玻色力学，一种量子力学的诠释

玻色力学，又称德布罗意-玻姆理论、先导波模型和量子力学的因果解释，是由路易斯-德布罗意于1927年发现、戴维-玻姆于1952年重新发现的量子理论的一个版本。它是量子力学隐变量解释的最简单例子。

在玻色力学中，粒子系统部分由其波函数描述，波函数像往常一样根据薛定谔方程演化。波函数只提供了对系统的部分描述。粒子实际位置的描述完成了这一描述。

后者根据 "导引方程 "演变，该方程用波函数表示粒子的速度。在玻色力学中，粒子系统的构型是通过波函数编排的确定性运动来演化的。当一个粒子被送入双缝装置时，它通过的缝隙和到达照相板上的位置完全由它的初始位置和波函数决定。

玻色力学继承并明确了量子理论的所有表述和解释中隐含的非位置性概念，即多粒子系统构型空间上的波函数。它解释了非相对论量子力学支配的所有现象，从谱线和散射理论到超导、量子霍尔效应和量子计算。

量子理论的通常测量假设，包括波函数的坍缩和由概率振幅的绝对平方给出的概率，都来自对两个运动方程的分析， 薛定谔方程和导引方程。不需要援引特殊的、有点晦涩难懂的观测地位。

量子力学描述的完备性，自量子力学诞生以来，尽管它在预测方面取得了非凡的成就，但概念上的困难一直困扰着它。 量子力学是关于什么的并不清楚。

人们普遍认为任何量子力学系统都可以用它的波函数来描述，量子力学从根本上说就是关于波函数的行为。很自然，没有物理学家比 波函数之父薛定谔更希望这是真的。薛定谔最终发现这是不可能相信的。

他的困难与波函数的新颖性关系不大，波函数是一种抽象的、不直观的数学构造，这几乎是对新的思维辅助工具的一种忌惮，并不包含什么重要的信息。

相反，波函数的发散特性所暗示的 "模糊"，"影响着宏观上有形和可见的事物，而'模糊'一词似乎是完全错误的"。

在同一篇论文中指出在放射性衰变中可能会出现新出现的粒子被描述为一个球形波。在其整个范围内连续撞击周围的发光屏幕。荧光屏并不显示或多或少恒定的均匀表面发光，而是在某一瞬间在某一点发光。

他观察到，人们可以很容易地安排，例如在系统中加入一只猫，"相当荒谬的情况 "的 ψ整个系统的ψ 函数中，活猫和死猫混杂在一起，或被等量涂抹。

正是由于宏观叠加的 "测量问题"，薛定谔认为波函数难以 "代表现实"。正是由于宏观叠加的 "测量问题"，薛定谔认为波函数难以 "代表现实"。

那么什么才能代表现实呢，薛定谔观察到主流学说通过诉诸认识论来拯救自己。我们被告知，在自然对象的状态和我对它的认识之间，如果我花点功夫就能知道的东西之间，不存在任何区别。本质上只有认识、观察和测量。

许多物理学家口口声声说哥本哈根诠释，量子力学从根本上说是关于观察或测量结果的。但现在越来越难找到任何一个物理学家在被逼无奈的情况下为这种解释辩护。

很显然，量子力学从根本上说是关于原子和电子、夸克和弦的，而不是那些与我们所说的对这些东西的属性的测量相关联的特定宏观规律性。

如果这些实体不是以某种方式与波函数本身相联系，如果谈论它们不仅仅是对测量的详细陈述的速记，那么它们在量子描述中的什么地方呢？

也许有一个非常简单的原因，我们很难在量子描述中发现我们认为量子力学应该描述的对象。也许量子力学的描述并不是故事的全部，这种可能性与爱因斯坦最有关系。

1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森在EPR论文中为这种可能性进行了辩护。他们的结论是，虽然我们已经证明波函数并不能完整地描述物理现实，但我们对是否存在这样的描述这个问题保持开放态度。我们相信这种理论是可能存在的。

