本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
关于量子力学意义的辩论如此有趣，真是幸运，因为它们似乎永无止境。各种提出的解释都做出了相同的实验预测，因此许多人担心永远无法在它们之间做出选择。不要再担心了。“解释”中的一些实际上与其说是解释，不如说是单独的理论，这些理论确实做出了独特的且可测试的预测。在一篇新论文中，墨西哥国立自治大学的物理学家埃利亚斯·奥孔和丹尼尔·苏达尔斯基认为，其中一种解释——其中通常被认为是假设的量子波函数“坍缩”是一种实际的物理过程——不仅可以通过查看宇宙微波背景辐射等数据进行测试，而且还可以解决长期存在的谜团，例如黑洞信息悖论。我已经邀请他们将他们的想法浓缩成一篇嘉宾帖子。——乔治·穆瑟
测量任何量（例如粒子的位置）的行为在量子力学的标准公式中起着核心作用。根据这种被称为哥本哈根解释的观点，测量会导致粒子或更大系统的波函数从概率的迷雾坍缩为单一确定的结果。但什么是测量，真的？谁进行测量——它需要有意识的观察者吗？如果观察者必须站在被观察系统之外，那么当系统不是孤立的小物体，而是整个宇宙时会发生什么？
这些问题促使人们开发量子力学的修改和替代版本，这些版本并非从根本上基于测量或外部观察者的概念：玻姆力学、交易解释、多世界情景等等。在我们的工作中，我们专注于所谓的客观坍缩模型，该模型修改了量子力学的标准方程，以提供波函数坍缩的机制。此类模型有多种形式，尤其是吉拉迪-里米尼-韦伯理论 (GRW) 和菲利普·皮尔的连续自发定域化 (CSL) 理论。
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这些模型的一个优点是它们预测了与普通量子力学的可观察到的偏差。例如，考虑类似于薛定谔臭名昭著的猫的实验。物理学家将系统置于不确定性状态，例如同时顺时针和逆时针旋转。哥本哈根解释说，系统将保持在该状态，直到观察者对其进行测量。客观坍缩模型说系统将自发地解决不确定性。在这种情况下，系统也将自发地失去其特征性的离域波状特性，而使用干涉仪研究该系统的物理学家应该注意到行为的变化。系统越大，其叠加坍缩的速度就越快。
多年前，我们中的一位（苏达尔斯基）和同事亚历杭德罗·佩雷斯和汉诺·萨尔曼建议宇宙本身可以充当实验室。最近，宇宙暴胀理论因可能探测到其预测的引力波而成为新闻。暴胀理论认为，星系和星系团的起源是量子涨落，这些量子涨落被锁定在原位，并通过宇宙早期的快速膨胀而扩大到天文尺寸。然而，该理论假设对称的量子态可以转变为本质上经典的非对称态。哥本哈根解释未能解释在没有观察者或测量的情况下这种转变将如何发生。事实上，标准量子演化保留了初始状态的对称性，因此它本质上无法解释初始对称性的破坏。
另一方面，客观坍缩模型为转变提供了明确的、独立于观察者的机制。在这些模型中，一种新的不确定性进入发挥作用，并将量子涨落转变为表现得像经典物理学中的不均匀性和各向异性。特定模型会导致宇宙微波背景辐射中出现不同的特征。例如，在 CSL 理论中，与标准预测的偏差发生在小尺度上。此外，不期望的统计特征应该出现在微波背景涨落的分布中。
今年，我们探索了客观坍缩模型如何改变我们对黑洞的理解。正如斯蒂芬·霍金著名地表明的那样，量子理论预测，落入黑洞的物质将以无定形辐射的形式重新出现。物质包含的所有信息都丢失了，这让大多数物理学家感到悖论，因为普通的量子力学保留了信息。在其最新版本中，该悖论使物理学家面临一个令人不快的选择：要么在黑洞视界附近形成耀眼的辐射火墙，这与广义相对论相矛盾，要么每个落入的粒子都必须与另外两个粒子（一个落入中心奇点，另一个向外逃逸）同时最大程度地量子纠缠，这与量子力学相矛盾。
这个悖论至关重要地假设，即使包括量子引力效应，量子理论也能完全保留信息。霍金、罗杰·彭罗斯和拉约什·迪奥西质疑了这一假设，客观坍缩模型也是如此。这些模型假设信息破坏和创造是自然的根本特征，因此它们为消除冲突提供了希望。关键问题是，当您深入细节时，这种希望是否能够实现。我们认为它是。我们推测，随着时空曲率变得很大，自发坍缩的速率会增加——实际上，量子力学在奇点附近的高度弯曲区域中将被大大修改。具体来说，我们认为，落入黑洞的宇航员会观察到量子效应逐渐消失，因此粒子在某种意义上表现得更像经典物理学中的粒子。因此，悖论就简单地消失了。
事实上，我们认为客观坍缩和黑洞之间的联系甚至更深。根据约翰·惠勒的建议，我们认为自发坍缩事件可能是由于微观层面黑洞的产生和破坏而发生的。在我们的提议中，这个过程在大型黑洞内部的高度弯曲区域中被放大。最重要的是，量子力学在解释我们看到的现象方面令人难以置信的准确性并不意味着该理论将在更极端的情况下继续未修改地适用。
我们认为，这些研究应该为构建完全令人满意的量子动力学坍缩理论提供线索。反过来，这些理论应该有助于解决我们理解物理学基本定律时面临的一些最紧迫的难题。理论家们在理解现代物理学的一些谜题方面遇到如此多的麻烦，也许是因为我们中的许多人一直在尝试这样做，而忽略了困扰量子理论本身的概念性困难。
哈勃太空望远镜图像由 NASA、ESA、G. Illingworth、D. Magee 和 P. Oesch（加州大学圣克鲁斯分校）、R. Bouwens（莱顿大学）以及 HUDF09 团队提供