量子力學(xué)自誕生以來，便以其反直覺的理論框架和詭異的實驗現(xiàn)象，成為物理學(xué)界最具爭議卻又最富成效的研究領(lǐng)域。一個電子同時穿過兩條狹縫產(chǎn)生干涉條紋，粒子在觀測前處于疊加態(tài)而觀測后 “坍縮” 為確定狀態(tài)，糾纏粒子跨越時空的 “超距作用”—— 這些被視為量子世界標(biāo)志性特征的現(xiàn)象，長期以來被認(rèn)為是經(jīng)典物理學(xué)無法觸及的 “禁區(qū)”。

我們習(xí)慣了這樣的敘事：量子現(xiàn)象超越人類直覺，經(jīng)典物理的因果律和定域性原則在微觀世界完全失效，唯有抽象的波函數(shù)和概率詮釋才能解釋這些悖論。然而，波蘭科學(xué)院核物理研究所（IFJ PAN）帕韋爾?布拉斯克（Pawel Blasiak）博士在《物理評論 A》發(fā)表的研究，卻對這一傳統(tǒng)認(rèn)知發(fā)起了根本性挑戰(zhàn)。他構(gòu)建的經(jīng)典光學(xué)系統(tǒng)模型，通過引入局部隱變量和有限信息訪問機(jī)制，成功再現(xiàn)了單粒子層面的所有典型量子現(xiàn)象 —— 從波函數(shù)坍縮到量子干涉，而這一切都嚴(yán)格遵循經(jīng)典物理的基本規(guī)則。這一突破性成果不僅重新定義了量子與經(jīng)典的邊界，更將量子力學(xué)的核心奧秘聚焦于多粒子系統(tǒng)的量子糾纏，為我們理解現(xiàn)實本質(zhì)提供了全新的視角。

量子力學(xué)的發(fā)展史，本質(zhì)上是一部 “數(shù)學(xué)預(yù)言先于物理理解” 的特殊歷程。與經(jīng)典物理學(xué)從現(xiàn)象觀察到理論歸納的常規(guī)路徑不同，量子力學(xué)的誕生源于對黑體輻射、光電效應(yīng)等少數(shù)實驗現(xiàn)象的理論擬合。

20 世紀(jì)初，普朗克的能量量子化假設(shè)、愛因斯坦的光量子理論、玻爾的原子模型相繼問世，最終在海森堡、薛定諤、狄拉克等人的努力下，形成了一套極其優(yōu)美且精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)形式主義。這套理論能夠以驚人的精度預(yù)測微觀粒子的行為，支撐起半導(dǎo)體、激光、量子計算等現(xiàn)代科技的基石，但它背后的物理本體論意義卻始終模糊不清。

布拉斯克博士在研究中指出：“量子力學(xué)的爭議核心在于，我們掌握了強(qiáng)大的計算工具，卻迷失了對‘真實世界’的描述?！?經(jīng)典物理學(xué)中，物體的運動狀態(tài)由位置、動量等可直接測量的物理量定義，其變化遵循確定性的動力學(xué)方程，因果關(guān)系清晰可追溯。而量子力學(xué)中，粒子的狀態(tài)由抽象的波函數(shù)描述，波函數(shù)本身不對應(yīng)任何可直接觀測的物理實體，其演化遵循薛定諤方程，而觀測行為則會導(dǎo)致波函數(shù) “坍縮”，粒子從疊加態(tài)躍遷到某個確定狀態(tài) —— 這一過程無法用經(jīng)典物理的因果邏輯解釋。

玻爾提出的 “互補(bǔ)原理” 認(rèn)為，量子物體同時具有粒子性和波動性，觀測方式?jīng)Q定了我們能看到哪種屬性；海森堡的 “不確定性原理” 則表明，粒子的位置和動量無法同時被精確測量。這些理論雖然化解了實驗與理論的矛盾，卻回避了 “量子物體在觀測前究竟處于什么狀態(tài)” 的根本問題，形成了量子力學(xué)的 “哥本哈根詮釋”。

