施羅丁格未發表手稿揭示量子力學中的隱變量模型

一份未出版、未標明日期的手稿屬於奧地利物理學家厄爾溫·薛丁格，現存於維也納大學的奧地利中央物理圖書館。來自日內瓦大學的物理學家弗拉維奧·德爾·聖託對該手稿進行了檢索和分析，以確定其寫作的可能日期以及這位著名物理學家對量子物理中隨機結果的看法。這份草稿名為《決定論的崩潰》，探討了量子物理中的一個主要問題——事件的隨機性。量子理論通常用於預測測量的概率，但從不預測具體的結果。

物理學家們一直在思考這是否是由於對該領域知識的不完整。例如，擲硬幣的結果乍看上去似乎是隨機的。然而，如果知道硬幣擲出的力度以及擲出時風速的資訊，那麼就可以可靠地預測結果。在量子領域，許多事情仍然不確定。然而，如果粒子攜帶決定其行為的資訊，這是否會使它們變得更可預測或決定性？

決定論與非決定論的辯論

著名物理學家的看法 在量子力學中，決定論與非決定論之間的辯論將物理學家分為兩派，雙方對自己的觀點堅定不移。愛因斯坦、大衞·玻姆和薛丁格通常被視為科學史上決定論的擁護者，但德爾·聖託認為，他們的立場比許多人想像的更為細緻且不那麼對立。薛丁格的未出版手稿就是一個例子。攜帶可能決定其行為的量子粒子被稱為隱藏變量，因為這種資訊可能無法被科學家觀察到。1932 年，數學家約翰·馮·諾伊曼發表了一項結果，建議不應將隱藏變量添加到量子力學中。

在第二次世界大戰期間，英國物理學家兼數學家泰勒·惠特克質疑決定論，引用了諾伊曼的工作並舉例說明偏振光通過偏振器的情況。在這種設置中，偏振光與偏振器之間的角度決定了多少光能通過後者。量子力學將結果表達為概率。然而，惠特克在這一假設中使用了隱藏變量的兩個值，並辯稱這些無法重現當偏振器轉動時產生的變化。薛丁格的手稿是對這一假設的回應。

薛丁格的替代方案

薛丁格的著作 在他三頁的手稿中，薛丁格質疑惠特克推理中固有的限制，並想知道為何隱藏變量僅有兩個可能值。相反，他建議了一種替代方案，將每個光子分配一個介於零到一之間的值。這些數字均勻分佈在進入的光束中，而光子是否通過偏振器則取決於其數字及偏振器的角度。通過光子，該設置重現了預期的傳輸率，這可以使用馬呂斯定律進行預測，但每個個別結果取決於裝置設置和光子的提議數字。

薛丁格的手稿還解決了首次測量後出現的問題，即分佈發生變化。因此，他創建了一條數學規則，在光子被傳輸或反射後改變其數字，並根據馬呂斯定律恢復分佈。那麼，問題是為何薛丁格不將其發表？根據德爾·聖託的說法，這可能是因為奧地利物理學家海因裏希·佩爾策在已發表的論文中對惠特克提出了挑戰。儘管佩爾策的方法不同，但仍然表達了相同的觀點。德爾·聖託警告說，這份手稿不應被用來聲稱薛丁格支持自然的決定論觀點。

這部未出版的作品可能是一個論證的測試，而不是支持該模型，德爾·聖託在一篇分析論文中寫道。這篇論文可在預印本伺服器 arXiv 上找到。

薛丁格手稿對量子理論的影響

薛丁格的未發表手稿為量子力學中的隨機性問題提供了新的視角，挑戰了傳統的隱藏變量假設。這份手稿顯示出薛丁格對於量子粒子行為的深刻思考，尤其是他對隱藏變量的看法，可能會引發對量子理論本質的重新評估。儘管手稿未被發表，但其內容仍然對當前的量子物理學研究具有啟發性，並可能促進對決定論與非決定論之間的進一步探討。