在我们所熟悉的通常物体的可预测性和怪异的量子世界的不确定性之间，有一条神秘的边界。那里发生了什么？现在物理学家快要把它搞清了。

量子世界因其离奇而出名——它的粒子生活在一个不确定的幽灵般的多重“存在”的世界里，那是一个让人惊恐不安的世界。另一方面，我们却被坚不可摧的确定事件所包围。把这种情况处理作同时在两个地方发生的，也许很方便，但是我们怎么弄都不会成功。尽管把微观的和日常的区分开来似乎是极其自然的，可事实上根本不是那回事。按照量子理论，量子“存在”是易于传播的，它要从原子世界渗透到我们这里来，让大家都受折磨。事情不正是这样吗？

这个问题曾经困扰过物理学上几颗伟大的心灵：薛定谔、爱因斯坦、狄拉克和费因曼，他们都没有能理解它。但是在近70年后的今天，量子理论首次翻了车，最后的拯救大概近在眼前。过去几年里，有几位勇敢的物理学家已经就这一理论发明了一种独创性的新办法，它可以把两个世界最后统一起来。

量子理论的创始人之一薛定谔首先指出：量子的离奇性要侵入经典世界。他用一个著名的思想实验来说明这一观点。这个思想实验从量子世界到我们这里作了直接的连接。它是这样运作的：一只箱子里安放一放射性原子核、一支枪和一只猫。因为原子核是放射性的，它要衰变井放出一个中子。中子会触发枪支使之射击猫。

如果原子核保持完整，猫活着，如果它衰变了，猫就死了。但是原子核作为一个量子粒子，不须要在两种可能状态中进行选择。相反，它逐渐变成两者的奇异联合——称为“迭加”。由于连接，原子核的分裂“存在’’也传播到猫。这样，倘若原子核保持它那两种状态幽灵般的迭加，那么猫也保持在活和死之间的可怕“存在”。

这是从量子理论中不可避免地得出的结论。但它好像是一派胡言。猫要么活着，要么死去，没有什么“在中间”。这里不是恰好证明这个理论中有着某种非常错误的东西？薛定谔这样认为，爱因斯坦亦然。他嘲笑说：“如果量子物理是正确的，那么世界就发疯了。”但是怎样修补这个理论，他也无计可施。与此同时，在30年代，日益明显的是，对于原子和分子，量子物理工作得很出色。因此物理学家设计出一种矫揉造作的新解。他们在这个理论上附加一种额外的规则，以阻止在大的物体中进行迭加。

额外的规则叫做“测量假设”。它是说，每当物体与“经典测量装置”相作用时，任何物体就会坍缩回单种“存在”。“经典测量装置”可以是各种各样的东西——照相底板、人的眼睛以及其它大的物体。测量假设本质是说，大的物体不能进行迭加，因为当碰到大东西时，迭加就坍缩了。测量假设是警察，巡逻在经典和量子世界的边界上，控制其所辖区域的多重存在。

这种技巧对大多数实践目的来说是有效的，但是它仍然留下量子和经典世界之间的重大裂缝。“假设”清楚地表明，有些东西，诸如电子和质子，是按量子法则作用的；而另外一些东西，诸如照相底板和实验，则遵循经典（非量子）法则。有两个分离的具有它们各自不同的物理定律的区域。关于世界统一理论所要解决的问题，就这么多。

物理学家为去除可恶的裂缝而拼命工作。他们创造无数的方案，希图说明额外测量假设是由更多的量子理论自然法则的联合作用所产生的。但是结果枉费心机。标准量子法则保留多层存在，而测量假设却破坏了它们。因此把两者强扭在一起是没有希望办到的。世界先驱量子论专家J · 贝尔（J. Bell）直到他1990年去世时，还把这种努力比作蛇咬着尾巴想把自己吞下去，“吞到某种程度可以办得到，”他说。“但是即使是在蛇感觉难受之前，旁观者就感到会有麻烦了，