這種回避引發(fā)了愛因斯坦、薛定諤等物理學(xué)家的強(qiáng)烈質(zhì)疑。

愛因斯坦始終堅信 “上帝不擲骰子”，他認(rèn)為量子力學(xué)的概率性描述只是暫時的，背后必然存在未被發(fā)現(xiàn)的 “隱變量”，這些隱變量決定了粒子的真實狀態(tài)，使得量子現(xiàn)象在本質(zhì)上仍然遵循經(jīng)典的定域性和因果性。

1935 年，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森共同提出了著名的 EPR 悖論，通過分析糾纏粒子的行為，指出量子力學(xué)的描述是 “不完備的”。他們設(shè)想：兩個處于糾纏態(tài)的粒子，無論相距多遠(yuǎn)，測量其中一個粒子的狀態(tài)，會瞬間影響另一個粒子的狀態(tài) —— 這種 “超距作用” 違背了相對論中的光速極限，即 “定域性” 原則。愛因斯坦將其稱為 “幽靈般的超距作用”，并認(rèn)為這一悖論證明了量子力學(xué)存在根本性缺陷。

薛定諤則用 “薛定諤的貓” 思想實驗，揭示了量子疊加態(tài)與宏觀現(xiàn)實的矛盾：一只貓被關(guān)在裝有放射性原子和毒藥的盒子里，放射性原子的衰變與否處于疊加態(tài)，按照量子力學(xué)的邏輯，貓也會處于 “死與活的疊加態(tài)”，直到有人打開盒子觀測，波函數(shù)坍縮，貓才會確定為死或活的狀態(tài)。這一實驗生動地展現(xiàn)了量子力學(xué)的荒誕性，也凸顯了量子理論與日常經(jīng)驗的巨大鴻溝。

盡管愛因斯坦和薛定諤的質(zhì)疑在當(dāng)時未被主流物理學(xué)界接受，但他們的思考為后續(xù)研究埋下了伏筆。1964 年，貝爾提出了貝爾不等式，為檢驗隱變量理論提供了可操作的實驗方案。如果實驗結(jié)果滿足貝爾不等式，則表明隱變量理論可能成立，量子力學(xué)確實不完備；如果違背貝爾不等式，則證明量子力學(xué)的非定域性是客觀存在的。

此后數(shù)十年間，大量實驗（尤其是 2015 年的 “無漏洞” 貝爾實驗）均證實，量子糾纏現(xiàn)象確實違背貝爾不等式，愛因斯坦所設(shè)想的 “局域隱變量理論” 無法成立。這一結(jié)果似乎宣告了量子力學(xué)的勝利，也讓 “非定域性” 成為量子世界的基本屬性之一。然而，布拉斯克博士的研究卻表明，這場爭論遠(yuǎn)未結(jié)束 —— 單粒子的量子現(xiàn)象，或許真的可以用經(jīng)典模型來解釋。

布拉斯克博士的核心創(chuàng)新，在于構(gòu)建了一個完全基于經(jīng)典物理原理的光學(xué)系統(tǒng)模型，并引入了 “局部隱變量” 和 “有限信息訪問” 機(jī)制。所謂 “局部隱變量”，是指系統(tǒng)中存在一些未被直接測量的物理量，這些物理量遵循經(jīng)典的動力學(xué)規(guī)律，但其取值無法被實驗者完全掌控；而 “有限信息訪問” 則意味著，實驗者只能通過特定的觀測手段獲取系統(tǒng)的部分信息，而非全部隱變量的真實狀態(tài)。正是這兩個關(guān)鍵設(shè)定，使得經(jīng)典模型能夠模擬出單粒子的量子行為。

該模型的核心是一個復(fù)雜的經(jīng)典光學(xué)系統(tǒng)，由透鏡、反射鏡、分束器等常規(guī)光學(xué)元件構(gòu)成，所有元件的行為都嚴(yán)格遵循幾何光學(xué)和波動光學(xué)的經(jīng)典規(guī)律 —— 光的傳播路徑是確定的，反射、折射、干涉等現(xiàn)象都可以用麥克斯韋方程組精確描述。