EPR论文为支持这一结论而提出的论点援引了量子相关性和位置性假设。后来，爱因斯坦基于与上面引用的薛定谔的观点大致相同的考虑，再次得出结论，波函数并不能完整地描述单个系统，这种最接近明显的解释。

统计量子理论将在经典力学的框架内采取近似于统计力学的立场。

二十世纪最伟大的数学家之一约翰-冯-诺依曼声称，他已经证明了爱因斯坦关于量子理论的确定性完成或重新解释的梦想在数学上是不可能的。

他的结论是，这并不像人们通常假设的那样，是一个重新解释量子力学的问题，目前的量子力学体系在客观上必须是错误的，这样才有可能对基本过程进行另一种描述，而不是统计过程的描述。

物理学家和科学哲学家几乎普遍接受了冯-诺依曼的观点。提出波函数统计解释的马克斯-玻恩向我们保证说不可能引入任何隐蔽的参数，使不确定的描述转变为确定的描述。

如果未来的理论是确定性的，它就不可能是对现在理论的修改，而必须是本质上不同的。

玻色力学是冯-诺依曼和玻恩的反例。因此冯-诺依曼的论点肯定是错误的。根据约翰-贝尔的观点，冯-诺依曼的假设（关于隐变量理论中必须满足的量子观测值之间的关系）是如此不合理，以至于 "冯-诺依曼的证明不仅是错误的，而且是愚蠢的。

尽管如此，一些物理学家继续依赖冯-诺依曼的证明。最近物理学家们更多地引用科钦-斯派克定理，甚至更频繁地引用贝尔不等式来支持量子理论的确定性完成是不可能的这一论点。

在1952年重新发现玻色力学的四分之一世纪之后，冯-诺依曼发表的证明，虽然后来被科亨和斯贝克说得更有说服力，但它仍然使用了一些假设，这些假设完全有理由受到质疑。贝尔提出了反对隐变量理论的最有说服力的论据。

贝尔证明了量子理论（如玻色力学）的确定性完成是不可能的。直到1990年英年早逝，贝尔一直是他所谓推翻的理论--玻密力学--的主要支持者，而且在这一时期的大部分时间里几乎是唯一的支持者。

当然，玻密力学和冯-诺依曼的论证一样，都是对科亨-斯派克关于隐变量不可能性论证的反例。显然，它是任何此类论证的反例。无论这种论证的假设多么合理，其中的一些假设对于玻色力学来说肯定是不成立的。

认为科亨和斯贝克的假设比冯诺依曼的假设更有说服力，他的看法是非常正确的。事实上，它们看起来确实非常合理。然而，事实并非如此。关于量子可观测性、自旋和上下文性的问题。

约翰-贝尔用位置性假设、无远距离作用假设取代了科钦等人的 "任意公理"。即使有人大胆地怀疑它的必然性，也很难反对这种假设的合理性。

量子力学的任何隐变量表述都必须是非局域的，玻色力学也是如此。但他还证明了更多的东西。

贝尔在1964年发表的一篇著名论文中指出，量子理论本身是不可还原的非局域。贝尔的分析适用于任何单世界版本的量子理论，即任何测量结果虽然可能是随机的，但仍然是明确和确定的版本，这与埃弗雷特的多世界版本量子理论的情况不同。

量子力学的这一事实，基于简短而数学上简单的分析，本可以在20世纪20年代量子理论被发现后不久就被认识到。但这并没有发生，部分原因无疑是正统量子理论的晦涩难懂及其承诺的模棱两可。

