[科普中国]-隐变量理论

隐变量理论（英语：hidden variable theory）又称隐变数理论，是由物理学家质疑量子力学完备性而提出的替代理论。历史上随着量子力学的发展，而提出了海森堡不确定原理等限制，一别于经典物理，诸如位置与动量等无法同时精准测出其值；此外关于粒子位置等特性由概率密度描述所取代。一些物理学家例如爱因斯坦，认为量子力学并未完整地描述物理系统的状态，亦即质疑量子力学是不完备的。因此量子力学的背后应该隐藏了一个尚未发现的理论，可以完整解释物理系统所有可观测量的演化行为，而避免掉任何不确定性或随机性。

简介隐变量理论（英语：hidden variable theory）又称隐变数理论，是由物理学家质疑量子力学完备性而提出的替代理论。历史上随着量子力学的发展，而提出了海森堡不确定原理等限制，一别于经典物理，诸如位置与动量等无法同时精准测出其值；此外关于粒子位置等特性由概率密度描述所取代。一些物理学家例如爱因斯坦，认为量子力学并未完整地描述物理系统的状态，亦即质疑量子力学是不完备的。因此量子力学的背后应该隐藏了一个尚未发现的理论，可以完整解释物理系统所有可观测量的演化行为，而避免掉任何不确定性或随机性。

历史上爱因斯坦是隐变量理论的主要倡导者，出于对标准量子力学诠释的概率性解释的不满。他曾说：“我相信上帝不掷骰子。”

1935年，爱因斯坦与波多尔斯基、罗森共同提出的EPR佯谬（以姓氏字首为缩写）试图对哥本哈根诠释做出挑战，论文中指出“实在性元素”（即隐变量）应该加入量子力学中，俾使在量子纠缠现象中不会出现鬼魅般的超距作用。在提出后，这样的争辩仍停留在物理哲学的范畴，直到约翰·贝尔提出贝尔定理方得区分两者差异。透过实验证实：一定类型的局域隐变量理论与实验结果不相符，包括EPR佯谬中提出的诠释版本。非局域（广域）的隐变量理论最知名者为德布罗意-玻姆理论。1

量子力学量子力学（quantum mechanics）是物理学的分支，主要描写微观的事物，与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱，许多物理学理论和科学，如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的学科，都是以其为基础。

19世纪末，人们发现旧有的经典理论无法解释微观系统，于是经由物理学家的努力，在20世纪初创立量子力学，解释了这些现象。量子力学从根本上改变人类对物质结构及其相互作用的理解。除透过广义相对论描写的引力外，迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述（量子场论）。

爱因斯坦可能是在科学文献中最先给出术语“量子力学”的物理学者。1

完备性在数学及其相关领域中，一个对象具有完备性，即它不需要添加任何其他元素，这个对象也可称为完备的或完全的。更精确地，可以从多个不同的角度来描述这个定义，同时可以引入完备化这个概念。但是在不同的领域中，“完备”也有不同的含义，特别是在某些领域中，“完备化”的过程并不称为“完备化”，另有其他的表述，请参考代数闭域、紧化或哥德尔不完备定理。1

不确定性原理在量子力学里，不确定性原理（uncertainty principle，又译测不准原理）表明，粒子的位置与动量不可同时被确定，位置的不确定性越小，则动量的不确定性越大，反之亦然。对于不同的案例，不确定性的内涵也不一样，它可以是观察者对于某种数量的信息的缺乏程度，也可以是对于某种数量的测量误差大小，或者是一个系综的类似制备的系统所具有的统计学扩散数值。

维尔纳·海森堡于1927年发表论文《论量子理论运动学与力学的物理内涵》给出这原理的原本启发式论述，希望能够成功地定性分析与表述简单量子实验的物理性质。这原理又称为“海森堡不确定性原理”。同年稍后，厄尔·肯纳德严格地数学表述出位置与动量的不确定性关系式。两年后，霍华德·罗伯森又将肯纳德的关系式加以推广。

类似的不确定性关系式也存在于能量和时间、角动量和角度等物理量之间。由于不确定性原理是量子力学的基要理论，很多一般实验都时常会涉及到关于它的一些问题。有些实验会特别检验这原理或类似的原理。例如，检验发生于超导系统或量子光学系统的“数字－相位不确定性原理”。对于不确定性原理的相关研究可以用来发展引力波干涉仪所需要的低噪声科技。2

德布罗意-玻姆理论一般认为，德布罗意-玻姆理论是一种量子力学诠释。亦称因果性诠释（Causal Interpretation）、存在性诠释（Ontological Interpretation）、玻姆诠释、玻姆力学（Bohmian Mechanics），有时也不严格地与导航波理论（Pilot-Wave Theory）混同。需注意，该理论有多种未规范的命名并存。因使用者和语境的不同，命名指代的理论范围和强调的理论重点可能存在差异，或者命名可能指代该理论体系的不同发展阶段，虽然它们所指代的内容通常是相关联的。

德布罗意-玻姆理论是由路易·德布罗意初创，戴维·玻姆重新发现并与巴席·海利（Basil Hiley）等合作者做进一步扩展而成的理论。此理论在历史上曾因遭受强烈反对和广泛冷遇而两度沉寂（1920s-1950s, 1950s-1970s）。和当时的物理学界的主流态度成鲜明对比，约翰·贝尔是当时该理论的少数积极声援者之一。

德布罗意-玻姆理论是一种非局域的决定性的隐变量理论。在该理论中，微观粒子可以有确定的位置和动量，因此可以用明确的轨线（trajectory）描述其运动，但对于粒子位置和速度的测量，依然必须遵守不确定性原理。粒子接受波函数的引导，通过与量子势（Quantum potential）的交互作用，表现出非局域的整体性。波函数根据薛定谔波动方程演化，从不坍缩。该理论可以完全重现与传统统计性量子力学的相同的实验结果。1

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所