客观现实是如何从量子力学的各种可能性中显现出来的？这个问题是量子力学最棘手的问题。最近，物理学家利用粒子物理仪器来验证这样一个想法，即量子可能性“坍缩（坍塌）”为单一的经典现实不仅是一种数学上的需要，而且是一个真实的物理过程，这个想法被称为“物理坍缩”。实验没有发现“物理坍塌”的证据。

现在下结论说“物理坍缩”不会发生还为时过早。一些研究人员认为，这些实验模型还有改进空间。但不管怎样，试图解开量子理论最大的谜团还任重道远。

导致坍塌的原因是什么？

物理坍缩模型旨在解决传统量子理论的一个核心困境。1926年，薛定谔断言，一个量子对象是由一个称为波函数的数学实体描述的，波函数封装了关于该对象及其属性的所有信息。波函数描述的是一种波，但不是物理波，而是是一种“概率波”，它预测了量子对象的各种可能结果，以及在给定的实验中观察到其中任何一种结果的概率。

像这样的探测器，最初是为中微子研究而设计的，现在已经承担了测试物理坍缩理论的任务。

如果用相同的方法对这些物体进行多次测量，波函数总是能正确地预测结果的统计分布。但是没有办法知道任何单个测量的结果会是什么——量子力学只提供了概率。那是什么决定了一个特定的观察结果的呢？1932年，数学物理学家约翰·冯·诺伊曼提出，在进行测量时，波函数“坍缩”为一种可能的结果。这个过程本质上是随机的。量子力学本身似乎无法预测坍缩，这需要人工计算。

作为一种特殊的数学技巧，“波函数坍缩”运行得很好。但在一些人看来，这似乎是一种令人不满意的“花招”。爱因斯坦把它比作“上帝掷骰子”。丹麦物理学家尼尔斯·玻尔在哥本哈根解释中声称，这个问题是不可回避的，物理学家必须承认量子体系和经典体系之间的一个基本区别。相反，1957年，物理学家休·埃弗雷特断言波函数坍缩只是一种幻觉，事实上，所有的结果都是在无数个平行宇宙中实现的——物理学家现在称之为“多世界解释”。

物理学家金英旭（Inwook Kim）说，

事实是，波函数坍缩的根本原因尚不清楚。

1986年，意大利物理学家Giancarlo Ghirardi等人提出了一个解释。他们说，如果薛定谔的波动方程不是全部呢？他们假设，一个量子系统不断受到一些未知因素的影响，这些影响可以诱导它自发地跳入可能的可观测状态之一，其时间尺度取决于系统的大小。一个小的、孤立的系统，比如一个处于量子叠加态的原子，将在很长一段时间内保持这种状态。但更大的物体——比如一只猫，几乎瞬间就会坍缩到定义明确的经典状态。这是第一个物理坍缩模型（GRW）。后来一种改进的模型（CSL）涉及逐渐的、连续的坍缩，而不是突然的跳跃。这些模型与其说是对量子力学的解释，不如说是对量子力学的补充。

是什么通过波函数坍缩导致了这种自发的“定位”的？20世纪80年代和90年代，牛津大学的数学物理学家罗杰·彭罗斯等人提出了一个可能的坍缩原因：引力。他们的想法是，如果一个量子物体处于多个位置的叠加状态，每个位置状态都会通过它们的引力相互作用“感觉”到其他的位置状态。就好像这种引力导致物体测量自己，迫使它坍缩。或者如果从广义相对论的角度来看，位置的叠加会同时以两种不同的方式扭曲时空结构，这是广义相对论无法“容忍的”。正如彭罗斯所说，在量子力学和广义相对论的对峙中，量子将首先破裂。

真理的检验

与哥本哈根和埃弗雷特的解释相比，物理坍缩模型具有可观察预测的优点——因此是可测试和可证伪的。

如果确实有一个未知因素的扰动，引发了量子坍缩（不管是引力效应还是其他什么），那么所有的粒子都将不断地与这个扰动相互作用（不管它们是否处于叠加状态）。理论上，这些应该是可以检测到的。研究人员说，这种相互作用应该会类似于布朗运动。

目前的物理坍缩模型表明，这种扩散运动只是非常轻微的。尽管如此，如果粒子带电，运动过程将产生电磁辐射。研究人员已经证明，这种辐射的产生可以从任何坍缩模型中得到预测。

然而，虽然想法很简单，但在实践中测试并不容易。预测的信号非常微弱，这意味着实验必须利用大量的带电粒子才能得到可检测的信号，并且噪声必须保持在较低水平。只有最灵敏的实验仪器才能满足这些条件，比如那些用来探测暗物质或中微子的设备。

1996年，纽约汉密尔顿学院的一名本科生提出用基于锗的中微子实验，来探测x射线发射的CSL特征。他们的想法是，锗中的质子和电子会发出自发辐射，而超灵敏的探测器会捕捉到这些辐射。然而，直到最近，具有所需灵敏度的仪器才上线。

2020年，意大利的一个团队使用了这种锗探测器来测试一种坍缩模型（Diósi-Penrose模型）。在降噪之后，物理学没有看到任何辐射。在今年8月发表的一篇论文中，2020年的结果被证实和加强了。

量子意识？

Diósi-Penrose物理坍缩模型中最具话题性的预测是，它可能解释意识。具体来说，引力可能会在神经元中诱发量子力学振动的坍缩，从而触发意识。罗杰·彭罗斯与麻醉学家斯图尔特·哈默洛夫合作提出的这些想法。如果物理坍缩模型被实验证伪，那么这些模型就不可能解释意识。

格尔达的实验有一个很大的容器，它将把探测器放在一个液态氩保护层中。水箱周围的大厅将装满纯净水。

尽管物理坍缩模型存在严重问题，但它们并没有完全消亡。不同的模型对坍缩的性质做出了非常不同的假设。虽然实验测试已经排除了这些数值最合理的可能性，但仍有一线希望。

连续自发定位模型提出，干扰波函数的物理实体是某种“噪声场”，目前的测试假设它是“白噪声”：在所有频率上都是均匀的。这是最简单的假设。但也有可能噪音是“有色的”。要测试这些更复杂的模型，需要在更高的能量下测量发射光谱。