以下内容摘自《迷失时空》时事通讯。每个月，我们都会把键盘交给一两个物理学家来告诉你关于来自宇宙角落的迷人想法。你可以在这里报名参加《迷失时空》
量子世界是个奇怪的地方。如果你看一个物体，它会改变。如果你知道它移动的速度，你就不可能知道它在哪里。过去的测量结果在以后似乎会被抹去。粒子有时是波，可以同时出现在两个地方。猫可能是死的也可能是活的。这些都是我们在谈论量子世界时所说的，但这真的是正在发生的吗?
量子力学是一个非常成熟的理论。它已经通过了所有的考验。它是过去一个世纪我们所看到的许多技术进步的基础，因为如果没有量子力学提供给我们的离散能级，电子学将会是什么样子?我们有数学，我们知道如何运作它，但即使经过一个世纪的辩论，我们不知道量子力学的数学意味着什么。
让我们举个例子:粒子可以同时出现在两个地方。我们熟悉的粒子每次都在一个地方——比如说，一个电子撞击屏幕并留下一个点。正如我们所料，这些粒子在量子力学中作为方程的可能解出现。
但量子力学是一个线性理论，这意味着如果粒子在特定位置存在，那么这些粒子的总和也存在。我们称这些和为“叠加”。一个粒子在一个地方加上另一个相同的粒子是什么?它不是两个粒子-它可以用乘积来描述，而不是和。你能说如果我们有一个和，那么这个粒子在两个地方都有吗?这已经被说过很多次了，所以可以说是可以的。
然而，我不知道叠加是什么，除了我们需要的一段数学来解释我们观察到的东西。我们需要叠加，因为它们赋予粒子波的性质。当我们看到波在水中干扰时——波峰与波谷相遇的地方被抵消了——这是一种非量子效应，一种物理学家所说的“经典”效应。但事实证明，单个粒子可以相互干扰。当我们发射单个的光粒子，或光子，通过平板上的两条狭缝——一条双狭缝——我们看到，正如预期的那样，平板后面的屏幕上有一个点。但是如果我们继续对许多光子这样做，我们会看到一个由单个点组成的干涉图案(见下图)。
我们能解释这种模式的唯一方法是，每个粒子都是两条路径的叠加，一条通过左缝，一条通过右缝。所以为什么不直接说粒子是双向的呢?
我不喜欢这个短语有两个原因。一是两条路径的叠加不是空间中的东西。它属于一个抽象的数学结构，称为希尔伯特空间。它只是在物理空间中没有类似物。这就是为什么我们找不到合适的词来描述它。它不属于我们所知道的世界;完全是另一回事。
关于这些叠加的另一个问题是，虽然它们存在于数学中，但我们没有观察到它们。当我们观察一个粒子时，它要么在一个地方，要么不在。事实上，如果我们测量光子穿过了哪个狭缝，干涉图样就消失了。当我们从未看到一个粒子朝两个方向运动的时候我们说这个有什么意义呢?
因此，一个相当无聊的事实是叠加是具有特定性质的数学结构。这是我们从未经历过的，所以所有的类比和隐喻都失败了。量子世界对我们来说似乎是“奇怪的”和“怪异的”，因为我们试图用与我们日常经验相关的词语来解释它。这就是为什么你会读到令人费解的科普文章，说猫可以从它们的笑容中分离出来，或者说是实验表明现实并不存在。这些文章对我来说没有任何意义，对你来说也没有任何意义——这是因为它们确实没有意义。
我必须承认我是一个乐器演奏家。我不认为我们理论的数学本身是真实的——我可以很舒服地说，它是我们用来描述自然的工具，然后就到此为止。我并不反对生活在抽象数学空间中的叠加，只要它们是提供正确预测的工具——它们确实做到了。
但我同时也是一名科学作家，因此我认识到一个问题:把数学定义集中在不知情的读者身上，并不是吸引读者的好办法。即使我们愿意失去读者，这也无助于我们解释数学中发生了什么。因此，我们放弃了像叠加或希尔伯特空间这样的准确描述，转而关注那些上头条的龇牙咧嘴的猫和其他荒谬的东西。要解决这个难题没有捷径。我承认我自己曾经使用过“同时在两个地方”这种说法，而且很可能会继续使用。因为至少我的观众熟悉它，这是有价值的。
不过，我认为我们应该时不时地提出一些数学表达式，这样从长远来看，我们的读者就会习惯它们。这种情况以前就发生过:我们已经习惯谈论电场和磁场，甚至是电磁辐射。这些也是抽象的数学实体，在我们的直接经验之外。但电磁学已经成为我们教育的一个基本部分，我们谈论它很舒服。
还有一个原因，我们不应该假装数学结构没有很好的语言解释，那就是它分散了对量子力学的实际问题的注意力。你可能认为我是一个沉默寡言、善于计算的人，正如物理学家大卫·梅敏所说的那样。你是对的。但这正是我对量子力学有意见的原因。量子力学告诉我们在测量的行为中发生了什么，但它并没有解释测量是什么。我们无法计算它。然而我们知道，测量是让量子效应消失的原因。
Erwin Schrödinger用他著名的猫思想实验说明了我们不理解量子效应是如何消失的。Schrödinger提出，一个既衰变又不衰变的原子可以用来触发一种毒素的释放，然后既杀死猫，又不杀死猫。这一论点表明，如果没有测量的行为，叠加可以被放大到宏观规模。但我们不会观察死猫和活猫，这是为什么呢?
对这个难题的标准回答是，猫一直在被测量。不是我们，而是空气分子，甚至是宇宙微波背景辐射。据说，这些测量结果会让量子效应很快消失。但这实际上只是一个没有从数学中诞生的故事。对于我这样一个沉默寡言、精打细算的人来说，这确实是个问题。
因此，在我看来，媒体中量子woo的扩散分散了量子力学真正的核心问题:我们不知道测量是什么。量子力学很奇怪，是的。但我们不要假装这比实际情况更奇怪。
Sabine Hossenfelder，专注于探索我们对物理学基础的理解。她主持了YouTube上很受欢迎的“科学”频道，没有这些官话。她的新书《存在物理:科学家关于生命中最大问题的指南》将于8月在英国、美国和加拿大出版。她在《迷失时空》中所写的信体现了量子物理学的一个核心原则:粒子真的可以同时出现在两个地方吗?
