施罗丁格未发表手稿揭示量子力学中的隐变量模型

一份未出版、未标明日期的手稿属于奥地利物理学家厄尔温·薛丁格，现存于维也纳大学的奥地利中央物理图书馆。来自日内瓦大学的物理学家弗拉维奥·德尔·圣托对该手稿进行了检索和分析，以确定其写作的可能日期以及这位著名物理学家对量子物理中随机结果的看法。这份草稿名为《决定论的崩溃》，探讨了量子物理中的一个主要问题——事件的随机性。量子理论通常用于预测测量的概率，但从不预测具体的结果。

物理学家们一直在思考这是否是由于对该领域知识的不完整。例如，掷硬币的结果乍看上去似乎是随机的。然而，如果知道硬币掷出的力度以及掷出时风速的信息，那么就可以可靠地预测结果。在量子领域，许多事情仍然不确定。然而，如果粒子携带决定其行为的信息，这是否会使它们变得更可预测或决定性？

决定论与非决定论的辩论

著名物理学家的看法在量子力学中，决定论与非决定论之间的辩论将物理学家分为两派，双方对自己的观点坚定不移。爱因斯坦、大卫·玻姆和薛丁格通常被视为科学史上决定论的拥护者，但德尔·圣托认为，他们的立场比许多人想象的更为细致且不那么对立。薛丁格的未出版手稿就是一个例子。携带可能决定其行为的量子粒子被称为隐含变量，因为这种信息可能无法被科学家观察到。1932年，数学家约翰·冯·诺依曼发表了一项结果，建议不应将隐含变量添加到量子力学中。

在第二次世界大战期间，英国物理学家兼数学家泰勒·惠特克质疑决定论，引用了诺依曼的工作并举例说明偏振光通过偏振器的情况。在这种设置中，偏振光与偏振器之间的角度决定了多少光能通过后者。量子力学将结果表达为概率。然而，惠特克在这一假设中使用了隐含变量的两个值，并辩称这些无法重现当偏振器转动时产生的变化。薛丁格的手稿是对此假设的回应。

薛丁格的替代方案

薛丁格的著作在他三页的手稿中，薛丁格质疑惠特克推理中固有的限制，并想知道为何隐含变量仅有两个可能值。相反，他建议了一种替代方案，将每个光子分配一个介于零到一之间的值。这些数字均匀分布在进入的光束中，而光子是否通过偏振器则取决于其数字及偏振器的角度。通过光子，该设置重现了预期的传输率，这可以使用马吕斯定律进行预测，但每个个别结果取决于装置设置和光子的提议数字。

薛丁格的手稿还解决了首次测量后出现的问题，即分布发生变化。因此，他创建了一条数学规则，在光子被传输或反射后改变其数字，并根据马吕斯定律恢复分布。那么，问题是为何薛丁格不将其发表？根据德尔·圣托的说法，这可能是因为奥地利物理学家海因里希·佩尔策在已发表的论文中对惠特克提出了挑战。尽管佩尔策的方法不同，但仍然表达了相同的观点。德尔·圣托警告说，这份手稿不应被用来声称薛丁格支持自然的决定论观点。

这部未出版的作品可能是一个论证的测试，而不是支持该模型，德尔·圣托在一篇分析论文中写道。这篇论文可在预印本服务器 arXiv 上找到。

薛丁格手稿对量子理论的影响

薛丁格的未发表手稿为量子力学中的随机性问题提供了新的视角，挑战了传统的隐含变量假设。这份手稿显示出薛丁格对于量子粒子行为的深刻思考，尤其是他对隐含变量的看法，可能会引发对量子理论本质的重新评估。尽管手稿未被发表，但其内容仍然对当前的量子物理学研究具有启发性，并可能促进对决定论与非决定论之间的进一步探讨。