｜量子理论的诠释｜
关于量子理论最有争议的命题出现在对量子理论的诠释方面。重申一下，诠释命题更多的是哲学性命题，很大程度上与“在事实和数学背后是怎样的现实”的问题有关。我们在这一节的主要目标是探讨这个诠释命题。让我们从一些背景材料开始。
背景讨论
假设我们有一个实验设置，与前面讨论过的那些实验相比，差别并不是特别大。具体来说，假设有一个光子枪可以发射出单个的光子，我们向分束器，也就是一块部分镀了银膜的镜子，发射光子。我们将在分束器后面放置两个光子探测器，为了便于讨论，让我们假设光子探测器只要探测到一个光子就会发出“哔”的声音。这个实验设置如图25-15所示。
图25-15 分束器实验设置
假设我们有一个按钮，每次按下按钮，就会向分束器发射一个光子。关于这个情境的量子事实，不存在任何疑问，也就是每次我们按下按钮，探测器A和探测器B中的一个就会探测到光子，但两个探测器永远不会同时探测到光子。除此之外，如果我们在一段时间内持续发射并探测光子，那么发射出的光子，在其中50%的时间内将会被探测器A探测到，在另外50%的时间内则会被探测器B探测到。换句话说，其间50%的时间内是探测器A发出“哔”声，另外50%的时间内是探测器B发出“哔”声，但是两个探测器绝对不会同时发出“哔”声。
同样地，关于量子理论数学做出的预言，也不存在疑问。量子理论数学的预言是，每次按下按钮，探测器A和探测器B各有50%的概率探测到光子。简言之，预言与事实是一致的。
这再次说明了，关于事实和数学本身都不存在疑问。然而，接下来请思考一下某些与诠释相关的命题。
首先，回忆一下，在本章前面的部分，我们讨论过对数学的诠释。具体来说，请再想想那个从建筑物屋顶落下的保龄球的例子。这个例子中有一个非常普通的物体，也就是保龄球，而这个例子所涉及的数学，则很自然地被诠释为代表了这个保龄球。在我们看来，这个保龄球似乎是在很短的一段时间内从通常的三维空间里下落，同样地，这里所涉及的数学也很自然地被诠释为代表了通常的三维空间和通常的时间。这个保龄球似乎是从某种介质中下落，而这种介质至少产生了某些阻力，也就是说，保龄球在空气中下落时，空气从某种程度上使保龄球下落的速度变慢了，同样地，与此相关的数学也被自然地诠释为代表了空气的阻力。最后，这个保龄球似乎受到一些力的作用，比如重力作用，同样地，这里所涉及的数学被自然地诠释为代表了这些作用力。
简言之，在从屋顶下落的保龄球的例子中，所涉及的数学与直接明确的诠释相匹配。而这个诠释与我们认为这个例子所涉及的现实是完美一致的。
如果我们试图用同样直接明确的方式对量子理论数学进行诠释，会得到怎样的结果？再思考一下图25-15所示的实验设置。假设我们按了一下按钮，发射了一粒光子，相应的量子理论数学会如何表达呢？
按下按钮后，整个系统的状态由一个波函数来代表。在前面一小节我们讨论过了，这个状态会根据薛定谔方程式随时间发生变化。薛定谔方程式将为我们提供在任意时间点上对这个系统状态的表达。因此，假设我们研究的是在其中任意一个探测器探测到光子之前的系统状态。
就在任意一个探测器探测到光子之前，数学代表的是在态“叠加”状态下的电子，在叠加的态中，有一个态代表的是电子作为一列波向探测器A运动，另一个态代表的则是光子作为一列波向探测器B运动。然而，回忆一下，两个探测器绝不会同时发出“哔”声。事实上，同一时刻，只有其中一个探测器（要么是A，要么是B）会发出“哔”声。假设在这个例子中，探测器A响了，说明它探测到了一粒光子。这本身并不是特别令人困惑，毕竟，在叠加的两个态中，其中一个似乎代表的就是有一列波向探测器A运动。但是，探测器B呢？回忆一下，在叠加的两个态中，有一个代表的是一列波向探测器B运动，所以这个态发生了什么？为什么探测器B没有同样发出“哔”声？至少，如果我们试图用尽可能直接明确的方式来诠释相关的数学，那么那条波似乎是向探测器B运动的，现在这条波发生了什么？