與普通光學(xué)實驗不同的是，布拉斯克博士在模型中引入了局部隱變量，這些隱變量可以理解為光粒子（或光子）的 “內(nèi)部狀態(tài)”，例如光子的偏振方向、相位等，這些狀態(tài)在光子傳播過程中會受到光學(xué)元件的影響而發(fā)生確定性變化，但實驗者無法直接測量這些隱變量的瞬時值，只能通過探測器測量光子到達(dá)的位置、強(qiáng)度等宏觀物理量。

具體來說，當(dāng)單個光子入射到雙縫干涉裝置時，經(jīng)典模型中的光子并沒有像量子力學(xué)描述的那樣 “同時穿過兩條縫”，而是在局部隱變量的作用下，沿著某一條確定的路徑傳播。隱變量的取值決定了光子會選擇哪一條縫，以及在傳播過程中積累的相位變化。由于隱變量的取值具有隨機(jī)性（并非量子力學(xué)中的概率性，而是經(jīng)典意義上的未知性），大量光子入射后，探測器記錄到的光子分布會呈現(xiàn)出與量子干涉相同的條紋圖案。從實驗結(jié)果來看，這個經(jīng)典模型與量子力學(xué)的預(yù)測完全一致，但背后的物理過程卻遵循經(jīng)典的因果律 —— 光子的路徑是確定的，干涉條紋的形成是隱變量統(tǒng)計平均的結(jié)果，而非粒子自身的波動性。

布拉斯克博士的模型不僅成功模擬了雙縫干涉，還再現(xiàn)了其他被視為 “典型量子現(xiàn)象” 的行為，包括波函數(shù)坍縮、測量無相互作用等。

在量子力學(xué)中，“波函數(shù)坍縮” 是指當(dāng)觀測者測量粒子的某個物理量時，粒子的波函數(shù)會從疊加態(tài)瞬間坍縮到該物理量的某個本征態(tài)，測量結(jié)果具有概率性。而在布拉斯克的經(jīng)典模型中，所謂的 “波函數(shù)坍縮” 其實是觀測者獲取信息的過程。由于實驗者只能有限訪問系統(tǒng)的信息，在測量前，我們無法確定粒子的隱變量取值，只能用一個 “等效波函數(shù)” 來描述粒子的可能狀態(tài)（這一波函數(shù)并非量子力學(xué)中的概率波，而是對隱變量統(tǒng)計分布的數(shù)學(xué)表征）；當(dāng)進(jìn)行測量時，我們實際上是獲取了隱變量的部分信息，使得粒子的狀態(tài)從 “未知” 變?yōu)?“已知”，這一過程在數(shù)學(xué)上就表現(xiàn)為 “等效波函數(shù)的坍縮”。

例如，測量光子的偏振態(tài)時，探測器的結(jié)果會反映出隱變量的某個特定取值，而這一取值是由光子與探測器的經(jīng)典相互作用決定的，不存在量子力學(xué)中的 “瞬時坍縮”。

“測量無相互作用” 是另一個令人困惑的量子現(xiàn)象，例如在 “延遲選擇實驗” 中，觀測者在光子穿過雙縫后再決定是否插入探測器，卻仍然能改變光子的干涉結(jié)果，這似乎意味著未來的行為可以影響過去的事件。而在布拉斯克的模型中，這一現(xiàn)象被解釋為：探測器的插入改變了系統(tǒng)的光學(xué)路徑，進(jìn)而影響了隱變量的演化軌跡。

由于隱變量的演化是確定性的，探測器的存在與否會導(dǎo)致隱變量產(chǎn)生不同的變化，最終影響光子的探測結(jié)果。這一過程完全遵循經(jīng)典的因果律，未來的行為并沒有影響過去，而是通過改變系統(tǒng)的物理環(huán)境，間接影響了粒子的運動狀態(tài)。

