量子理论成立近一个世纪后，物理学家和哲学家仍然不知道——但他们还在研究它。

托马斯·杨的双缝干涉实验

非常简单的演示推翻伟大的艾萨克·牛顿关于光的本质的想法。1803 年 11 月，英国物理学家托马斯·杨(Thomas Young) 在伦敦对皇家学会的成员说，「无论阳光普照到哪里，都可以轻松地重复进行」，他描述了现在称为双缝实验的内容，杨并不是过于戏剧化。他提出了一个优雅而绝对朴素的实验来展示光的波动性，并以此驳斥了牛顿关于光是由微粒或粒子组成的理论。

图源：Alexandre Gondran Wikimedia (CC BY-SA 4.0)

1900 年代初期量子物理学的诞生清楚地表明，光是由微小的、不可分割的能量单位或量子组成，我们称之为光子。杨的实验，当用单个光子甚至单个物质粒子（如电子和中子）进行时，是一个值得一看的难题，提出了关于现实本质的基本问题。有些人甚至用它来论证量子世界受到人类意识的影响，使我们的思想在宇宙本体论中占有一席之地。但是这个简单的实验真的能证明这种情况吗？

在现代量子形式中，杨的实验包括在切割成其他不透明屏障的两个狭缝或开口处发射光或物质的单个粒子。在屏障的另一侧是一个记录粒子到达的屏幕（例如，在光子的情况下是一个照相板）。常识使我们期望光子应该穿过一个或另一个狭缝并堆积在每个狭缝后面。

他们没有，相反，它们进入屏幕的某些部分避开其他部分，从而形成交替的明暗带。这些所谓的干涉条纹，就是你在两组波重叠时得到的。当一个波峰与另一个波峰对齐时，会得到相长干涉（亮带），当波峰与波谷对齐时，会得到相消干涉（暗带）。

但是在任何时候，只有一个光子穿过这个装置。这就好像每个光子同时穿过两个狭缝，并且相互干扰，这不符合经典世界的规律。

从数学上讲，穿过两个狭缝的不是物理粒子或物理波，而是一种称为波函数的东西——一种抽象的数学函数，表示光子的状态。波函数的行为类似于波，它通过两个狭缝，新的波从另一侧的狭缝发出，传播并最终相互干扰，组合波函数可用于计算可能找到光子位置的概率。

光子很有可能在两个波函数相长干涉的地方被发现，而在相消干涉的区域不太可能被发现。测量（在这种情况下是波函数与底片的相互作用）的时候波函数「塌缩」。

这种明显的测量引起的波函数坍缩是量子力学中许多概念困难的根源。在坍缩之前，无法确定光子将降落在哪里。它可以出现在任何一个非零概率的地方。没有办法绘制光子从源到探测器的轨迹。从旧金山飞往纽约的飞机是真实的，在这个意义上，光子是不真实的。

Werner Heisenberg 等人将数学解释为现实在观察之前不存在。「一个客观现实世界的想法，最小部分的客观存在与石头或树木存在的意义相同，与我们是否观察它们无关......是不可能的，」他写道。约翰·惠勒 (John Wheeler) 也使用了双缝实验的一个变体来论证「没有基本的量子现象是一种现象，除非它是一种已记录的（『观察到的』，『不可磨灭的记录』）现象。」

但这些实验并不构成此类主张的经验证据。在用单光子做的双缝实验中，所能做的就是验证数学上的概率预测。如果概率在通过双缝发送数万个相同光子的过程中得到证实，则该理论声称每个光子的波函数都坍塌了，这要归功于测量。

其他解释

此外，还有其他解释双缝实验的方法。以德布罗意-玻姆理论为例，它说现实既是波又是粒子。光子始终以一定的位置朝向双缝，并穿过一个或另一个缝；所以每个光子都有一个轨迹。它骑着一个引导波，它穿过两个狭缝，进行干涉，然后将光子引导到相长干涉的位置。

1979 年，伦敦伯贝克学院的 Chris Dewdney 及其同事模拟了该理论对粒子穿过双缝的轨迹的预测。在过去的十年中，实验者已经验证了这样的轨迹存在，尽管使用了一种称为弱测量的有争议的技术。尽管存在争议，但实验表明，德布罗意-玻姆理论作为对量子世界行为的解释仍在运行。

至关重要的是，该理论不需要观察者、测量及非物质意识。

Markus Arndt 的探索

所谓的坍缩理论也没有，后者认为波函数是随机坍缩的：量子系统中的粒子数量越多，坍缩的可能性就越大。观察者只是发现结果。奥地利维也纳大学的Markus Arndt 团队一直在通过将越来越大的分子送入双缝来测试这些理论。坍缩理论预测，当物质粒子的质量超过某个阈值时，它们不能保持同时穿过两个狭缝的量子叠加态，这将破坏干涉图案，Arndt 的团队已经通过双缝发送了一个包含 800 多个原子的分子，他们仍然看到了干扰，将继续寻找阈值。

原文链接：

https://blogs.scientificamerican.com/observations/what-does-quantum-theory-actually-tell-us-about-reality/