量子力學的困境

量子力學的第一個衝擊是對物理學家在1900年以前早已習慣的範疇所帶來的挑戰。光曾被清晰的認作電磁場的自持振蕩。然而為了理解受熱物體的發光問題，1905年阿爾伯特·愛因斯坦發現需要把光波表述成無質量的粒子束，這些粒子後被稱為光子。

到了1920年代，根據路易斯·德布羅意和厄爾文·薛定諤的理論，被一直看作典型粒子的電子，似乎在某些情況下表現出了波動性。為了解釋原子的穩定能級，物理學家們不得不放棄了電子如同牛頓行星一般在軌道內圍繞原子核轉動的見解。原子中的電子更像是圍繞契合在原子核周圍的波，如同琴管中的聲波一樣。至此這個世界的範疇變得亂套了。1926年愛因斯坦在一封寫給伯恩的信中這樣抱怨：

量子力學令人印象深刻。但是我的內心中有個聲音告訴我這仍非真實。這個理論很好但卻很難讓我們更接近上帝的秘密，我十分確定他不玩篩子。

不同於經典物理，量子力學中系統的狀態不是由每個粒子的位置和速度、以及各種場的值與變化率來描述的。取而代之的，任意時刻的系統狀態由波函數描述，它本質上就是一組數字，每個數字都對應著一個可能的系統構形。只有當測量完成它們才會成為唯一的可能。一個電子自旋在測量前就像一個音樂和弦一樣，由兩個音符疊加而成，這兩個音符分別對應正負自旋，每個音符都有自己的大小。如同一個和弦奏出不同於組分音符的聲音，電子自旋在測量前是由確定自旋的兩個態疊加而成，這種疊加態在定性上完全不同於其中任意一個態。同奏樂類似，對自旋的測量行為就像是一下把和弦調到某個特定的音符上去，從而我們只能聽到這單個音符。

有些物理學家採用工具主義的方法，他們聲稱我們從波函數中得到的概率是客觀存在的概率，不依賴於人們究竟有沒有做測量。與工具主義相反的另一種對待量子力學的方式—現實主義避免了部分上面提到的問題。現實主義者切實的把波函數及其確定性的演化當作對現實的描述。

現實主義有一個非常奇怪的推論，當一個物理學家測量一個電子自旋時，比如朝北方向上，電子、測量儀器連同實施測量的物理學家的波函數的演化都假定是確定性的，均由薛定諤方程給出。但是隨著這幾者在測量中發生相互作用，波函數變成兩項的疊加，一個是電子自旋是正值，這個世界的每個人去觀測都會看到它是正值，而另一個則是負值，同樣世界每個人都認為它是負的。因為對於波函數的每一項每個人都堅信電子自旋只有一個確定符號，於是這種疊加態的存在根本無法探測。從而這個世界的歷史便分裂為彼此完全不相關的兩支。

這就夠奇怪了，然而歷史的分裂不僅僅會發生在某人去測量自旋時。在現實主義者的觀點中，這個世界的歷史時時都在進行無窮無盡的分裂; 每當有宏觀物體伴隨量子狀態的選擇時歷史就會分裂。這時兩個電子的自旋就可以說糾纏在一起了。只要不去干涉這對自旋，即使是兩個電子分開很遠距離，這樣一個糾纏態仍會一直持續。無論分開多遠，我們也只能討論兩個電子的波函數而不是單獨一個的。糾纏帶給愛因斯坦對量子力學的不信任感甚至超過概率的出現。

思及量子力學的未來，大概唯有引用維奧拉在《第十二夜》中的話：

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

「啊時間！你必須解決此事，而不是我」。

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