這些結(jié)果表明，單粒子層面的量子現(xiàn)象并非量子力學(xué)的專屬特征，經(jīng)典物理學(xué)在引入局部隱變量和有限信息訪問后，完全可以對其進(jìn)行合理的解釋。布拉斯克博士強(qiáng)調(diào)：“如果量子效應(yīng)有一個簡單的經(jīng)典解釋，我們就不應(yīng)該將其歸因于某種神秘的量子特性。這些現(xiàn)象的本質(zhì)的是信息的局限性，而非物理規(guī)律的根本性改變。”

盡管布拉斯克的模型成功再現(xiàn)了單粒子的量子現(xiàn)象，但它卻無法模擬量子糾纏 —— 這一需要至少兩個粒子才能實現(xiàn)的量子特性。這一關(guān)鍵差異，揭示了量子力學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的真正邊界：單粒子量子效應(yīng)可以用經(jīng)典本體論模型解釋，而多粒子的量子糾纏則是量子世界獨有的、無法被經(jīng)典物理還原的核心特征。

量子糾纏是指兩個或多個粒子之間存在一種非局域的關(guān)聯(lián)，使得它們的量子狀態(tài)不能被單獨描述，而必須用一個整體的波函數(shù)來表示。例如，兩個處于糾纏態(tài)的光子，無論相距多遠(yuǎn)，只要測量其中一個光子的偏振態(tài)為 “水平”，另一個光子的偏振態(tài)就會瞬間變?yōu)?“垂直”，反之亦然。這種關(guān)聯(lián)是瞬時的、非定域的，違背了經(jīng)典物理的定域性原則，也正是愛因斯坦所反對的 “幽靈般的超距作用”。

布拉斯克的模型之所以無法再現(xiàn)量子糾纏，根源在于其 “局部性” 假設(shè)。經(jīng)典物理的核心原則之一是 “定域性”，即一個物體只能受到其周圍環(huán)境的影響，任何相互作用的傳播速度都不能超過光速。而量子糾纏的本質(zhì)是非定域的，糾纏粒子之間的關(guān)聯(lián)不受空間距離的限制，這與經(jīng)典物理的定域性原則存在根本性沖突。在經(jīng)典模型中，兩個粒子的狀態(tài)是相互獨立的，它們之間的關(guān)聯(lián)只能通過某種局域的相互作用產(chǎn)生，而這種相互作用無法模擬量子糾纏的非定域關(guān)聯(lián)。

這一發(fā)現(xiàn)具有里程碑式的意義：它將量子力學(xué)的核心奧秘從單粒子現(xiàn)象轉(zhuǎn)移到了多粒子系統(tǒng)，表明量子力學(xué)真正區(qū)別于經(jīng)典物理學(xué)的特征并非量子干涉、波函數(shù)坍縮等單粒子效應(yīng)，而是量子糾纏及其伴隨的非定域性。布拉斯克博士在研究中指出：“量子糾纏是量子世界的最后一道防線，也是我們必須接受量子力學(xué)偏離經(jīng)典現(xiàn)實的根本原因?！?/p>

這一結(jié)論與薛定諤的觀點不謀而合。薛定諤早在 1935 年就指出，量子糾纏是量子力學(xué)的核心特征，“它不是量子力學(xué)的某個次要特征，而是其本質(zhì)所在”。而愛因斯坦雖然反對量子糾纏的非定域性，但他的質(zhì)疑恰恰推動了這一領(lǐng)域的研究。

如果沒有愛因斯坦提出的 EPR 悖論，就不會有貝爾不等式的誕生，也不會有后續(xù)一系列驗證量子糾纏的實驗，更不會有今天的量子信息科學(xué)。從這個意義上說，愛因斯坦雖然未能推翻量子力學(xué)，但他的 “頑固問題” 為我們揭示了量子世界的真正本質(zhì)，成為量子信息領(lǐng)域的 “沉默勝利者”。

布拉斯克博士的研究不僅解決了單粒子量子現(xiàn)象的經(jīng)典解釋問題，更對量子力學(xué)的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

