关于量子态究竟是现实的物理属性（本体论），还是仅仅代表我们对现实的知识（认识论），物理学界一直存在争议。2012 年提出的普西-巴雷特-鲁道夫（PBR）定理通过几个基本假设，从逻辑上证明了量子态必须是系统的真实物理属性。这一结论否定了“隐藏变量”等决定论解释，意味着波函数的坍缩是一个真实的物理过程，揭示了量子力学固有的“怪异性”，是 21 世纪量子基础理论最重要的突破。
量子力学的核心谜团
自量子时代开启以来，物理学家一直面临一个根本问题：现实的本质到底是什么？在量子物理中，我们通常无法精确预测一个事件的结果，只能给出一系列可能结果的概率。
- 一个放射性原子何时衰变？我们只知道它的半衰期，无法预测具体时间。
- 一个电子穿过双缝后会打在屏幕的哪个位置？我们只能计算出概率分布。
这种不确定性让许多人感到不安，包括爱因斯坦。他更倾向于认为，量子力学只是一个不完整的理论，背后一定有某些我们尚未发现的“隐藏变量”在决定着一切。
几种主要的量子解释
为了理解这种不确定性，学界提出了多种解释，但长期以来没有任何实验能明确支持其中一种。
- 哥本哈根诠释： 认为现实在被测量之前是根本不确定的。测量行为本身迫使系统“选择”一个状态。
- 多世界诠释： 认为每次量子决策都会分裂出多个平行宇宙，每个宇宙对应一种可能的结果。
- 隐藏变量理论： 坚持认为现实是完全确定的。我们之所以看到随机性，只是因为我们无法观测到那些决定结果的“隐藏变量”。
争论的焦点：Ontic 还是 Epistemic？
这场争论的核心可以归结为量子态的两种不同性质：
- Ontic（本体论的）： 量子态直接对应真实的物理属性。它就是现实本身，没有隐藏的信息。
- Epistemic（认识论的）： 量子态仅仅代表我们对现实的知识或信息。它可能是不完整的，背后存在我们不知道的隐藏变量。
确定量子态到底是 ontic 还是 epistemic，将直接决定我们如何理解现实的基本构成。
PBR 定理的决定性一击
2012 年，普西（Pusey）、巴雷特（Barrett）和鲁道夫（Rudolph）提出的 PBR 定理为这个问题提供了决定性的答案。该定理基于三个非常基础的假设：
- 一个量子系统拥有明确的物理属性。
- 可以独立地制备多个量子系统，使它们的物理属性互不相关。
- 测量装置的响应只取决于被测系统的物理属性。
通过这些假设，PBR 定理从逻辑上推导出：如果量子态仅仅是关于知识的（epistemic），那么在某些情况下，测量仪器将无法区分两种不同的制备方法，从而可能导致一个在量子理论中概率为零的、不可能发生的结果。
为了避免这种逻辑矛盾，唯一的结论就是：
量子态不可能是 epistemic 的。它必须是 ontic 的，即量子态本身就是系统的一个真实、物理的属性。
PBR 定理的深远影响
PBR 定理的结论极其深刻，它彻底改变了我们对量子现实的看法。
- 否定了认识论观点： 该定理表明，量子态不仅仅是我们不完整知识的体现。它就是物理现实的一部分。
- “怪异性”是真实的： 这意味着量子力学描述的“怪异”现象，如波函数坍缩，是一个真实的物理过程，即使它可能以超光速（非局域）的方式在两个纠缠粒子之间瞬间发生。
- 排除了隐藏变量理论： 如果量子态本身就是现实的完整描述，那么就不再有空间留给所谓的“隐藏变量”来决定结果。
简而言之，PBR 定理迫使我们接受量子力学的本来面目。现实的本质就是如此“怪异”，而不是因为我们的知识有所欠缺。这使其成为迄今为止 21 世纪在量子基础领域最重要的理论进展。