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量子力学里波姆的导波理论为何至今还顽强生存
早在 1920 年代，当量子物理学领域还处于起步阶段时，一位名叫路易斯·德布罗意 (Louis de Broglie) 的法国科学家提出了一个有趣的想法。
为了回应关于光和物质到底是粒子还是波的困惑，他提出了一个替代方案：如果两者都是真的呢？如果量子物体所走的路径是由像海浪一样涨落的东西引导的呢？
他的假说后来成为引导波理论的基础，但它并非没有问题。因此，就像任何在实验面前摇摇欲坠的美好想法一样，它迅速成为科学史上的遗物。
今天，大多数物理学家都赞同所谓的“量子力学的哥本哈根解释”，一般来说，在粒子被测量和观察之前，它不会给出精确的位置和动量。
另一方面，引导波理论表明粒子在任何时候都确实有精确的位置，但为了实现这一点，世界在其他方面也一定很奇怪——这导致许多物理学家驳回了这个想法。
然而，关于德布罗意的冲浪粒子的某些东西让人无法置身事外，在过去的一个世纪里，这个想法在现代物理学中越来越多地出现。
对于某些人来说，这是一个最终可以帮助宇宙变得有意义的概念——从最小的量子粒子到最大的星系。
什么是引导波？
为了更好地了解引导波是什么，首先要了解它不是什么。
到 1920 年代，物理学家对光和亚原子粒子的高精度实验感到困惑，为什么它们的行为更像是波而不是粒子。
结果最好由一个新的数学领域来解释，该领域将概率论与波浪行为的力学相结合。
对于丹麦理论家尼尔斯·玻尔 (Niels Bohr) 和他的德国同事维尔纳·海森堡 (Werner Heisenberg) 等为哥本哈根解释奠定基础的理论物理学家来说，最经济的解释是将概率视为自然的基本组成部分。表现得像波一样是机制中固有的不确定性。
这不仅是缺乏信息所带来的那种不确定性。根据玻尔的说法，就好像宇宙还没有决定将粒子放在哪里、它应该扭曲的方向以及它可能具有什么样的动量。他坚持认为，只有在进行了观察之后，才能说这些特性存在。
很难说这在直观层面上意味着什么。在量子物理学出现之前，概率数学是预测掷骰子或轮子转动的工具。我们可以想象一叠扑克牌倒扣在桌上，其隐藏的顺序暗藏其中。数学只是让我们的无知井然有序，而现实却以 100% 的确定性存在于背景中。
现在，物理学家提出了一种与我们的无知无关的概率论。而这并没有想象的那么容易。
德布罗意引导波的思想是为了将某种物理性回归概率概念。在实验中观察到的线和点的分散图案就像它们看起来一样——波浪在介质中上升和下降的结果，与池塘上的涟漪没有什么不同。
在那个波的某个地方是一个真正的粒子。它有一个实际的位置，但它的命运掌握在引导它的流体流动变化中。
一方面，这个想法感觉很好。这是一个比不确定宇宙更容易让人联想到的比喻。
但从实验上来说，德布罗意这个简单比喻并不合适。
例如，著名的奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利，量子物理学的先驱之一，当时指出，德布罗意的模型并没有解释对粒子散射的观察。
它还没有充分解释为什么过去彼此相互作用的粒子在以后观察时会具有相关特征，这种现象称为纠缠。
大约四分之一个世纪以来，德布罗意的粒子乘着可能性的波浪，这种图景一直被玻尔和海森堡基本不确定性的阴影所笼罩；然后在 1952 年，借助美国理论物理学家大卫·波姆(David Bohm)的新版重回明面，后者被称之为引导波。
与德布罗意的建议类似，波姆的导波假说将粒子和波结合在一起，作为一种伙伴关系，无论谁在看，都存在。但是，干扰波，其特征会发生变化。
与德布罗意的想法不同，这个新提议可以通过调用量子“势”的存在，计算被时间和距离分开的多个粒子的纠缠命运，量子“势”充当了粒子之间信息交换的通道。
现在通常被称为 de Broglie-Bohm 理论，引导波在此后的几十年里取得了长足的进步。
从哲学上讲，一个理论的好坏取决于它可以解释的实验结果和它可以预测的观察结果。无论一个想法多么吸引人，如果它不能比竞争对手讲述更准确的故事，就不太可能赢得粉丝。
导波在对强大的自然模型做出贡献方面令人沮丧，它以一种直观的方式解释了量子物理学，以继续引起人们的注意，但还不足以反转大局。
例如，2005 年法国研究人员注意到油滴以一种奇怪的方式穿过振动的油浴，在反馈回路中与介质相互作用，这让人联想到德布罗意的波浪冲浪粒子。他们观察的关键是粒子运动的某种量化，这与限制电子围绕原子核运动的严格测量不同。
这些宏观尺度波和量子波之间的相似性足以暗示某种需要进一步研究的统一力学。
哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所的物理学家后来通过经典的双缝实验测试了基于油滴类比的类似量子的发现之一，但未能复制他们的结果。然而，他们确实在波的改变运动中检测到了一种“有趣的”干涉效应，这可以告诉我们更多关于量子波的信息。
玻尔自己的孙子——一位名叫托马斯·玻尔的流体物理学家——也参与了辩论，提出了一个有效排除导波的思想实验，这是一个非凡的意外行为。
虽然无效结果和思想实验几乎无法反驳当今版本的 de Broglie-Bohm 引导波的基本原则，但它们强化了倡导者在将模型提升到真正理论状态时面临的挑战。
波和粒子的二元性可能在我们的日常经验中没有类比之物。但是，作为某种物理计算设备的波状介质的想法太诱人了，不能置之不理。
然而，要使引导波理论取得胜利，物理学家需要找到一种方法，将冲浪者从量子波中拉出来，并证明两者可以独立存在。实验上，这可以通过发射两个粒子并通过测量将一个粒子从其骑行中分离出来来实现。
实际上，检测此类事件所需的设备需要非常灵敏。但并未超出可行性范围——这是一项耐心等待机会的任务。空导波甚至可能成为解决量子计算中实际问题的关键，因为它使波更不容易受到周围噪声的影响。
未来的物理学家最终可能会进行观察，让我们了解一个从根本上就有意义的宇宙。如果实验检测到某些东西，这将是一个坚实的迹象，表明物理学的心脏远非空虚，而是随着脉搏跳动。即使没有人在看。
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