量子理論成立近一個世紀後，物理學家和哲學家仍然不知道——但他們還在研究它。

托馬斯·楊的雙縫干涉實驗

非常簡單的演示推翻偉大的艾薩克·牛頓關於光的本質的想法。1803 年 11 月，英國物理學家托馬斯·楊(Thomas Young) 在倫敦對皇家學會的成員說，「無論陽光普照到哪裡，都可以輕鬆地重複進行」，他描述了現在稱為雙縫實驗的內容，楊並不是過於戲劇化。他提出了一個優雅而絕對樸素的實驗來展示光的波動性，並以此駁斥了牛頓關於光是由微粒或粒子組成的理論。

圖源：Alexandre Gondran Wikimedia (CC BY-SA 4.0)

1900 年代初期量子物理學的誕生清楚地表明，光是由微小的、不可分割的能量單位或量子組成，我們稱之為光子。楊的實驗，當用單個光子甚至單個物質粒子（如電子和中子）進行時，是一個值得一看的難題，提出了關於現實本質的基本問題。有些人甚至用它來論證量子世界受到人類意識的影響，使我們的思想在宇宙本體論中佔有一席之地。但是這個簡單的實驗真的能證明這種情況嗎？

在現代量子形式中，楊的實驗包括在切割成其他不透明屏障的兩個狹縫或開口處發射光或物質的單個粒子。在屏障的另一側是一個記錄粒子到達的螢幕（例如，在光子的情況下是一個照相板）。常識使我們期望光子應該穿過一個或另一個狹縫並堆積在每個狹縫後面。

他們沒有，相反，它們進入螢幕的某些部分避開其他部分，從而形成交替的明暗帶。這些所謂的干涉條紋，就是你在兩組波重疊時得到的。當一個波峰與另一個波峰對齊時，會得到相長干涉（亮帶），當波峰與波谷對齊時，會得到相消干涉（暗帶）。

但是在任何時候，只有一個光子穿過這個裝置。這就好像每個光子同時穿過兩個狹縫，並且相互干擾，這不符合經典世界的規律。

從數學上講，穿過兩個狹縫的不是物理粒子或物理波，而是一種稱為波函式的東西——一種抽象的數學函式，表示光子的狀態。波函式的行為類似於波，它透過兩個狹縫，新的波從另一側的狹縫發出，傳播並最終相互干擾，組合波函式可用於計算可能找到光子位置的機率。

光子很有可能在兩個波函式相長干涉的地方被發現，而在相消干涉的區域不太可能被發現。測量（在這種情況下是波函式與底片的相互作用）的時候波函式「塌縮」。

這種明顯的測量引起的波函式坍縮是量子力學中許多概念困難的根源。在坍縮之前，無法確定光子將降落在哪裡。它可以出現在任何一個非零機率的地方。沒有辦法繪製光子從源到探測器的軌跡。從舊金山飛往紐約的飛機是真實的，在這個意義上，光子是不真實的。

Werner Heisenberg 等人將數學解釋為現實在觀察之前不存在。「一個客觀現實世界的想法，最小部分的客觀存在與石頭或樹木存在的意義相同，與我們是否觀察它們無關......是不可能的，」他寫道。約翰·惠勒 (John Wheeler) 也使用了雙縫實驗的一個變體來論證「沒有基本的量子現象是一種現象，除非它是一種已記錄的（『觀察到的』，『不可磨滅的記錄』）現象。」

但這些實驗並不構成此類主張的經驗證據。在用單光子做的雙縫實驗中，所能做的就是驗證數學上的機率預測。如果機率在透過雙縫傳送數萬個相同光子的過程中得到證實，則該理論聲稱每個光子的波函式都坍塌了，這要歸功於測量。

其他解釋

此外，還有其他解釋雙縫實驗的方法。以德布羅意-玻姆理論為例，它說現實既是波又是粒子。光子始終以一定的位置朝向雙縫，並穿過一個或另一個縫；所以每個光子都有一個軌跡。它騎著一個引導波，它穿過兩個狹縫，進行干涉，然後將光子引導到相長干涉的位置。

1979 年，倫敦伯貝克學院的 Chris Dewdney 及其同事模擬了該理論對粒子穿過雙縫的軌跡的預測。在過去的十年中，實驗者已經驗證了這樣的軌跡存在，儘管使用了一種稱為弱測量的有爭議的技術。儘管存在爭議，但實驗表明，德布羅意-玻姆理論作為對量子世界行為的解釋仍在執行。

至關重要的是，該理論不需要觀察者、測量及非物質意識。

Markus Arndt 的探索

所謂的坍縮理論也沒有，後者認為波函式是隨機坍縮的：量子系統中的粒子數量越多，坍縮的可能性就越大。觀察者只是發現結果。奧地利維也納大學的Markus Arndt 團隊一直在透過將越來越大的分子送入雙縫來測試這些理論。坍縮理論預測，當物質粒子的質量超過某個閾值時，它們不能保持同時穿過兩個狹縫的量子疊加態，這將破壞干涉圖案，Arndt 的團隊已經透過雙縫傳送了一個包含 800 多個原子的分子，他們仍然看到了干擾，將繼續尋找閾值。

原文連結：

https://blogs.scientificamerican.com/observations/what-does-quantum-theory-actually-tell-us-about-reality/