長期以來，量子力學(xué)的主流研究傾向于回避本體論問題，只關(guān)注數(shù)學(xué)形式主義和實驗預(yù)測。布拉斯克的模型則表明，構(gòu)建具有明確本體論意義的經(jīng)典模型來解釋量子現(xiàn)象是可能的，這為量子力學(xué)的 “實在論” 解釋提供了新的支持。該模型的核心價值在于，它明確了量子力學(xué)的適用邊界：當(dāng)研究對象為單粒子系統(tǒng)時，我們并不需要量子力學(xué)的概率詮釋和波函數(shù)坍縮等概念，經(jīng)典物理結(jié)合隱變量和有限信息訪問就能給出完整的解釋；只有當(dāng)研究對象涉及多粒子糾纏時，量子力學(xué)的非定域性才成為不可回避的本質(zhì)特征。

這一結(jié)論意味著，量子力學(xué)并非描述微觀世界的唯一理論，經(jīng)典物理在引入適當(dāng)?shù)南拗茥l件后，仍然可以解釋部分微觀現(xiàn)象。這也讓我們重新思考量子力學(xué)的本質(zhì)：它可能不是一套普適的基礎(chǔ)物理理論，而是一套描述多粒子糾纏系統(tǒng)的有效理論。正如布拉斯克博士所說：“如果我們忽略多粒子現(xiàn)象，我們基本上可以沒有量子力學(xué)和它的‘幽靈’非定域性?！?/p>

量子糾纏作為量子力學(xué)的核心特征，是量子計算、量子通信等量子信息技術(shù)的基礎(chǔ)。量子計算機(jī)利用量子糾纏實現(xiàn)并行計算，能夠在特定問題上（如大數(shù)分解）遠(yuǎn)超經(jīng)典計算機(jī)；量子通信則利用量子糾纏的非定域性實現(xiàn)絕對安全的加密傳輸。布拉斯克的研究明確了量子糾纏的獨特性，為量子信息科學(xué)的發(fā)展提供了理論支撐。它表明，量子技術(shù)的優(yōu)勢并非源于單粒子的量子效應(yīng)，而是源于多粒子糾纏的非定域關(guān)聯(lián)，這為未來量子技術(shù)的研發(fā)指明了方向 —— 聚焦于多粒子糾纏的調(diào)控與應(yīng)用，才能充分發(fā)揮量子力學(xué)的獨特優(yōu)勢。

布拉斯克的研究也引發(fā)了關(guān)于科學(xué)實在論、因果律、定域性等哲學(xué)問題的重新討論。

長期以來，量子力學(xué)的反直覺特征讓許多物理學(xué)家和哲學(xué)家放棄了經(jīng)典的實在論觀點，認(rèn)為微觀世界的本質(zhì)是概率性的、非因果的。而布拉斯克的模型則表明，單粒子量子現(xiàn)象的 “詭異” 只是表象，其背后仍然存在經(jīng)典的因果關(guān)系和實在性，我們之所以覺得它難以理解，是因為我們對系統(tǒng)的信息訪問有限。這一觀點回歸了經(jīng)典的科學(xué)實在論，認(rèn)為物理世界的存在是獨立于觀測者的，物理規(guī)律是確定性的，不確定性只是源于我們的認(rèn)知局限。

同時，該研究也讓我們重新審視 “定域性” 原則。愛因斯坦將定域性視為物理學(xué)的基本準(zhǔn)則，但量子糾纏的非定域性似乎表明，定域性在量子世界中并不成立。布拉斯克的研究則表明，定域性在單粒子系統(tǒng)中仍然有效，只有多粒子糾纏才會突破定域性的限制。這意味著，定域性可能是一個適用于部分物理系統(tǒng)的原則，而非普適的宇宙規(guī)律。這一結(jié)論不僅挑戰(zhàn)了相對論與量子力學(xué)的兼容性問題，也為未來統(tǒng)一場論的研究提供了新的思路。