上帝掷骰子吗-量子物理史话-第30部分
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是爱因斯坦的老对手了。他睡了一觉后，马上发现了其中的破绽所在，原来这 看上去让人眼花缭乱的一次攻击却是个完完全全的虚招，并无实质力量。玻尔不禁得意地 唱起一支小调，调侃了波多尔斯基一下。 原来爱因斯坦和玻尔根本没有个共同的基础。在爱因斯坦的潜意识里，一直有个经典 的“实在”影像。他不言而喻地假定，EPR实验中的两个粒子在观察之前，分别都有个“ 客观”的自旋状态存在，就算是概率混合吧，但粒子客观地存在于那里。但玻尔的意思是 ，在观测之前，没有一个什么粒子的“自旋”！那时候自旋的粒子是不存在的，不是客观 实在的一部分，这不能用经典语言来表达，只有波函数可以描述。因此在观察之前，两个 粒子无论相隔多远都好仍然是一个互相关联的整体！它们仍然必须被看作母粒子分裂 时的一个全部，直到观察以前，这两个独立的粒子都是不存在的，更谈不上客观的自旋状 态！ 这是爱因斯坦和玻尔思想基础的尖锐冲突，玻尔认为，当没有观测的时候，不存在一 个客观独立的世界。所谓“实在”只有和观测手段连起来讲才有意义。在观测之前，并没 有“两个粒子”，而只有“一个粒子”，直到我们观测了A或者B，两个粒子才变成真实， 变成客观独立的存在。但在那以前，它们仍然是互相联系的一个虚无整体。并不存在什么 超光速的信号，两个遥远的粒子只有到观测的时候才同时出现在宇宙中，它们本是协调的 一体，之间无需传递什么信号。其实是这个系统没有实在性，而不是没有定域性。 EPR佯谬其实根本不是什么佯谬，它最多表明了，在“经典实在观”看来，量子论是 不完备的，这简直是废话。但是在玻尔那种“量子实在观”看来，它是非常完备和逻辑自 洽的。 既生爱，何生玻。两人的世纪争论进入了尾声。在哲学基础上的不同使得两人间的意 见分歧直到最后也没能调和。一直到死，玻尔也未能使爱因斯坦信服，认为量子论的解释 是完备的。而玻尔本人也一直在同爱因斯坦的思想作斗争，在他1962年去世后的第二天， 人们在他的黑板上仍然发现画有当年爱因斯坦光箱实验的草图。两位科学巨人都为各自的 信念而奋斗了毕生，但别的科学家已经甚少关心这种争执。在量子论的引导下，科学显得 如此朝气蓬勃，它的各个分支以火箭般的速度发展，给人类社会带来了伟大的技术革命。 从半导体到核能，从激光到电子显微镜，从集成电路到分子生物学，量子论把它的光辉播 撒到人类社会的每一个角落，成为有史以来在实用中最成功的物理理论。许多人觉得，争 论量子论到底对不对简直太可笑了，只要转过头，看看身边发生的一切，看看社会的日新 月异，目光所及，无不是量子论的最好证明。 如果说EPR最大的价值所在，那就是它和别的奇想空谈不同。只要稍微改装一下，EPR 是可以为实践所检验的！我们的史话在以后会谈到，人们是如何在实验室里用实践裁决了 爱因斯坦和玻尔的争论，经典实在的概念无可奈何花落去，只留下一个苍凉的背影和深沉 的叹息。 但量子论仍然困扰着我们。它的内在意义是如此扑朔迷离，使得对它的诠释依旧众说 纷纭。量子论取得的成就是无可怀疑的，但人们一直无法确认它的真实面目所在，这争论 一直持续到今天。它将把一些让物理学家们毛骨悚然的概念带入物理中，令人一想来就不 禁倒吸一口凉气。而反对派那里还有一个薛定谔，他要放出一只可怕的怪兽，撕咬人们的 理智和神经，这就是叫许多人闻之色变的“薛定谔的猫”。 ********* 饭后闲话：海森堡和德国原子弹计划（四） 海森堡本人于1976年去世了。在他死后两年，英国人Jones出版了《高度机密战争： 英国科学情报部门》（Most Secret War：British Scientific Intelligentce）一书，详细 地分析了海森堡当年在计算时犯下的令人咋舌的错误。