正是他对玻色力学的研究导致了贝尔的非局域性分析。在研究过程中，他观察到在这一理论中，存在着一种明确的因果机制，即一个仪器的配置会影响远处仪器的结果。

贝尔在脚注中补充说："自从本文完成以来，这样的证明已经找到了"。他在1964年的论文中发表了这一证明。他推导出贝尔不等式，这是他得出量子非局域性结论的基础。

值得强调的是，贝尔的分析确实表明，量子现象的任何（单世界）解释都必须是非局域的，而不仅仅是任何隐变量解释。贝尔表明，标准量子理论的预言本身就意味着非局域性。

如果这些预言支配着自然界，那么自然界就是非局部的。[即使在关键的EPR相关实验中，自然界也是如此，这一点现在已经被许多实验所证实。第一个相当确凿的实验。

贝尔也强调了这一点（这里的确定性指的是隐变量）：需要注意的是，决定论在EPR论证中的作用是有限的，它不是假定的，而是推论的。神圣不可侵犯的是 "局部因果性 "原则 "远距离无作用 "原则......。要理解这一点是非常困难的，即决定论不是分析的前提。

尽管我坚持认为决定论是推论而不是假设的，但你可能还是会怀疑，正是对决定论的专注造成了问题。那么请注意，下面的论证完全没有提到决定论。

你可能会怀疑，粒子和粒子轨道的概念，在某种程度上把我们引入了歧途。下面的论证不会提到粒子，也不会提到场，更不会提到微观层面上发生的任何其他特殊情况。它也不会涉及 "量子力学系统 "这个词的使用，因为它会对讨论产生不幸的影响。

困难不是由任何这样的图景或任何这样的术语造成的。它是由对某些可以想象的实验装置的可见输出中的相关性的预测造成的。贝尔在上面提到的 "问题 "和 "困难 "是量子理论的预言与可以推断出的东西之间的冲突。

它造成了一种误解，即贝尔证明了隐变量是不可能的，而直到最近物理学家们几乎普遍认同这种观点；它还造成了一种观点，甚至现在几乎普遍认为贝尔的结果是排除了局域隐变量，而这种观点是误导性的。

贝尔在这里再次表达了他对量子非局域性的两部分论证的逻辑，第一部分是关于EPRB相关性的玻姆版本的EPR论证：让我再次总结一下导致僵局的逻辑。

EPRB相关性是这样的：只要分析器碰巧平行，一边的实验结果就会立即预示另一边的结果。如果我们不接受一侧的干预对另一侧的因果影响，我们似乎不得不承认，无论如何，两侧的结果都是事先决定的，与另一侧的干预无关，由来自源的信号和局部磁铁设置决定。

但这对非平行设置的影响与量子力学的影响相冲突。我们不能将一方的干预视为另一方的因果影响。

与量子力学基础中的其他几乎所有内容一样，关于贝尔的分析究竟证明了什么，仍然存在相当大的争议。

尽管如此，贝尔本人对他所证明的东西的看法是非常清楚的。

量子理论的先导波方法由爱因斯坦提出，甚至早于量子力学本身的发现。爱因斯坦希望，如果光子的运动在某种程度上受到电磁场的引导，那么涉及粒子状光子的干涉现象就可以得到解释，电磁场因此扮演了他所说的引导场的角色。

虽然电磁场作为导引场的概念被证明是相当有问题的，但马克斯-玻恩在其创立量子散射理论的早期论文中探讨了波函数在电子系统中扮演导引场或先导波这一角色的可能性。海森堡却对此深表怀疑。

1926年，薛定谔发现了波动力学，即薛定谔方程，这一发现受到了德布罗意1924年博士论文的启发，不久之后，1927年德布罗意实际上发现了玻色力学，发现了粒子运动方程，相当于标量波函数的指导方程。

他在1927年索尔维大会上解释了这种运动如何解释量子干涉现象。德布罗意对沃尔夫冈-泡利关于非弹性散射的反对意见的回应非常糟糕，无疑给大会的杰出听众留下了相当糟糕的印象。

玻恩和德布罗意很快放弃了先导波方法，成为迅速发展的哥本哈根解释共识的热情支持者。大卫-玻姆于1952年重新发现了德布罗意的先导波理论。

他是第一个真正理解其意义和影响的人。约翰-贝尔在60年代、70年代和80年代成为该理论的主要支持者。