在這篇文章中，我們將探討波坍縮的含義，重點放在量子力學的各種詮釋中的哥本哈根詮釋和多世界詮釋，並考慮每種詮釋的特徵和限制。
從 19 世紀末到 20 世紀初，開始出現一些僅靠經典物理學無法解釋的現象。 麥克斯韋和愛因斯坦發現光既具有波動性又具有粒子性。 馬克斯·玻恩預言，粒子也具有波動性。 據說戴維森-革末雙縫實驗從實驗上證明了電子具有波動性。 仔細觀察雙縫實驗可以發現：發射電子的裝置、有兩個狹縫的板和螢幕依序排列。 從電子源發射的電子穿過兩個狹縫到達螢幕；當觀察電子到達螢幕時，會出現干涉圖樣。 當只有一個縫隙時，就不會出現這種圖案。 因此，電子的位置必須解釋為同時穿過兩個狹縫的波。 量子力學的出現正是為了解釋這些現象。 在量子力學中，機率波被描述為自然界的基本組成單元。 機率波用於描述物質狀態。 物質狀態包括位置和自旋等屬性。 機率波表明，某個值並非固定在某一點，而是在每個點上發生的機率都會改變。 量子力學是在 20 世紀初建立的，當時及之後的大量實驗結果都支持這一理論的有效性。 這理論的核心是薛丁格波動方程式。 作為量子力學的基本方程，薛丁格波動方程描述了機率波隨時間的變化。 然而，這種機率波究竟如何與日常生活連結起來，目前仍不清楚。 在日常生活中，我們觀察到的結果不是多種狀態，而是一種單一的、確定的狀態──這該如何解釋呢？ 什麼是機率波？我們該如何理解它？ 為了解決這些問題，人們提出了量子力學的各種解釋。 在先前量子物理會議上進行的調查中，參與者被問及他們對每種解釋的偏好。 對哥本哈根詮釋的偏好率為 42%，量子資訊視角的偏好率為 24%，對多世界詮釋的偏好率為 18%。 從調查中可以看出，哥本哈根詮釋是物理學界的主流詮釋。 哥本哈根詮釋是由玻爾領導的學者們在量子力學早期發展出來的詮釋。 布萊恩·格林對哥本哈根詮釋的核心原則作瞭如下闡述：「每當我們試圖直接觀測機率波時，觀測行為本身就會擾亂它。」哥本哈根詮釋解釋說，在觀測的瞬間，機率波無法再保持其原有狀態，而是坍縮成一個點。 據解釋，這種坍縮成一個點的結果就是我們所熟悉的現實。 這個過程被稱為波浪崩塌。 量子資訊理論認為，宇宙本身是由量子資訊構成的，而量子資訊正是宇宙的本質。 它認為一切都是涉及量子資訊的量子計算的結果。 從這個角度來看，整個宇宙有時被視為執行量子運算的機器。 塞思·勞埃德寫了一本書，有力地論證了這種觀點。 在那本書中，他解釋了資訊的作用以及資訊與實際物理定律之間的關係。 例如，他解釋了量子計算如何傾向於傳播未知訊息，並詳細闡述了與熵相關的物理定律。 多世界詮釋是由休·埃弗雷特提出的。 這個解釋不接受波函數坍縮，而波函數坍縮是哥本哈根解釋的基石。 相反，它認為宇宙分裂成多個世界，所有可能性都得以實現。 因此，它解釋說，在每個世界中，觀察者感知到的都是我們所熟悉的現實。 我認為波函數坍縮的概念（可視為哥本哈根詮釋的核心）缺乏說服力。 正如布萊恩·格林所指出的那樣，界定「觀察」的邊界並不明確。 解釋大致如下：當微觀物體相互作用時，不會發生波函數坍縮，但當觀察者進行測量時，就會發生波函數坍縮；然而，這種解釋很難被接受。
