量子力学是完备的吗？

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　 一般说来，量子力学是很难理解的。即使对于大多数受过高等教育的人来说，量子力学本质上也是极其深奥的。如何描述量子力学的奇异世界呢？奥地利物理学家薛定谔有一个诀窍，他讲了一个故事，可以让复杂的理论变得易于理解。这个故事就是著名的“薛定谔猫悖论”。故事的主角是一只不走运的猫，它既活着又死了。显然，这是荒谬的！仔细考察这种奇特的矛盾现象，将把我们带入量子力学的神奇世界。

　 这个悖论简单地说是这样的：一只猫被放入一个箱子里，箱子的旁边放着一个装着致命的神经性毒气的小药瓶；在原子内部的每一次量子跃迁，都可以放电现象加以证实；或者用一个放射性原子的衰变来触发一个装有毒气的瓶子的开关，那么毒气可以毒死同时放在箱子里的猫。如果无法预测的跃迁以某种方式出现，那么通过放电过程就会释放毒气，使猫立刻死亡。如果跃迁是以其他方式发生的，那么药瓶就会保持密封状态，而幸运的猫就可以活下来。问题是：我们怎样才能看到一只死去或活着的猫呢？

　 这一切看上去很简单。我们可能会推测，这个实验里存在一种可以计算的概率（50／50），即在任何特定的时间里，相应的量子跃迁要么出现，要么不会出现；猫要么死亡，要么生存。实验者所要做的一切，就是打开箱子，去发现这个可怜的实验品的命运。

　 那么，在这个箱子里的猫究竟是死的还是活的呢？按照以玻尔为代表的哥本哈根学派的解释，放射性原子的衰变可以用波函数来描述。当用波函数描述放射性元素“衰变”或“没有衰变”这两种不同状态的组合时，我们称之为“波的迭加态”。在没有打开箱子时，放射性原子进入了衰变与不衰变的迭加态，这时猫就成了一只处于迭加态的猫，即一只又死又活、半死半活的猫。只有当实验者打开箱子的时候，迭加态突然结束（用数学术语说就是“坍缩”），我们才能知道猫的确定态：死，或者活。这就是说，打开箱子，那只猫究竟是死是活，取决于出现的量子跃迁。但从另一方面说，猫的生或死，在很大程度上将是打开箱子的这一结果。

　 哥本哈根学派的几率诠释的优点是：只出现一个结果，这与我们观测到的结果相符合。长期以来物理学家们出于实用主义的考虑，还是接受了哥本哈根学派的诠释。因而，哥本哈根学派的几率诠释在很长一段时间成了“正统的”的解释。但是，这里有一个大问题：它要求波函数突然坍缩。付出的代价是：违反薛定谔方程。所以，那只半死半活的猫总是像噩梦一样纠缠着物理学家们。

　 值得指出的是，与爱因斯坦等提出“EPR悖论”的同时，薛定谔提出的“薛定谔猫悖论”，其目的在于反驳哥本哈根学派的解释。但是，薛定谔和爱因斯坦不同意以玻尔为代表的哥本哈根学派提出的正统解释，并不意味着他们反对量子力学。其实，他们都为量子力学的创立作出了巨大贡献。

　 在量子问题上，爱因斯坦与玻尔围绕量子力学的本性及其在物理学中的理论地位等问题，展开了一场持续时间最长的大争论。其中，爱因斯坦等人提出的、构成对量子力学最严重挑战的“EPR悖论”，是这场争论的中心，它引起了物理学家和哲学家的极大关注。那么，什么是EPR悖论呢？

　 1935年美国《物理评论》的第47、48期上分别发表了两篇题目相同的论文：“物理实在的量子力学描述能否认为是完备的？”在47期上署名的是：爱因斯坦、波多尔斯基和罗森，在48期上署名的是玻尔。 EPR是前三位物理学家姓的头一个字母。EPR悖论是这三位物理学家为论证量子力学的不完备性而提出的一个悖论，又称EPR论证或EPR佯谬。这个悖论涉及到如何理解微观物理实在的问题。

　 爱因斯坦等认为，如果一个物理理论对物理实在的描述是完备的，那么物理实在的每个要素都必须在其中有它的对应量，即完备性判据。当我们不对体系进行任何干扰，却能确定地预言某个物理量的值时，必定存在着一个物理实在的要素对应于这个物理量，即实在性判据。他们认为，量子力学不满足于这些判据，所以是不完备的。爱因斯坦等人认为，量子力学蕴涵着EPR悖论，所以不能认为它提供了对物理实在的完备描述。

　 面对爱因斯坦等人的反驳，玻尔对EPR实在性判据中关于“不对体系进行任何干扰”的说法提出了异议，认为“测量程序对于问题中的物理量赖以确定的条件有着根本的影响，必须把这些条件看成是可以明确应用‘物理实在’这个词的任何现象中的一个固有要素，所以EPR实验的结论就显得不正确了”。玻尔以测量仪器与客体实在的不可分性为理由，否定了EPR论证的前提———物理实在的认识论判据，从而否定了EPR实验的悖论性质。

　 应该说，玻尔的异议及其论证是无可非议。可是，爱因斯坦却不承认玻尔的理论是最后的答案。爱因斯坦认为，尽管哥本哈根学派的解释与经验事实一致，但作为一种完备的理论，应该是决定论的，而不应该是或然的、用概率语言表达的理论。

　 从科学史上看，量子力学基本上是沿着玻尔等人的路线发展的，并且取得了重大成就，特别是通过贝尔不等式的检验更加巩固了它的基础。但是，我们也要看到，爱因斯坦等人提出的EPR悖论，实际上激发了量子力学新理论、新学派的形成和发展。