这个例子说明了通常所说的测量问题的某些方面。测量问题是与量子理论诠释有关的最令人费解的命题之一，也会在这一节的多个地方出现。在接下来的几段中，我将试图概述一下测量问题所涉及的某些命题和问题。不过，在这一节余下的篇幅中，我会鼓励你始终留意围绕在测量周围的有趣命题和问题。
作为热身，我想讨论两点。第一，测量问题通常一开始看起来并没有多大问题。换句话说，要体会到测量问题，可以说通常是需要花些时间的。然而，你对测量问题的思考越多，就越会发现它们很让人困惑。第二，测量问题可以用很多在某些方面多少有些不同的方法来看待。从某种意义上说，这些不同的方法是同一个问题的不同面貌，但是每个方法所强调的都是这些令人困惑的命题的不同方面。
一般来说，与测量问题有关的一个事实是，如果我们试图用一个相对直接明确的方法来诠释量子理论数学，那么当对量子系统进行测量时，就会出现某些似乎非常奇怪、非常反直觉的情况。量子理论数学通常表达的是处于态叠加状态的系统。比如，在上面的例子中，当我们进行测量时，会观察到探测器A和探测器B中有一个发出了“哔”声。不管是哪个探测器发出了声音，都会带来一个问题，那就是另一个态发生了什么？测量使叠加的两个态“坍缩”或“减少”（这是常用的两个术语）成一个单一状态了吗？如果是这样，一个测量的动作如何能有这样的效果？就此而言，测量设备是什么？测量设备和非测量设备有怎样的区别？毕竟，在我们认为算是测量的情形中所发生的物理作用，与在我们不认为算是测量的情形中所发生的物理作用相比，似乎并没有什么根本上的不同。那么，如何可以在测量设备和非测量设备之间，以及测量和非测量之间找到原则性差异？
对这些问题，并不存在已得到一致认可的答案。重申一下，当进行测量时，似乎会发生某些奇怪的情况，对如何诠释所发生的情况，仍存在争议。后面我们将会探讨某些答案，不过如果首先介绍一下薛定谔的猫思想实验，将会更易于讨论。
根据到目前为止我们已进行的讨论，你可能会忍不住认为量子的奇怪特性只会存在于微观实体里，比如光子、电子和类似的实体，而不会存在于你、我和我们的房子、汽车等所存在的宏观世界里。为了表明情况并不是那么简单，让我们思考一下薛定谔的猫，这是一只非常著名的小动物，在大多数有关量子理论的讨论中都能找到这只小动物。与前面提到的在态叠加状态下的实验相比，薛定谔的猫并没有带来特别多的新问题，但是这只猫确实凸显了这个状态的古怪之处，同时表明这些古怪之处并不一定仅限于微观层面。薛定谔的猫还有助于说明我们将在后面讨论的诠释的某些特点。
薛定谔的猫在20世纪30年代中期，新兴量子理论的某些奇怪之处变得明显起来，薛定谔进行了一个思想实验，进一步做了说明。顺带解释一下，思想实验，如其名字所表达的，是一个要求我们全程进行思考的实验，而不需要我们进行实际操作。
薛定谔让我们想象，在一个密封的盒子里有一只猫，同时还有一个微弱的放射源。具体来说，这个放射源在一小时内，释放出一粒放射性粒子的概率是50%。如果放射源释放了一粒放射性粒子，这个粒子将会触发一个探测器，而这个探测器在触发之后会打开一小瓶毒药，这种毒药可以毒死盒子里的猫。
