一样骑在导波上?
这是个令人兴奋的结论,似乎最终推翻了哥本哈根诠释。但它太妙了,令人难以置信。尼尔斯·玻尔的孙子托马斯·玻尔以及物理学家约翰·布什进一步做了研究,却没有得到相同的结果,[3]他们得出的结论是,库德在实验中有几处无心之过。
如果你尝试用真实粒子在真实波上重现双缝实验,只会得到经典的结果,而得不到斑马条纹,除非导波是一种非经典形式的特殊波,否则我们无法用玻姆力学来解释双缝实验。当然,不排除这种答案,但我们所能做的就是把异样的目光从粒子身上移开,转投到我们永远观察不到的导波身上。
握手
接下来我们要讲“交易诠释”。交易诠释把哥本哈根诠释当成抹布,并强调常识;它非常酷,因此值得一看。
这一次,原始想法来自理查德·费曼,他指出,在量子层面上,物理学的前进和后退是等效的。向左移动的粒子也就是反向向右的粒子,这两个过程是相同的。粒子对于时间的流向没有偏好。激发光子的电子可以看成是反向吸收光子的电子。这两者是等效的。
50年后,物理学教授兼科幻作家约翰·克拉默决定采纳费曼的说法,并更进一步。我想,也可以说是更退一步。
粒子的行为可以被描述成波函数,但记住,它必须取平方才能得到答案。克拉默想知道,我们之所以需要两个完全相同的波函数,是不是因为真的存在两个波函数?但我们只看到了一个,是不是因为它的伙伴在时间上是后退的?
假设我们的粒子到达一个双缝,它的正常波函数(遗憾的是,在学术中它叫“推迟波”)在时间上是前进的,我们可以确定它的路径。但与此同时,探测屏中的粒子正在从未来向我们的粒子发射后退的波函数(“超前波”)。无论未来的哪个粒子恰好发出最强的溯时信号,我们的粒子都会与之相互作用。
克拉默把它想象成商业交易。粒子发出要约,探测器完成确认,接近狭缝的粒子和探测器中的粒子使波函数同步—他称之为“量子握手”,这将导致过去、现在与未来之间的纠缠。
延迟选择量子擦除实验,也就是爱丽丝知道鲍勃将在未来做什么的古怪实验,现在突然变得容易解释了。粒子可以判断它在未来是否会被探测到,因为它收到了来自未来的信息,未来的信息告诉它怎么做。
有趣的是,克拉默说,他并不认为交易诠释摆脱了人类的自由意志。[4]他用超市里买东西的信用卡作类比。信用卡发出要约,银行完成确认,但你自己决定要买什么。
