量子力学解决的四大问题（量子力学的困境）

量子力学的第一个冲击是对物理学家在1900年以前早已习惯的范畴所带来的挑战。光曾被清晰的认作电磁场的自持振荡。然而为了理解受热物体的发光问题，1905年阿尔伯特·爱因斯坦发现需要把光波表述成无质量的粒子束，这些粒子后被称为光子。

到了1920年代，根据路易斯·德布罗意和厄尔文·薛定谔的理论，被一直看作典型粒子的电子，似乎在某些情况下表现出了波动性。为了解释原子的稳定能级，物理学家们不得不放弃了电子如同牛顿行星一般在轨道内围绕原子核转动的见解。原子中的电子更像是围绕契合在原子核周围的波，如同琴管中的声波一样。至此这个世界的范畴变得乱套了。1926年爱因斯坦在一封写给伯恩的信中这样抱怨：

量子力学令人印象深刻。但是我的内心中有个声音告诉我这仍非真实。这个理论很好但却很难让我们更接近上帝的秘密，我十分确定他不玩筛子。

不同于经典物理，量子力学中系统的状态不是由每个粒子的位置和速度、以及各种场的值与变化率来描述的。取而代之的，任意时刻的系统状态由波函数描述，它本质上就是一组数字，每个数字都对应着一个可能的系统构形。只有当测量完成它们才会成为唯一的可能。一个电子自旋在测量前就像一个音乐和弦一样，由两个音符叠加而成，这两个音符分别对应正负自旋，每个音符都有自己的大小。如同一个和弦奏出不同于组分音符的声音，电子自旋在测量前是由确定自旋的两个态叠加而成，这种叠加态在定性上完全不同于其中任意一个态。同奏乐类似，对自旋的测量行为就像是一下把和弦调到某个特定的音符上去，从而我们只能听到这单个音符。

现实主义有一个非常奇怪的推论，当一个物理学家测量一个电子自旋时，比如朝北方向上，电子、测量仪器连同实施测量的物理学家的波函数的演化都假定是确定性的，均由薛定谔方程给出。但是随着这几者在测量中发生相互作用，波函数变成两项的叠加，一个是电子自旋是正值，这个世界的每个人去观测都会看到它是正值，而另一个则是负值，同样世界每个人都认为它是负的。因为对于波函数的每一项每个人都坚信电子自旋只有一个确定符号，于是这种叠加态的存在根本无法探测。从而这个世界的历史便分裂为彼此完全不相关的两支。

这就够奇怪了，然而历史的分裂不仅仅会发生在某人去测量自旋时。在现实主义者的观点中，这个世界的历史时时都在进行无穷无尽的分裂; 每当有宏观物体伴随量子状态的选择时历史就会分裂。这时两个电子的自旋就可以说纠缠在一起了。只要不去干涉这对自旋，即使是两个电子分开很远距离，这样一个纠缠态仍会一直持续。无论分开多远，我们也只能讨论两个电子的波函数而不是单独一个的。纠缠带给爱因斯坦对量子力学的不信任感甚至超过概率的出现。

思及量子力学的未来，大概唯有引用维奥拉在《第十二夜》中的话：

"O time, thou must untangle this, not I"

“啊时间！你必须解决此事，而不是我”。

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