量子力学的本质目前还无法回答！难道概率就是现实的基础吗？

量子力学可以说是人类有史以来最成功的理论，继而引发了电子革命，尽管量子力学在应用上已经取得了巨大的成就，但是量子力学的本质依旧存在争议，这主要由于我们还无法认清波函数的本质，而波函数又引申出现实世界真实性的争论。

所以了解波函数的本质，对帮助我们了解现实的本质至关重要！

现实世界并不只是我们看得见摸得着的宏观物质。如果我们将这些宏观物质的尺度缩小到原子之下，就会发现这时候的世界就开始变得模糊。由于微观粒子没有明确的形状，界限以及位置，它们更像是波，所以微观世界很难看得“清楚”。

在标准模型，我们已经找到了61种基本粒子，以目前的理论来看，构成物质的像素点至少是基于这61种基本粒子而来的（包括反物质），基本粒子是一种不可再分的粒子，也就是说没有内部结构，所以也被称为量子，或者严格一点说，基本粒子的内部结构暂时不知。

我们常常将基本粒子理解成点状形态，事实上，基本粒子就没有明确的形状，按照 德布罗意 物质波的说法，所有物质都具有波动性，越接近基本粒子的物质，其波动性越显著，而基本粒子的波动性已经达到极致，它们在空间表现上更像是波。

正是由于基本粒子都是波，所以在描述基本粒子的运动规律时就特别麻烦，它们既没有明确的位置也没有明确的动量。所以无法用类似宏观世界的力学知识解释这种运动。

直到薛定谔，才搞出来了一个方程用于描述这种波动性。这就是薛定谔方程。

薛定谔方程的聪明之处就在于，它抛弃了描述物质运动的传统思维。既然你基本粒子没有明确的位置和形状，那好，我绕过这一点。基本粒子即便是波，也总有动能和势能。所以你的动能加上势能就是你的总能量。而基本粒子的动能和势能又随着波的变化的改变，所以就需要在动能和势能中引入波动变化的波函数。

粒子的波函数用希腊字符ψ表示，波函数具有一定的值，而这个值取决于粒子所处的状态。

如果我们能知道一个粒子的波函数，那么根据薛定谔方程，我们就能得知在某一位置找到这个粒子的可能性，和粒子运动的快慢，以及能量。

至于基本粒子到底是如何运动的，就要归结于它的波函数，但波函数到底是什么，目前还具有比较大的争议。

很多人一听到波函数，就首先会联想到水波，空气波这样的机械波。可机械波的本质只是分子之间的电磁作用，比如水分子依靠电磁作用将力传导给另一个水分子，在宏观层面来看，这种力的传导就会呈现出一种波形。严格来说，机械波并不客观存在的实体，它们只是电磁作用的一种表现形式。

与机械波不同的是，微观粒子呈现的波却实实在在代表的是客观实在，由于微观粒子本质上就是波，所以从某种程度来说，粒子的波函数就是粒子的客观实在。

对于粒子的波函数来说，它也具有振幅。和机械波不同的是，粒子的波函数振幅往往是复数，这就意味着，振幅存在虚数项。

之所以波函数存在虚数项，主要取决于相位和量子叠加。你可以简单理解成由于粒子可以同时处于多个位置（量子态），所以振幅也就可以出现虚数值。

其实这个虚数项在波函数中并没有什么实质上的物理意义，但是虚数项的平方会得到一个实数，而这个实数却是可以测量到的真实值。

一开始，薛定谔认为，这种波函数模的平方代表的是粒子在空间上的密度，而粒子并不是明确的实体，就像云一样，在不同的地方密度会不同，密度大的时候，就表现的像个粒子，密度分散开来就像是波。

后来，薛定谔这种以密度诠释波函数的说法被玻恩否定。

并且给出全新的解释，玻恩认为波函数模的平方不是粒子的密度，恰恰相反，波函数的平方告诉我们在那一个空间上找到粒子的概率大小。

某一空间的平方值越大，那么找到粒子的概率就越大！所以波函数模的平方也被解释成概率幅。波函数的物理意义也被理解成概率波，这就是玻恩定则，也叫玻恩公设。

玻恩定则是利用概率统计学对波函数的一种诠释，目前已经得到主流学界的认可，且早已被引入到教材中！

按照玻恩对波函数的诠释，如果我们观察粒子，并不能确定在某一特定位置上会找到它，而只能确定粒子可能出现在某一位置的概率为多少。我们永远无法确定粒子在哪。况且波函数也会随着时间而变化，这就意味着粒子在某一个位置出现的概率也会变化！

