隱變數理論

隱變數理論（英語：hidden variable theory）又稱隱變數理論，是由物理學家質疑量子力學完備性而提出的替代理論。歷史上隨著量子力學的發展，而提出了海森堡不確定原理等限制，一別於經典物理，諸如位置與動量等無法同時精準測出其值；此外關於粒子位置等特性由機率密度描述所取代。一些物理學家例如愛因斯坦，認為量子力學並未完整地描述物理系統的狀態，亦即質疑量子力學是不完備的。因此量子力學的背後應該隱藏了一個尚未發現的理論，可以完整解釋物理系統所有可觀測量的演化行為，而避免掉任何不確定性或隨機性。

基本介紹

• 中文名：隱變數理論
• 外文名：hidden variable theory
• 領域：量子力學

簡介

隱變數理論（英語：hidden variable theory）又稱隱變數理論，是由物理學家質疑量子力學完備性而提出的替代理論。歷史上隨著量子力學的發展，而提出了海森堡不確定原理等限制，一別於經典物理，諸如位置與動量等無法同時精準測出其值；此外關於粒子位置等特性由機率密度描述所取代。一些物理學家例如愛因斯坦，認為量子力學並未完整地描述物理系統的狀態，亦即質疑量子力學是不完備的。因此量子力學的背後應該隱藏了一個尚未發現的理論，可以完整解釋物理系統所有可觀測量的演化行為，而避免掉任何不確定性或隨機性。

歷史上愛因斯坦是隱變數理論的主要倡導者，出於對標準量子力學詮釋的機率性解釋的不滿。他曾說：“我相信上帝不擲骰子。”

1935年，愛因斯坦與波多爾斯基、羅森共同提出的EPR佯謬（以姓氏字首為縮寫）試圖對哥本哈根詮釋做出挑戰，論文中指出“實在性元素”（即隱變數）應該加入量子力學中，俾使在量子糾纏現象中不會出現鬼魅般的超距作用。在提出後，這樣的爭辯仍停留在物理哲學的範疇，直到約翰·貝爾提出貝爾定理方得區分兩者差異。透過實驗證實：一定類型的局域隱變數理論與實驗結果不相符，包括EPR佯謬中提出的詮釋版本。非局域（廣域）的隱變數理論最知名者為德布羅意-玻姆理論。

量子力學

量子力學（quantum mechanics）是物理學的分支，主要描寫微觀的事物，與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱，許多物理學理論和科學，如原子物理學、固體物理學、核物理學和粒子物理學以及其它相關的學科，都是以其為基礎。

19世紀末，人們發現舊有的經典理論無法解釋微觀系統，於是經由物理學家的努力，在20世紀初創立量子力學，解釋了這些現象。量子力學從根本上改變人類對物質結構及其相互作用的理解。除透過廣義相對論描寫的引力外，迄今所有基本相互作用均可以在量子力學的框架內描述（量子場論）。

愛因斯坦可能是在科學文獻中最先給出術語“量子力學”的物理學者。

完備性

在數學及其相關領域中，一個對象具有完備性，即它不需要添加任何其他元素，這個對象也可稱為完備的或完全的。更精確地，可以從多個不同的角度來描述這個定義，同時可以引入完備化這個概念。但是在不同的領域中，“完備”也有不同的含義，特別是在某些領域中，“完備化”的過程並不稱為“完備化”，另有其他的表述，請參考代數閉域、緊化或哥德爾不完備定理。

不確定性原理

在量子力學里，不確定性原理（uncertainty principle，又譯測不準原理）表明，粒子的位置與動量不可同時被確定，位置的不確定性越小，則動量的不確定性越大，反之亦然。對於不同的案例，不確定性的內涵也不一樣，它可以是觀察者對於某種數量的信息的缺乏程度，也可以是對於某種數量的測量誤差大小，或者是一個系綜的類似製備的系統所具有的統計學擴散數值。

維爾納·海森堡於1927年發表論文《論量子理論運動學與力學的物理內涵》給出這原理的原本啟發式論述，希望能夠成功地定性分析與表述簡單量子實驗的物理性質。這原理又稱為“海森堡不確定性原理”。同年稍後，厄爾·肯納德嚴格地數學表述出位置與動量的不確定性關係式。兩年後，霍華德·羅伯森又將肯納德的關係式加以推廣。

類似的不確定性關係式也存在於能量和時間、角動量和角度等物理量之間。由於不確定性原理是量子力學的基要理論，很多一般實驗都時常會涉及到關於它的一些問題。有些實驗會特別檢驗這原理或類似的原理。例如，檢驗發生於超導系統或量子光學系統的“數字－相位不確定性原理”。對於不確定性原理的相關研究可以用來發展引力波干涉儀所需要的低噪聲科技。

德布羅意-玻姆理論

一般認為，德布羅意-玻姆理論是一種量子力學詮釋。亦稱因果性詮釋（Causal Interpretation）、存在性詮釋（Ontological Interpretation）、玻姆詮釋、玻姆力學（Bohmian Mechanics），有時也不嚴格地與導航波理論（Pilot-Wave Theory）混同。需注意，該理論有多種未規範的命名並存。因使用者和語境的不同，命名指代的理論範圍和強調的理論重點可能存在差異，或者命名可能指代該理論體系的不同發展階段，雖然它們所指代的內容通常是相關聯的。

德布羅意-玻姆理論是由路易·德布羅意初創，戴維·玻姆重新發現並與巴席·海利（Basil Hiley）等合作者做進一步擴展而成的理論。此理論在歷史上曾因遭受強烈反對和廣泛冷遇而兩度沉寂（1920s-1950s, 1950s-1970s）。和當時的物理學界的主流態度成鮮明對比，約翰·貝爾是當時該理論的少數積極聲援者之一。

德布羅意-玻姆理論是一種非局域的決定性的隱變數理論。在該理論中，微觀粒子可以有確定的位置和動量，因此可以用明確的軌線（trajectory）描述其運動，但對於粒子位置和速度的測量，依然必須遵守不確定性原理。粒子接受波函式的引導，通過與量子勢（Quantum potential）的互動作用，表現出非局域的整體性。波函式根據薛丁格波動方程演化，從不坍縮。該理論可以完全重現與傳統統計性量子力學的相同的實驗結果。