人們自然會認為物理定律在整個宇宙中普遍適用且完全相同。 既然觀察者也是宇宙的一部分，那麼我認為量子力學的定律自然也同樣適用於所有行為，包括觀測。 然而，哥本哈根的解釋是，波浪崩塌是由於觀察者的觀察行為而發生的。 從數學角度來看，波坍縮也是一種不同於一般量子力學操作的操作。 雖然我無法在這裡詳細解釋機率波函數變化的過程，但它可以描述為與具有某些特殊性質的可逆矩陣相乘的操作。 「可逆」表示結果與導致結果的狀態之間存在一一對應的關係。 然而，當波函數坍縮發生時，這種對應關係就被打破了。 系統固定在單一狀態，無法恢復到原始狀態。 在觀察性質至關重要的情況下（例如在哥本哈根解釋中），有時會引入海森堡切割的概念。 這個概念認為，量子力學定律適用於某個特定邊界，超過該邊界，波函數就會坍縮。 然而，這條界限並沒有明確的定義。 它可以設定在電子或質子等物體的層面，也可以設定在人類等宏觀物體的層面。 這令人不滿，因為它沒有具體說明這條邊界應該畫在哪裡。 薛丁格的貓思想實驗就是一個著名的例子，它很好地說明了這種情況。 在這個思想實驗中，出現了一個比原子還小的粒子和一隻貓。 這種微小粒子會以一定的機率衰變，這個過程可以用量子力學來解釋。 旁邊放置了一個檢測裝置。 據說，一旦偵測到這種腐爛，就會觸發殺死貓的機制。 這就引出了一個問題：這隻貓在那一刻是死是活？ 哥本哈根的解釋是，貓的狀態——是活著還是死了——是在觀察到它的那一刻就確定的。 這種解釋是基於這樣一個前提：即使是宏觀物體也不會經歷波的坍塌。 這表明，即使是大型物體也必須在量子力學的框架內考慮。 因此，有一些思想實驗將這種情況推向了更極端的境地。 在這個思想實驗中，我們假設一位朋友進行了薛丁格的貓的思想實驗，並觀察了貓的狀態。 在這種情況下，它無法對波函數應該被認為在哪個邊界處坍縮給出明確的解釋。 關於這個界限，有些人認為觀察者的知識程度至關重要，據說這與機率有關。 然而，哥本哈根解釋的優點在於能夠簡單明了地解釋觀察者觀察到的結果。 事實上，它很好地解釋了各種實驗的結果。 只需在觀察實驗結果或與宏觀物體相互作用時應用波坍縮即可。 這種解釋很方便，不需要考慮觀測設備的量子態。 儘管波浪崩塌的結果在直覺上難以接受，但它取得巨大成功的原因之一可能是它能夠很好地解釋實驗結果。 正因為波浪崩塌是一種非常不自然的解釋，我認為多世界詮釋可能是哥本哈根詮釋的一種可行的替代方案。 多世界詮釋不承認波崩塌現象。 據說這是僅關注薛丁格波動方程式而得出的一種解釋。 由於它不認為觀察行為受任何特殊規律的約束，因此它將這一過程解釋為波狀態的變化，正如從波動方程中看到的那樣。 換句話說，人們理解，當進行觀察時，波不會坍縮；相反，觀察者和物體會進入量子力學糾纏態。 為了理解這種糾纏狀態，讓我們從多世界詮釋的角度來檢視一個例子，這種詮釋不承認波的坍縮。 電子的自旋方向可以是向上（↑）或向下（↓）。 觀測設備是一種測量電子自旋的裝置。 假設觀測設備的狀態顯示視窗有三種可能的狀態：向上（⟰）、向下（⟱）和空白（）。 讓我們先來看看測量之前的情況。 電子自旋和觀測設備的狀態顯示視窗可以描述為相互獨立的機率波。 電子不是固定向上（↑）或向下（↓），而是由機率波表示。 實驗中，測量裝置將被設定為空狀態（），並且會有一個機率波函數來表示這種情況。 讓我們來看看測量後的情況。 至此，它已不能再被描述為獨立的機率波函數。 整體狀態則由一個包含電子和測量裝置的單一機率波函數來描述。