但他的分析却没有被Mark Walker 所采信，在资料详细的《德国国家社会主义及核力量的寻求》（German National Socialism and the Quest for Nubclear Power，1989年出版）中，Walker还是认为海森 堡在1942年头脑清楚，知道正确的事实。 到了1992年，Hofstra大学的戴维？卡西迪（David Cassidy）出版了著名的海森堡传记 《不确定性：海森堡传》，这至今仍被认为是海森堡的标准传记。他分析了整件事情，并 最后站在了古德施密特等人的立场上，认为海森堡并没有什么主观的愿望去“摧毁”一个 原子弹计划，他当年确实算错了。 但是很快到了1993年，戏剧性的情况又发生了。Thomas Powers写出了巨著《海森堡 的战争》（Heisenberg’s War）。Powers本是记者出身，非常了解如何使得作品具有可读 性。因此虽然这本厚书足有607页，但文字奇巧，读来引人入胜，很快成了畅销作品。 Powers言之凿凿地说，海森堡当年不仅仅是“消极”地对待原子弹计划，他更是“积极” 地破坏了这个计划的成功实施。他绘声绘色地向人们描绘了一幕幕阴谋、间谍、计划，后 来有人挪揄说，这本书的前半部分简直就是一部间谍小说。不管怎么样说，这本书在公众 中的反响是很大的，海森堡作为一个高尚的，富有机智和正义感的科学家形象也深入人心 ，更直接影响了后来的戏剧《哥本哈根》。从以上的描述可以见到，对这件事的看法在短 短几年中产生了多少极端不同的看法，这在科学史上几乎独一无二。 1992年披露了一件非常重要的史料，那就是海森堡他们当初被囚在Farm Hall的窃听 录音抄本。这个东东长期来是保密的，只能在几个消息灵通者的著作中见到一星半点。 1992年这份被称为Farm Hall Transcript的文件解密，由加州大学伯克利出版，引起轰动 。Powers就借助了这份新资料，写出了他的著作。 《海森堡的战争》一书被英国记者兼剧作家Michael Frayn读到，后者为其所深深吸 引，不由产生了一个巧妙的戏剧构思。在“海森堡之谜”的核心，有一幕非常神秘，长期 为人们争议不休的场景，那就是1941年他对玻尔的访问。当时丹麦已被德国占领，纳粹在 全欧洲的攻势势如破竹。海森堡那时意识到了原子弹制造的可能性，他和魏扎克两人急急 地假借一个学术会议的名头，跑到哥本哈根去会见当年的老师玻尔。这次会见的目的和谈 话内容一直不为人所知，玻尔本人对此隐讳莫深，绝口不谈。唯一能够确定的就是当时两 人闹得很不愉快，玻尔和海森堡之间原本情若父子，但这次见面后多年的情义一朝了断， 只剩下表面上的客气。发生了什么事？ 有人说，海森堡去警告玻尔让他注意德国的计划。有人说海森堡去试图把玻尔也拉进 他们的计划中来。有人说海森堡想探听盟军在这方面的进展如何。有人说海森堡感到罪孽 ，要向玻尔这位“教皇”请求宽恕…… Michael Frayn着迷于Powers的说法，海森堡去到哥本哈根向玻尔求证盟军在这方面 的进展，并试图达成协议，双方一起“破坏”这个可怕的计划。也就是说，任何一方的科 学家都不要积极投入到原子弹这个领域中去，这样大家扯平，人类也可以得救。这几乎是 一幕可遇而不可求的戏剧场景，种种复杂的环境和内心冲突交织在一起，纠缠成千千情结 ，组成精彩的高潮段落。一方面海森堡有强烈的爱国热情和服从性，他无法拒绝为德国服 务的命令。但海森堡又挣扎于人类的责任感，感受到科学家的道德情怀。而且他又是那样 生怕盟军也造出原子弹，给祖国造成永远的伤痕。海森堡面对玻尔，那个伟大的老师玻尔 ，那个他当作父亲一样看待的玻尔，曾经领导梦幻般哥本哈根派的玻尔，却也是“敌人” 玻尔，视德国为仇敌的玻尔，却又教人如何开口，如何遣词……少年的回忆，物理上的思 索，敬爱的师长，现实的政治，祖国的感情，人类的道德责任，战争年代……这些融在一 起会产生怎样的语言和思绪？