量子力学的奇异性始于19世纪末20世纪初,当时的物理学家正努力研究世界是由什么构成的。他们原本认为有两类不同的物质:像原子,以及原子内部的电子、原子核等等都是粒子(particle),而弥散在空间里的则被称为场(field),比如电磁场、引力场等等。到19世纪末的时候,科学家已经知道光的本质就是一种可以独立存在、自我维持的电磁场。然而,1905年,爱因斯坦却发现,通过加热物体而产生的光竟然可以被分成一个一个无质量的粒子,这些粒子后来被称为光子(photon)。另一方面,20世纪20年代,路易·德布罗意(Louis de Broglie)、埃尔温·薛定谔(Erwin Schr?dinger)等人发现,电子——这种一直以来都被当做粒子的物质,竟然也拥有波的性质。为了理解原子的能级性质,我们不能仅仅把电子看做遵循牛顿定律绕着原子核转的粒子了,而要把它看成波——弥散在原子核周围的波,就像管风琴音管里的声波一样。
那量子力学有什么问题呢?在量子力学中,我们用波函数(wave function)来描述粒子。波函数在本质上就是一系列数字,每个数字都代表了系统可能出现的一种状态。如果系统只包含一个粒子,那么波函数中的每个数字就对应着这个粒子可能出现的所有位置,数字的大小代表着它在这个位置出现的概率。那这有什么问题呢?爱因斯坦和薛定谔晚年完全摒弃量子力学当然是不对的,是悲剧性的错误,这让他们在量子力学高速发展的大潮中掉队了。从前我很满意量子力学的方法和成就,也没太在意关于其基本概念的争论,但现在我不那么确定了(now I’m not so sure)。在教过量子力学这门课,最近又写了本关于量子力学的书以后,我发现我对量子力学不像从前那么满意了,也不再像以前那样无视对于它的批评,尤其是在我看到很多对量子力学很满意的科学家,他们自己对量子力学含义的理解都不一致的时候。
量子力学在计算方面是非常实用的。在如何运用量子力学的问题上并不存在什么争论,物理学家都用同样的方式使用量子力学,而且计算的确有效。也许我上面提到的这些问题都只是语言的问题,跟量子力学本身无关。一些现代哲学观点认为,最“哲学”的问题都是跟我们所运用的语言相关的问题。导师常用这种观点来指导抱怨量子力学的研究生:闭上嘴,只管算(“Shut up and calculate”)。
这在理论物理学界之外几乎不为人所知。1986年,意大利的里雅斯特大学(University of Trieste,“的里雅斯特”是个地名)的物理学家吉拉尔迪(Ghirardi)、里米尼(Rimini)和韦伯(Weber)发表了一篇有趣的物理学论文,试图在林德布拉德方程的基础上构造量子力学的推广理论,在那之后,大量类似的文献有如井喷。