具體來說，它由一個單一的機率波函數表示，該波函數僅描述兩種可能的情況：一種是電子自旋向上，觀測裝置的狀態視窗指示「向上」（↑⟰），另一種是電子自旋向下，觀測裝置的狀態視窗指示「向下」（↓⟱）。 這種多個狀態不再獨立的現象稱為「糾纏」。多世界詮釋在此基礎上更進一步。 以上述例子為例，有兩種可能的情況（↑⟰，↓⟱）。 多世界詮釋認為世界分為這兩種狀態。 也就是說，在一個世界中，會出現↑⟰的情況，而在另一個世界中，會出現↓⟱的情況。 據說，仔細研究薛丁格方程式後會發現，用這種方式看待它並沒有什麼重大的數學問題。 如果我們根據觀察結果將可能的狀態分開，並將每個結果解釋為一個不同的世界，那麼這就是多世界詮釋。 因此，任何可以被視為觀察的事件都被視為世界分裂的事件。 因此，每個量子力學上可行的可能性在每個世界中都會實現。 多世界詮釋最吸引我的地方在於，它不把觀察行為視為特別的事。 由於即使是觀察者也被視為受量子力學相同定律約束的世界的一部分，我認為這種解釋更具普遍適用性。 然而，多世界詮釋面臨許多批評。 對於世界分裂成多個世界意味著什麼，目前還沒有令人信服的解釋。 此外，認為存在多個世界的說法本身就很怪異。 如果世界是無限且持續地創造出來的，那麼我們根本無法解釋我們是如何追蹤如此多的世界的。 此外，如果不同的世界完全分離且無法相互影響，那麼從觀察者的角度來看，其他世界的存在就完全沒有意義。 從這個角度來看，解釋本身就變得毫無意義了。 此外，多世界詮釋中仍有許多挑戰需要解決。 首先，必須解決的問題之一就是如何充分解釋實際觀察者將感知到的世界。 為了解釋我們在日常生活中觀察到的現象，必須有一種方法可以從觀察者的角度（而不是從整體的角度）來描述現象。 這是因為我們無法直接觀察機率波，只能觀察其結果。 哥本哈根的解釋清楚地闡明了這一點。 哥本哈根詮釋認為，我們觀察到的世界是透過波函數的坍縮來實現的，並且它產生的結果與現實相符。 此外，多世界詮釋應該能夠解釋哥本哈根詮釋。 如果多世界詮釋是正確的，那麼它應該能夠從自身的角度解釋迄今為止所有的實驗結果是如何與哥本哈根詮釋的預測相吻合的。 此外，我們還必須確定在什麼情況下這兩種解釋之間可能會出現差異。 因此，與哥本哈根詮釋建立聯繫也是一個重大挑戰。 我不支持哥本哈根詮釋中的波崩塌概念，因為它在何時應用尚不明確，而且我認為將測量作為一個單獨的過程進行處理的做法在普遍性方面是有問題的。 相反，我認為我們應該堅持這樣一種觀點：整個宇宙都可以被描述為量子力學中的機率波，而觀察者也是其中的一部分。 因此，我認為多世界詮釋和類似理論可以作為替代方案。 然而，如同前面所提到的，這些解釋也存在一些問題。 從物理學家參與的調查結果來看，對於量子力學的解釋，目前還沒有明確的結論。 現有的一些解釋已被實驗證偽。 然而，對於哥本哈根詮釋或多世界詮釋，尚未進行過此類實驗。 或許有一天，我們會發展出能夠真正證明這些解釋之間差異的實驗設計。 或者，我們最終可能會得出結論：所有這些解釋都同樣有效。 因此，我相信隨著我們對物理定律的理解不斷加深，解釋量子力學的新途徑將會開啟。 親眼見證這過程將會非常有趣。