顺带解释一下，提到量子实体比如光子、电子、放射性粒子等时，通常都用“粒子”这个词来指代。然而，通过前一小节的讨论，我们应当已经清楚，在提到量子实体时，不管用“粒子”还是“波”都不是完全正确的。我将继续用“粒子”这个词，因为这是标准的做法，但是这并不能诠释为我对“量子实体是否其实是粒子而不是波”这一问题的回答。
当然，薛定谔的用意肯定不是要虐待猫，重申一下，这是一个思想实验，而不是一个想要实际实施的实验（如果你思考一下这个实验，就会发现它也不会产生任何有趣的数据）。实际上，薛定谔的目的是把微观层面的古怪之处与宏观层面的事件联系起来。同时，薛定谔也试图提出一个论据来反驳对量子理论的一种特定诠释，接下来我们将对此进行讨论。
要更好地理解薛定谔的猫思想实验，可以思考一下与之稍有不同的一个实验，其中，实验设置进行了一些修改，如图25-15所示。这个实验设置所带来的结果与薛定谔最初论文中的实验相同，但是使用这个修改后的实验设置将会简化我们的讨论。
想象我们把图25-15所示的实验设置放入一个不透明的大盒子。与此同时，我们还将把一只猫放进盒子里。我们会同时把光子探测器A与一小瓶毒药连接好，但并不连接探测器B，就像薛定谔最初的思想实验里一样。也就是说，如果探测器A探测到一粒光子，就会打开毒药瓶，其中毒药会使猫中毒致死。另一方面，如果探测器B探测到了一粒光子，那么什么都不会发生。整个实验设置就会如图25-16所示。
图25-16 薛定谔的猫
假设整个实验设置，包括猫和其他一切，都处在一个密封的盒子里，因此我们无法看到盒子里面发生了什么，不能确定两个探测器中的一个是否探测到了光子，也不能听到盒子里的任何声音。然而，我们把控制光子枪向外释放光子的按钮留在了盒子外面。
现在，基于这个实验设置，假设我们按了一下按钮并在几秒钟之后开始思考整个情形，这样可以使光子有足够的时间到达探测器所在位置。回忆一下，状态随时间的演变遵循薛定谔方程式，而薛定谔方程式代表的是叠加的态。在这个情境中，涉及的两个状态之一是探测器A探测到光子，另一个状态是探测器B探测到光子。但是，同时请回想一下，如果探测器A探测到光子，那么毒药瓶里的毒药将会释放出来，结果是猫被毒死。另一方面，如果是探测器B探测到了光子，那么猫就会安然无恙。所以，现在态叠加似乎涉及这样两个状态：一个是猫死了，另一个是猫安然无恙。换句话说，如果我们想知道盒子里面到底发生了什么，量子理论似乎表达的是猫处于死猫和活猫两个态相叠加的状态。
同样地，与前面图25-15中所讨论的光子态叠加相比，这并没有原则性差异。然而，薛定谔却以此将微观层面的古怪之处转移到了宏观层面。
在结束这一小节之前，值得一提的是，薛定谔试图表明，量子理论数学一定是缺了些什么。他认为“猫不能处于一种生死叠加的状态”是一个基本事实，因此量子理论数学肯定是忽略了某些因素。
薛定谔试图修改量子理论，从而把他认为通过猫实验而展现的缺失因素补全。他的努力最终形成了对量子理论的一种诠释，通常被称为隐变量诠释。也就是说，这种诠释背后的关键点是，量子理论没有抓住现实真正的样子，就如前面所描述的，因此需要在理论中加入某些因素（也就是所谓的隐变量），从而使其更好地与我们对现实的直觉保持一致。
与隐变量诠释形成对比的是通常所说的标准诠释，或者哥本哈根诠释。这两个名字都相当有误导性，因为并不存在一个单一的、完全界定好的诠释作为标准诠释或者哥本哈根诠释。事实上，标准诠释更像是通常对量子理论进行诠释的一个角度，而在这个角度之内存在多个变形。接下来我们将探讨其中某些变形。
