土卫七引发的量子力学问题：混沌

自1950年代以来，人们就知道量子力学不能正确再现经典混沌系统的动力学。在量子力学中，我们用波函数来描述一切，而波函数通常用希腊字母ψ表示。在量子力学中，所有事物都有波函数：原子、猫和卫星。我们可以使用薛定谔方程及时计算波函数的变化。薛定谔方程是线性的，这意味着其中没有波函数的乘积。像这样具有线性方程的系统没有混沌，要产生混乱，我们需要非线性方程。

但是量子力学应该是所有物质的理论，所以我们应该能够使用量子力学来描述大型物体，对吧？如果我们这样做，我们应该会发现这些大物体的运动符合经典的非量子行为。这被称为“对应原理”，这个名称可以追溯到尼尔斯·玻尔。对应原理认为世界是统一的，当我们从微观放大到宏观，体系的行为应该从量子平缓过渡到经典。

物理学家也知道这个问题，他们想出了一个这样的解释。Hyperion离我们很远，那里发生的事情并不多，但它仍然与尘埃和光相互作用，或者更准确地说，与称为“光子”的光量子相互作用。这些都是非常微小的相互作用，但数量却很多，并且必须将它们添加到卫星的薛定谔方程中。这些微小的相互作用所做的是，它们将卫星与其环境、尘埃和光纠缠在一起。这意味着，每当一粒尘埃撞击卫星时，波函数的某些部分都会发生非常轻微的变化。

虽然那些小颠簸稍微改变了波函数部分的波峰和波谷，但薛定谔方程仍然是线性的，所以所有这些相互作用都不能解决预测与观察不一致的问题。问题的解决方案出现在论证的第二步。物理学家说，我们有了这个带有大量纠缠尘埃颗粒和光子的卫星的波函数。但是我们并不确切地知道这些尘埃是什么、它在哪里，或者光子做了什么等等。因此，如果我们不知道确切的细节，我们就会做我们总是做的事情：我们猜测细节可能是什么，然后我们对它们进行平均，这个平均值与经典牛顿动力学的预测一致。

但是这种解释有两个问题。一是它迫使你接受在没有灰尘和光的情况下，卫星不会遵循牛顿运动定律。更严重的问题是，取平均值不是一个物理过程，它不会改变月球所处的状态。