奠基三人组

那该怎么办呢？如果量子理论不能解释通常物体的单种存在，这就明显需要某种帮助了。但是这个问题困难得令人望而却步，以致多年来仅仅有几个科学家试图去解决它。到1986年，3位意大利物理学家有了一种光辉的思想。他们是：特里斯特大学的G · O · 格希赖德（G. C. Ghirardi），T · 韦伯（T. Weber）和伯危亚大学的A · 里米尼（A. Rimini）。他们了解爱因斯坦和薛定谔对这一问题的早期关心；他们推断，测量假设用量子法则自己掩盖了一个更深层的问题。他们认为，也许改变这些量子法则，你就可以放弃测量规则。

依照量子理论，一个“粒子”并不只是安放在一个地方，而是同时占有着许多地方。它的真正位置由一个叫“波函数”的模糊点所规定；波函数表示在各个不同的地方出现粒子的几率。任一粒子的波函数随时间而向外散播。当粒子的多重存在激增时，它就泄放成一个空间的膨胀体。

格希赖德、里米尼和韦伯提出一个关于量子法则的精妙的改变，它确定波函数如何展开。他们说，假设波函数通常按通常量子法则向外散播，但是有一种非常稀少的情况——单个粒子波函数每一亿年左右有一次坍缩，从而在一很微小的区域里定位。这种改变很少影响单个粒子，但在大的物体中却有一个大的效应。

一只猫或者任何别的大小相近的物体大约包含有1027个粒子。即使任何一个波函数大约要化1亿年才坍缩，然而粒子是如此之多，使得它绝对有可能，其中有至少一个粒子的波函数在10-12秒钟内坍缩。而且，由于物体中的粒子相互作用，它们的波函数是相互纠缠着的，因而通常的量子法则要求一个粒子的坍缩立即触发所有其它粒子的坍缩。这样，一个粒子的波函数的坍缩就把整体拉入确定的状态。

因此，在格希赖德等3人的方案里，电子和质子起着它们应起的作用，并且长时间保持迭加。但是离奇的活一死猫仅仅在10-12秒内要么保留下来，要么脱离既活又死的苦境。所有这些都是从理论中自然推引出来的，不必强加任何额外的法则；不需要把世界分割成相互独立的定律组。

这是一个卓越的成就。然而GRW理论还存在一些大的问题。它毕竟还没有开始解释是什么使波函数坍缩，为什么它恰好每一亿年出现一次坍缩。

还有，按照伦敦玛丽皇后学院物理学家I · 佩西瓦（I. Percival）的看法，这个意见是同自然界通常的运转方式相抵触的。他指出，实际上物理世界的所有过程，较长时间间隔的变化都由较短时间间隔的积累产生。可是在GRW方案中，引出坍缩的长时间过程的中断并不是从任何较短时间中自然地产生的。因此，难以想象什么是它们的成因。

不甘心食而无味

这就使GRW方案几乎同普通量子理论和与它拴在一起的测量法则一样食之无味。然而在过去几年里出现了一些新的观点，说明这些问题是可以解决的。最引人注目的是佩西瓦和N · 吉辛（N. Gisin，日内瓦大学）共同创立的“量子状态扩散理论”，它使GRW图景轻而易举地竖立起来。

佩西瓦和吉辛的意见来源于物理学上一个老题目―布朗运动的比拟。如果你在显微镜里观看水中的一颗微粒，你会看到它来回不稳定的跳动。这种“布朗运动”包含着分子。液体中不知发生了什么，让分子以各种方式激烈运动，并且经它们接收的碰撞造成不稳定的颤动。

空气中的一颗尘粒，情形与此相同。但是在各次分子碰撞之间，引力无情地把它向下拉牵。经过很短的时间周期，当尘粒来回迁移时，这一运动的不规则“噪音”部分是最明显的。但是经过很长时间，许多不规则运动增加了，在不稳定的颤动之外，又出现粒子向下的飘移运动。

这与量子理论有什么必然联系呢？佩西瓦和吉辛发现一种15子粒子波函数的自然而不断的扩散运动，虽然它是抽象化的一种。在通常量子理论中，这种飘移到处可见。但是在GRW方案中，波函数继续飘移（扩散）到每1亿年左右有一次被突然的随机事件所中断，这种随机事件驱使它坍缩到很小的体积。这些随机事件有些像布朗运动中的分子碰撞，但是GRW图景不十分适用于这种比拟。在GRW模型中，随机坍缩事件趋向于被长周期的时间所分隔，这时就发生大量的飘移。可是布朗运动中的不稳定事件发生得非常频繁，当这些突发事件积累起来时，就出现了飘移。

