那里深藏着宇宙诞生的秘密，可看到大爆炸百万分之一秒后的情景
最初的宇宙是只有能量的混乱局面，那么它是如何变成物质宇宙的呢？要解开这个问题，就得问爱因斯坦以及他著名的方程式，那就是能量等于质量乘以光速平方。在爱因斯坦的理论出现前，大家都说物质是物质，能量是能量，两者泾渭分明。但是爱因斯坦说，这两者是同一样东西。
从手机中的硅片，到屏幕上的LED；从最遥远的太空探测器的焦点，到超市里用来结账的激光扫描器；从太阳为什么会发光，再到我们的眼睛能看到什么。这些一样平常生涯中我们所熟悉的一切，以及太空中发生的许多征象，都可以用物理学中的
量子力学来注释。 没错，量子理论在已往取得了惊人的成就，它险些所有现代手艺背后的理论基础。只管云云，在量子物理学的焦点，依旧存在着一个深洞，我们仍然没有真正地明白它是若何形貌我们周围的天下的。 量子理论背后的数学可以对实验效果和自然征象做出难以置信的精准展望。既然能做得云云之好，那么量子理论肯定抓住了与这个天下本质有关的基本且深层的真理。然则，物理学界对于它对现实的诠释、甚至能否对现实举行任何诠释一事，却存在很大分歧。 即使是最简朴的事物，到了量子物理中也变得难以被注释。举个简朴的例子，若是你想形貌一个细小物体的位置，好比最简朴也最为我们熟知的亚原子粒子——电子的位置。由于空间由
三个维度组成，以是你可能想需要用三个数字来形貌这个电子的位置。在一样平常生涯中这简直云云：若是想知道一个物体的位置，就需要知晓其纬度、经度、和高度。但在量子物理学中，仅有这三个数字是远远不够的。相反，
为了形貌一个电子的位置，你需要散布在整个空间里的无限多个数字。 这种数字的无限聚集被称为“
波函数”，由于这些散布在空间中的数通常有着平滑地转变，就像升沉的海浪一样。用来形貌波函数会若何在空间中流传的方程，叫
薛定谔方程，该方程于1925年由奥地利物理学家
埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）提出。波函数遵从薛定谔方程，就犹如坠落的岩石遵从牛顿运动定律一样——它就像是某种自然法则。而且就像许多自然规律一样，它异常的简练，只管在数学上它乍看起来有些令人生畏。
○ 薛定谔方程，其中ψ(x,t)示意波函数。 只管薛定谔方程异常简练和优美，但波函数简直异常新鲜。它为什么需要这么多的信息，要动用遍布在整个空间的无限多个数，来形貌一个物体的位置？令人费解的是，当我们真正去寻找电子时，它却只出现在一个点上。而当找到电子之后，更新鲜的事情发生了：电子的波函数会暂时住手遵从薛定谔方程。相反的，它会“
坍缩”，除了在找到电子的位置，其余所有无限个数字都市变为零。 以是，事实什么是波函数？为什么它们只在有些时刻遵从薛定谔方程？明确地说，为什么它们只在没人“看着”的时刻遵从薛定谔方程？这些悬而未决的问题在量子物理学的中央戳出了一个洞。最后一个问题尤其“名誉扫地”，还被有赐予了一个特殊的名称：“
丈量问题”。
○ 在举行丈量后，粒子会坍缩在随机的一个点上。| 图片泉源：Iceberg Fernandez 丈量问题似乎应该阻碍量子物理学的生长。“旁观”或“丈量”事实是什么意思？对此现在还没有被普遍认同的谜底。这就意味着，
我们不知道薛定谔方程什么时刻适用，什么时刻失效。不知道这一点，我们就不知道何时该使用这条定律，何时又该把它置之不问，那我们事实该若何使用这一理论呢？ 适用的谜底是，
宇宙微波背景辐射：创世的第一缕曙光
创世的第一缕曙光神说：要有光。于是创世38万年后，终于有了光。1964年，贝尔实验室的工程师 Arno Penzias 和 Robert Wilson 正在调试一台天线，发现无论如何都有一种背景噪声，无论天线朝向哪个方向，甚至是清理了天线上的鸟粪、重新组装了天线，都挥之不去。
当物理学家看量子物理学时，倾向于把它看作是关于
超细小物体的物理学。通常假设薛定谔方程并不适用于像桌子椅子等生涯中常见的这些宏观物体。
