关于量子力学的两大基础问题，谁能解决它，谁就能得诺贝尔奖

对当代物理学理论有一点了解的人都知道，广义相对论与量子力学是物理学上的两大支柱理论。毋庸讳言，虽然称它们为两大“支柱”，但这两个理论各自还存在一些基础性的大问题。就拿广义相对论来说，一旦涉及到黑洞内部的物质密度和引力场强度，立即就会出现“无穷大”问题。在出现无穷大时，广义相对论方程就崩溃了，不再成立。而对于一个实在的物理量来说，无穷大是毫无意义的。长期以来，冷静的观点认为因为该理论还不够完备，而原因就在于广义相对论忽略了量子物理效应。

而说到量子物理，量子理论本身也存在类似的问题，无穷大困惑在量子理论中同样存在。举例来说，每当人们用量子力学来描述场（如电磁场）时，无穷大问题就会出现。原因在于，电场和磁场在空间的每一点都有确定的数值，但即使在有限空间里也有无穷多个点，因而也就意味着存在无穷多个变量。另外，在量子理论中，每个量子的变量值度存在无法控制的涨落。无穷多个变量再加上无法控制的涨落，这就造成当人们寻求某个事件发生的概率或者计算某个力的强度时，方程会不受控制进而产生无穷大的结果。

应该说，这个问题是粒子物理学家极不愿意看到的，他们想竭力回避，但毫无办法。在当代，物理学家们已将这个问题列入量子力学需要面对和解决的第一大基础问题。但毫无疑问，量子力学也成功解释了大量的自然现象，其领域包括了辐射和晶体管的性质及应用，另外，对基本粒子以及作为生命基本组成的酶、以及其他大分子的行为，量子力学也有很好的解释。但是，在过去的100年里，虽然它的预言被一次又一次的证明，可是它其中的一些概念性的描述有时太过离奇，总让人感觉不真实，比如说“观测者效应”。

何谓“观测者效应”？根据波粒二象性，电子和光子既是粒子也是波；根据不确定性原理，我们不能同时测量粒子的位置和速度，而只能得到一个概率。一个粒子在被观测之前，可以处于任何位置，而这个观测者可以是我们，或者是其他设备仪器。那么从某种意义上来说，是我们的观测决定了粒子的最终状态。但是，大自然是一个真实存在的系统，它是实实在在的，怎么可能因为我们选择测量什么，什么就存在，而不选择测量什么，什么就不存在？

这样一来，量子理论就又出现了第二个基础的、尚待解决的大问题，即：量子理论好似预先将自然分成了两个部分，中间有一条界线，界线的一边是被观测的系统，而界线的另一边是观测者系统，包括了我们、我们拥有的所有实验仪器、测量工具，时钟等等。但是，量子理论并没有告诉我们，假如整个观测者系统都不存在，这个实实在在的世界会是什么样子？矛盾是显然存在的，根本的问题是，这个实在存在的世界，到底是依赖于谁的观测而存在？

如果量子理论是完备的、普适的，那么它就应该能合理描述我们的存在，比如说，谁在观测我们而导致我们的存在？这个问题很绕，举例来说：当你测量一个原子时，你和你的仪器算一边，是观测者；原子在另一边，是被观测者。但是，假如我通过我设置在你的实验室里的摄像头观察你的工作过程，那么我就可以将你的整个实验室——包括你、你和你的仪器、和你正在观测的原子，整体看作是我要观测的对象，也即被观测者，而我就是观测者。但问题是，谁在观测我呢？

于是，原子、你、你和你的仪器、以及摄像头和我就成为了几个纠缠不清的观测者和被观测者系统，而对于我的存在，却无法解释得清。由此可见，“观测者”的存在在量子理论中的理由是不充分的，因为到最后总是存在一个“最终观测者”，这是无法解释的。因此，量子理论必定需要修正，一个完备的量子理论对自然的描述必定不能依赖于观测者的描述。

以上提出的两个问题，就是关于量子力学的两大基础问题，不夸张地说，谁能解决它，谁就能得诺贝尔奖！