在这篇博文中，我们将探讨量子力学的背景、哥本哈根诠释和多世界诠释的主要观点，以及这两种诠释如何看待“观察”，然后反思量子力学的目的。
在物理学史上，很久以前，马克斯·普朗克发表了一篇论文，并根据他的黑体辐射实验结果指出，“所有能量都由具有离散值的微小能量包组成”。这动摇了当时物理学家普遍接受的观点，他们一直认为宏观世界的所有现象都可以用牛顿力学来解释。从那时起，随着测量设备的进步和物理学家能够窥探微观世界的能力，他们发表了各种实验结果，揭示了牛顿力学的局限性。这些无法用现有理论解释的结果很快促使人们认识到需要建立一个新的力学框架——于是，“量子力学”诞生了。量子力学很快巩固了其地位，因为它成功地解释了一些现有物理学无法解释的自然现象，例如爱因斯坦对光电效应的解释和玻尔对氢原子光谱的模型。此外，通过无数物理学家的努力以及保罗·狄拉克和帕斯夸尔·约尔当提出的变换理论等发展，它确立了自身作为一个独立研究领域的地位。
然而，这仅仅标志着数学“形式”（即描述量子力学内容的工具）的完成，并不意味着它已从物理诠释的角度得到确立。即使在几十年后的今天，著名物理学家们对于量子力学现象的“诠释”仍然存在分歧。从通常被称为主流诠释的“哥本哈根诠释”，到为弥补前者局限性而出现的“多世界诠释”，以及其他各种诠释，这些不同的方法相互补充，弥补了单一诠释无法完全解释的空白。在过去于奥地利举行的一次量子力学会议上，一项针对33位世界知名物理学家的民意调查询问他们支持哪种诠释；结果显示，哥本哈根诠释获得42%的支持率，信息论诠释获得24%，多世界诠释获得18%。鉴于此次调查中没有任何一种诠释的支持率超过50%，显然每种诠释都有其自身的局限性。本文将简要介绍“哥本哈根诠释”和“多世界诠释”（它们在量子力学领域占据重要地位，且对“观测”行为持有截然相反的观点），并探讨它们的局限性。“信息论诠释”由于其对量子力学的理解视角与其他两种诠释略有不同，因此不在本文讨论范围之内。
由玻尔和海森堡提出的哥本哈根诠释的基本框架如下：“只要观察者不使用测量设备，原子内的电子就会按照因果律运动。然而，当试图在时空中描述处于固定位置和时间的电子时，离散的相互作用就会介入，导致电子偏离因果律，观察者别无选择，只能依赖量子概率。”牛顿力学指出，在宏观世界中，粒子在运动时具有特定的、明确的位置和动量值。这意味着在宏观世界中，也就是观察者（即人类）存在的世界中，位置和动量是固定的。然而，在微观世界中，运动中的电子处于一种状态，在这种状态下，这些物理量无法被确定为单一的明确值。相反，各种不同的状态同时存在。例如，如果一个电子可以占据三种可能的状态——1、2 和 3——那么在被观察之前，电子会同时存在于所有这三种状态中。从数学角度来看，这可以表示为对应于状态 1、2 和 3 的波函数之和。当宏观世界的观察者观察电子时，电子的状态会从众多可能的状态中被简化为一个单一状态，该状态由与该状态相关的概率决定。换句话说，“观察”行为改变了电子的状态。例如，一旦确定电子处于状态 1，它同时处于状态 2 和状态 3 的可能性就消失了。这就是哥本哈根诠释中所说的“波函数坍缩”。因此，“观察”行为在哥本哈根诠释中具有极其重要的意义。
包括爱因斯坦在内的著名物理学家驳斥了哥本哈根诠释，并引用了各种思想实验作为证据。其中最著名的当属“薛定谔的猫”。在一个密封的盒子里，装着一只猫和一个能够根据量子力学确定的粒子状态释放毒药的装置。经过一段时间后，盒子里的猫是死是活——而这本身也是一种状态——只有在打开盒盖观察猫的那一刻才能确定。这个思想实验表明，将微观世界中意义重大的“观察”行为应用于宏观世界会导致奇怪的结论；因此，它引发了人们对量子力学中“观察”意义的深刻思考。这正是“多世界诠释”的由来。
曾任教于普林斯顿大学的埃弗雷特三世驳斥了哥本哈根诠释的观点，他认为粒子的概率分布并不会因为观测而消失，而是从一开始就存在多个可能世界。换句话说，粒子的位置并非通过观测被确定为单一值；相反，多个平行世界早已存在，我们只是观测到了其中一个。我们无法直接观测到的状态在其他可能世界中展开。例如，如果我们的观测结果是状态2，其他状态并不会立即消失——它们在其他世界中展开，我们只是无法观测到它们。
然而，多世界诠释显然存在问题。如果一个可能发生的事件在所有可能的世界中都会发生，那么与每个状态相关的概率究竟有何意义？埃弗雷特试图通过简单地将每个状态乘以一个权重来解决这个问题。然而，一个世界比其他世界更重要究竟意味着什么，仍然是一个争论不休的话题。
考虑到这两种解释——各有其意义和局限性——我倾向于哥本哈根诠释。如果我们追溯量子力学的起源，就会发现它最终是为了解释微观世界的现象而诞生的。换句话说，既然它是为了通过观察和由此产生的事实来揭示现象而创建的，那么观察者的观察行为本身就具有极其重要的意义。在实际观察粒子时，为了观察单个粒子的状态，我们必须对其施加一定程度的影响。在物理学中，这被称为“扰动”。换句话说，观察粒子的状态需要对粒子施加微小的影响，然后观察其响应。尽管在数学上，对粒子施加影响与波函数坍缩之间的联系有些模糊，但它们都改变了粒子的原始状态。这意味着观察行为本身具有物理意义。
量子力学摒弃了经典牛顿力学的决定论思维，转而采用概率论方法。有多少人能轻易接受这样的观点：每次观察眼前的苹果，它的位置都会以不同的概率发生变化？诚然，哥本哈根诠释和多世界诠释在帮助习惯于物体确定状态的人们理解微观世界现象方面，各有其意义和局限性。我是一名工程系学生，研究如何利用科学现象及其观察结果来创造新技术。量子力学的发展为我们提供了解释微观世界现象的工具，并直接催生了许多对人类有益的技术。磁共振成像（MRI）设备对现代医学做出了重大贡献，它正是应用量子力学中的核磁共振（NMR）现象而开发的。这项技术不仅应用于光谱学（用于测定分子结构），甚至还应用于石油勘探。基于此，我认为更适合解释现象（我认为这才是科学的目的）的解释将具有更重要的意义。