所以，即便是相同的波函数，在同一个位置找到粒子的概率也是或大或小。正如物理学家罗兰•奥姆内斯 所说的一样：“波函数是制造概率的机器”。

事实上，我们如今已经可以很好地利用理论描述粒子的运动规律，且理论预测的十分精确。但这一切都得依靠我们去看（测量）。

如果我们不去看（测量），那么粒子依旧还是以概率的形式出现在空间上的某一位置吗？或者说，我们不去看（测量），粒子就不存在？

包括物理学家在内的大部分人，通常情况下会认为，只要我们不去观测粒子，那么粒子就会同时处于多个位置，量子力学的课本也是这样教的。但这样的解释也只是一种可能性的猜测。

因为波恩定则诠释的波函数只是告诉我们测量结果和概率有关！测量结果只是量化粒子运动规律的一种数学机制，但这并没有告诉我们波函数的本质是什么。

粒子出现在特定位置的概率只是测量结果，基于这种结果，我们常常会以还原论的思维推理出，即便不去测量粒子，它依然是以概率出现在空间中的。

可问题是，我们无法确定这种反向推理是否可行！事实上，还可能存在其他可能性，那就是如果不去测量粒子，粒子直接就会消失，或者说压根就不存在呢？

当然，这并不意味着我们不去观测粒子，粒子就真的不存在。这只是一种可能性的解释！毕竟量子力学的反常识现象实在太多了，在这一点上敏感一些并不是什么坏事。

所以当波尔第一次提出这样的想法时，就遭到了爱因斯坦的反对，并且反驳到：我无法相信月球的存在只是因为一只老鼠看着它。

事实上，爱因斯坦是否说过这句话还存有争议，目前也很难考证。

但是“没人看月亮，月亮还存在吗”这样的疑问，却延伸出量子力学对物理现实的描述是否具有完备性的争论。感兴趣小朋友们可以搜索大贝尔实验！

对于“没人看月亮，月亮还存在吗”这样的争论一直是营销号哗众取宠的重灾区。

在这里，我有必要澄清一下

首先我们说的“看”指的是测量，严格来说是外界能量干扰波函数，比如我们看到月球，是太阳的光子打到月球上，月球再反射光子进入到人眼！

而至于月球反射的光子能否会抵达到人眼并不重要，重要的是太阳光子已经对构成月球的粒子波函数造成了事实上的能量干扰了，也就是测量。

所以月球是否存在和人看不看月球没有关系。当然，在哲学上或者非主流的量子力学诠释中可能是有关系的。

第二点，月球是宏观物质，宏观物质在理论上虽然也具有量子效应，但是由于量子退相干效应，月球的量子效应几乎消失殆尽，月亮本来就是确定的，其波函数完全可以忽略不计。如果不考虑某些哲学观点，看不看月亮，月亮一定是存在的。

所以这句话就和薛定谔的猫一样，只是将微观世界的量子效应拓展到宏观世界时的通俗但不严谨的科普。

回到一开始的问题，量子力学目前的确还无法回答在测量之前，粒子是否还存在的争论。

即便是做实验也无法解答这一问题。

就以最经典的电子双缝干涉实验为例。如果只发射一个单电子，它抵达荧屏时，就会表现成点状图案，这是因为电子和荧屏撞击就相当能量干扰，导致电子的波函数坍塌，所以电子的波动性消失，才在荧屏上留下粒子性的点状！

而我们要想知道电子在抵达荧屏前到底是什么样，就只能在荧屏前加一个测量装置，而一测量，电子同时又变成粒子性。所以不管我们怎么搞，电子永远都是呈现给我们波函数坍塌之后的状态。

