当时的困境
1926 年,薛定谔方程大获成功:解出的波函数 ψ 能算出氢原子的全部光谱。可是 ψ 到底是什么?薛定谔本人相信它是实在的物质波——电子的电荷像雾一样弥散在空间中,ψ 描述这团雾的密度。但麻烦接踵而至:波包会随时间越散越开,而实验里的电子永远是一个不可分割的整点;两个粒子的波函数更是「住」在六维空间里,根本无法想象成三维空间中的真实波动。方程无比好用,方程的主角却身份不明。
洞见时刻
玻恩在研究粒子碰撞时给出了答案:ψ 什么都不「是」,它是一张概率的地图——在某处找到粒子的概率,由 给出。电子本身仍是完整的粒子,弥散的只是它出现在各处的可能性。有趣的是,这个想法最初的关键一步出现在 1926 年那篇散射论文校样时补加的一条附注里:玻恩起先写概率正比于 ψ,附注中才更正为它的平方。一条脚注,宣告了决定论物理学的终结:自然界最底层的法则,只给出几率。
涟漪效应
概率诠释成了哥本哈根诠释的基石,也点燃了物理学史上最著名的论战——爱因斯坦「上帝不掷骰子」的抗议,靶心正是玻恩的这个想法,两位挚友为此通信争论了四十年。它同时留下了至今未解的「测量问题」:测量之前波函数弥散各处,测量一瞬间为何「塌缩」到一个结果?从退相干理论到多世界诠释,几代物理学家仍在争论。但玻恩规则本身从未失手:近百年来,它的每一次概率预言都与实验精确相符。
如果没有它
没有玻恩规则,量子力学只是一台不知输出为何物的数学机器。今天每一台量子计算机的最后一步——测量读出——都在使用它:量子比特的叠加态经测量以 的概率给出 0 或 1,算法设计的全部目标就是把概率集中到正确答案上。量子随机数发生器靠它产生「真随机」,成为密码学的种子;量子密钥分发的安全性证明,同样建立在测量结果的玻恩概率之上。掷骰子的不是上帝,但整个量子技术产业都在按这副骰子的规则下注。