相反，作为一个现实问题，物理学家会假设这些物体是遵照牛顿经典物理学的，而且当这些物体一旦与量子天下中的细小物体相互作用时薛定谔方程就会失效。在大多数情况下，这种假设足以获得准确的谜底。但险些没有哪个物理学家真正信赖这就是宇宙的现实运作方式。在已往几十年中，大量的实验显示了量子物理可适用于越来越大的物体，到现在，很少有人会对它于所有巨细物体的适用性示意嫌疑。确实，量子物理已被通例且乐成的用于形貌物理领域中最大的物体——宇宙自己。 然则，若是量子物理真的适用于所有尺度，那么丈量问题的真实解答是什么？量子天下中事实发生了什么？
从历史上看，曾经的标准谜底应该是——丈量问题并不存在，由于在没有人考察的时刻问询发生了什么是没有意义的。那些发生在无人考察时刻的事是不能考察的，从而谈论不能考察的事也就毫无意义。这种看法被称为量子物理学的“
哥本哈根诠释”，以丹麦的伟大物理学家
尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）的家乡命名。玻尔是量子物理学的教父，也是哥本哈根诠释背后的中坚力量。 只管它有着是这些量子问题的默认谜底的历史职位，但哥本哈根诠释并不适当。它没有注释在量子物理的天下里正发生些什么。在关于现实性子的讨论中它也表现出顽固的缄默，它没有为量子物理为何可以运作提供任何注释，由于它无法指出这个天下有任何特征是与量子理论焦点的数学结构相似的。而且对不能考察事物是无意义的宣称，无论从逻辑学或哲学角度看都是没有说服力的。至少对“不能考察”这个词的界说也不比对“丈量”这个词的界说更好。
因此宣称“不能考察事物无意义”是一个异常模糊的说法。这种模糊性从一最先就困扰着哥本哈根诠释。现在，“哥本哈根诠释”已成为好几个相互矛盾的量子物理学看法的团体标签。 只管有这么多的问题，但在20世纪的大部分时间里，哥本哈根诠释在物理学界中占有绝对的优势，由于它可以让物理学家在不用忧郁量子理论中央棘手问题的情况下举行正确的盘算。但在已往的30年中，对哥本哈根诠释的拥护受到一些削弱。据调查解释，虽然它仍受到许多物理学家的支持，但现在也有一些拥有大量支持的其他诠释。
○ 多天下诠释。| 图片泉源：Max Tegmark 在这些替换方案中，其中最著名的就是量子物理学的“
多天下诠释”，它指出薛定谔方程总是适用，且波函数永不坍缩。由于宇宙会不断地盘据，每一个事宜的每一个可能的效果都发生在“多重宇宙”的某个地方。另一种替换方案是
导航波理论（又被称为“德布罗意-玻姆理论”），它所陈述的是量子粒子在它们的运动中会受到波的指导，而且反过来粒子还可以对远处的波施加超光速的影响（只管这不能用于发送比光速快的能量或信号）。 这两个思绪为现实提供了两种截然不同的形貌，但它们都与我们所知的量子力学的数学完全吻合。另有一些替换理论对量子物理的数学举行了修正，例如
自觉坍缩理论，它以为波函数的坍缩与丈量无关，而是一个完全随机发生的自然历程。
○ 2011年，在一次集会上，有33位科学家被约请对最喜欢的量子力学诠释举行投票。有42%的人选了哥本哈根诠释，18%的人选了多天下诠释。| 图片泉源：M. Schlosshauer et al. 另有许多其他的理论。量子基础——这一解决量子理论中的丈量问题和其他基础问题的领域，是一个生气勃勃且充满创造性思维的主题。虽然在量子物理学焦点，谁人洞仍然存在，这些难题仍待解决，然则物理学家已提出许多有趣的理论来解决这些问题了。这些想法或许可以指出物理学中其他问题的前进方向，例如，自
阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）以来一直被物理学家作为终极目的的“万有理论”——量子引力理论。 虽然能否实现这一目的仍有待考察，但长久以来被哥本哈根诠释所掩饰的问题终于获得了应得的关注。而试探这个量子洞的深度，或许有助于我们探索出一个不仅对量子天下、另有对显示本质的全新视角的明白。
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