为了建立一种更加自然的理论，吉辛和佩西瓦建议，随机涨落产生的周期非常短，使量子系统的状态遵循一种类似于布朗运动的东西。在非常短的周期中，运动的不规则部分就非常重要，波函数涨落是偶发的。但是，在比较长周期中，涨落增加到成为一种稳定的发展，因而波函数的扩散与通常量子理论中所期望的相同。

但是佩西瓦和吉辛的方程里还包含另一种因素，它导致多重存在的结束。方程的这一性质称为“非线性”，它把量子世界武装起来去反对它自己。实际上，非线性迫使一个物体的各个不同的部分“存在”互相为争得至高无上的统治地位而斗争，直到只剩下一个，其余都被消除掉为止，波函数从而完成了它的坍缩。

正如GRW理论所说，单个粒子坍缩发生得很慢，大的物体则非常快。它以非常相同的方式运作。就其平均来说，任何一个单个粒子的部分“存在”之间的斗争要化很长的时间，但是由于随机涨落，它有时（很少）能很快发生。给出一普通物体中的大量粒子，就绝对有可能出现这样的情况：其中至少有一个粒子，在很小很小的几分之一秒内已经坍缩回单种存在。这种坍缩与整个粒子群拉扯在一起，从而整个物体就转化为单种存在。

变化中的场

这种理论真像是变戏法。那末是什么引起涨落的呢？一个引人入胜的假设是：它们就是时一空织物本身的不可回复的涨落的反应。物理学家试探性地建立一个爱因斯坦广义相对论的量子描述——它把引力看作是时一空几何中的曲率。他们提出，宇宙引力场要在约10-15米和10-44秒的距离和时间中陡然涨落。因此这些涨落可能正在佩西瓦和吉辛的理论中产生。如果是这样，那末我们周围到处都有实质性的量子引力效应，它禁止大的物体的多重存在，使薛定谔猫保持单态。

更值得注意的是，佩西瓦和吉辛认为，大概很快就可以在实验室里检验这些涨落了；不是直接的，却是真实的。不过它们得在精致的干涉仪中具有可测的效应。

设想一粒子束分裂成各个部分“存在”，各自沿着不同的路径放射。按照量子理论，每个粒子像一只钟，以一特征频率振荡，它在到达荧屏这段时间内的振荡周数，取决于它到达荧屏所化时间的长短。当它到达时，各个部分“存在”互相干涉，其所形成的干涉图样取决于每只钟在通过时间内的周数的微小差别。

但是路径上的时一空涨落会扰乱这些关系。因为它们在传播中涨落会使钟不稳定地加速或减慢。因此，钟的两部分“存在”在荧屏上的图样将随机变化，原来预期的图样会被破坏。

1992年，斯坦福大学的M · 凯塞维支（M · Kasevlch）和S · 丘（S · Chu）让两束纳原子束沿着不同的两条15厘米左右的路径放射，发现了通常量子理论所预期的图样。这些实验很灵敏，足以检测它们在10-44秒内发生的涨落。

不过涨落很可能比这还要急速。有一种改进实验灵敏度的办法，是让原子束在互相干涉之前通过更长的距离。这要有技巧，因为外部噪音很难排除，然而它会给涨落效应带来更多的积累时间。在今后几年里，应当能提供更加灵敏的探示器。

只要检测到涨落，这些新理论无疑将替代通常的量子理论。牛津大学理论物理学家R · 彭罗斯（R. Penrose）认为，这是一个重大的前进步骤。但是他觉得，对通常量子理论观念的一个更根本的突破是必要的。“我想，在我们所看到的量子力学方法中须得有一场较大的革命。”他说。

上述这些，都是量子物理学激动人心的时刻。薛定谔和爱因斯坦所挂心的事，70年后终于结出了果实。在量子和经典世界之间的可恶分割看来要跨接起来了。不管最后理论的细节如何，结果总要比薛定谔和爱因斯坦所推测的更加稀奇古怪。

 [New Scientist，1997年4月26日]