至于波函数在坍塌之前是什么样，没有人知道。

所以就有物理学家感慨：大自然貌似阻止人类窥探粒子真实的样子

探寻波函数的本质也是了解现实世界起源的基础。出于人类本能的探索欲，物理学家才对这一问题前赴后继的研究，可目前依旧无解。

而如今，物理学已经转变了思路，既然我们不知道波函数在坍塌之前是什么样，但我们能知道它坍塌的结果。而结果和起初的状态是通过坍塌的这一过程来衔接的。或许我们只要搞懂波函数坍塌的物理过程，就会搞清楚波函数原本的样子。

目前主流学界关于波函数坍塌过程有四种解释

最经典的说法是哥本哈根学派的诠释。该学派认为测量行为和波函数坍塌应该视为一个整体的系统，测量即坍塌。所以不应该将测量行为独立于坍塌之外。

但在其他学派看来，哥本哈根学派永远只是描述现象，从不直面本质。

第二种比较流行的诠释是罗杰•彭罗斯提出的引力坍塌。

这种诠释认为，如果一个量子物体处于多个位置的叠加状态，每个位置状态都会通过它们的引力相互作用“感觉”到其他的位置状态。就好像这种引力导致物体测量自己，迫使它坍缩。

第三种诠释是自发坍塌说，简称GRW模型。

GRW模型认为，波函数坍塌是自发进行的，因为波函数总是会受到某些未知因素的干扰，这些干扰就会诱导波函数自发的坍塌成可观测的状态之一，也就是本征态。自发坍塌的快慢取决于量子系统的尺度。如果系统尺度比较小，比如说 次原子粒子，那么它自发坍塌的时间就比较长，所以很长时间都会保持波函数原来的状态。

而如果系统十分大，比如说宏观物质，那么系统内的波函数就会瞬间坍塌。GRW也是解释宏观物质为什么没有量子效应（量子退相干）的理论之一。

第四种诠释则是冯诺依曼-维格纳诠释。也就是著名的意识假说。

冯诺依曼认为，量子力学不但对微观粒子有效，对宏观的测量仪器乃至于观察者同样有效。也就是说，不存在所谓的经典世界和量子世界的边界，它们都是由量子力学描述的。一切宏观物质都是由量子微粒构成，因此我们必须假定即使是宏观物体，也会遵循量子力学规律，所谓的宏观物质也是大量粒子在一起显示出来的涌现现象。意识的变化必然会引起微观粒子量子状态的改变。而目前我们对意识的本质知之甚少。

所以意识可能就是唯一一个不遵守量子规则的因素。而波函数坍塌的过程也是神秘莫测的，这样的过程必然是由另一种独立于规则之外的因素引起的。而目前来说，只有意识符合这样的要求。所以是意识引起的波函数坍塌。

关于波函数坍塌的诠释还有很多，比如多世界诠释，但是这些过于小众，感兴趣可以自己查阅资料。

但不管如何，对波函数坍塌机制的研究，最后还得利用实验来验证，而最经典的实验莫过于电子的双缝干涉实验。

所以费曼才将双缝干涉实验称为量子力学的核心难题。于是说了一句：“没人懂得量子力学”。

很多人对这句话存在误解。

费曼真正的意思是，我们只能用理论计算波函数坍塌的结果，却不知道波函数坍塌的过程，而这一过程正是量子力学的核心谜团。而目前没有人知道这个核心谜团的内幕。

关于这一点，固态物理学家大卫•莫明说出了那句著名的“Shut up and calculate”，也就是著名的“闭嘴计算”。

通俗一点说，大卫•莫明的意思是：不要关心这该死的波函数坍塌的时候，到底发生了什么，这是超出我们观测能力的徒劳思考，从事 物理研究的科研人员也不要在这一点上浪费时间，粒子在观察前 爱是什么样就是什么样，反正我们也无能为力，我们要做就是利用量子力学发展科学技术，改造世界。量子力学能准确的预测结果就行了，剩下就是理论指导实践，让科学造福人类。

当然大卫•莫明并不是反对物理学家研究量子力学的本质，而是讨厌一味只用哥本哈根学派诠释波函数的本质，从而浪费很多物理学家的时间和精力。鸡蛋不能只放一个篮子里，我们要做的是多种量子理论同时发展！

最后总结一下，我们感受到的现实世界是基于波函数坍塌之后的结果，可波函数坍塌之前的本质我们还暂且不知。所以现实世界是真实的吗？