还有比这更杰出的戏剧题材吗？ 《哥本哈根》的第一幕中为海森堡安排了如此的台词： “玻尔，我必须知道（盟军的计划）！我是那个能够作出最后决定的人！如果盟军也在 制造炸弹，我正在为我的祖国作出怎样的选择？……要是一个人认为如果祖国做错了，他 就不应该爱她，那是错误的。德意志是生我养我的地方，是我长大成人的地方，她是我童 年时的一张张面孔，是我跌倒时把我扶起的那双双大手，是鼓起我的勇气支持我前进的那 些声音，是和我内心直接对话的那些灵魂。德国是我孀居的母亲和难缠的兄弟，德国是我 的妻子，是我的孩子，我必须知道我正在为她作出怎样的决定！是又一次的失败？又一场 恶梦，如同伴随我成长起来的那个一样的恶梦？玻尔，我在慕尼黑的童年结束在无政府和 内战中，我们的孩子们是不是要再一次挨饿，就像我们当年那样？他们是不是要像我那样 ，在寒冷的冬夜里手脚并用地爬过敌人的封锁线，在黑暗的掩护下于雪地中匍匐前进，只 是为了给家里找来一些食物？他们是不是会像我17岁那年时，整个晚上守着惊恐的犯人， 长夜里不停地和他们说话，因为他们一早就要被处决？” 这样的残酷的两难，造成观众情感上的巨大冲击，展示整个复杂的人性。戏剧本质上 便是一连串的冲突，如此精彩的题材，已经注定了这是一出伟大的戏剧作品。但从历史上 来说，这样的美妙景象却是靠不住的。Michael Frayn后来说他认为Powers有道理，至少 他掌握了以前人们没有的资料，也就是Farm Hall Transcript，可惜他的这一宝似乎押错 了
第八章 论战五
castor_v_pollux
上帝掷骰子吗量子物理史话 即使摆脱了爱因斯坦，量子论也没有多少轻松。关于测量的难题总是困扰着多数物理 学家，只不过他们通常乐得不去想它。不管它有多奇怪，太阳还是每天升起，不是吗？周 末仍然有联赛，那个足球还是硬梆梆的。你的工资不会因为不确定性而有奇妙的增长。考 试交白卷而依然拿到学分的机会仍旧是没有的。你化成一团概率波直接穿过墙壁而走到房 子外
面，怎么说呢，不是完全不可能的，但机会是如此之低，以致你数尽了恒河沙，轮回了亿 万世，宇宙入灭而又涅槃了无数回，还是难得见到这种景象。 确实是这样，电子是个幽灵就让它去好了。只要我们日常所见的那个世界实实在在， 这也就不会增添乐观的世人太多的烦恼。可是薛定谔不这么想，如果世界是建立在幽灵的 基础上，谁说世界本身不就是个幽灵呢？量子论玩的这种瞒天过海的把戏，是别想逃过他 的眼睛的。 EPR出台的时候，薛定谔大为高兴，称赞爱因斯坦“抓住了量子论的小辫子。”受此 启发，他在1935年也发表了一篇论文，题为《量子力学的现状》（Die gegenwartige Situation in der Quantenmechanik），文中的口气非常讽刺。总而言之，是和哥本哈根 派誓不两立的了。 在论文的第5节，薛定谔描述了那个常被视为恶梦的猫实验。好，哥本哈根派说，没 有测量之前，一个粒子的状态模糊不清，处于各种可能性的混合叠加，是吧？比如一个放 射性原子，它何时衰变是完全概率性的。只要没有观察，它便处于衰变/不衰变的叠加状 态中，只有确实地测量了，它才随机选择一种状态而出现。 好得很，那么让我们把这个原子放在一个不透明的箱子中让它保持这种叠加状态。现 在薛定谔想象了一种结构巧妙的精密装置，每当原子衰变而放出一个中子，它就激发一连 串连锁反应，最终结果是打破箱子里的一个毒气瓶，而同时在箱子里的还有一只可怜的猫 。事情很明显：如果原子衰变了，那么毒气瓶就被打破，猫就被毒死。要是原子没有衰变 ，那么猫就好好地活着。 自然的推论：当它们都被锁在箱子里时，因为我们没有观察，所以那个原子处在衰变 /不衰变的叠加状态。因为原子的状态不确定，所以猫的状态也不确定，只有当我们打开 箱子察看，事情才最终定论：要么猫四脚朝天躺在箱子里死掉了，要么它活蹦乱跳地“喵 呜”直叫。问题是，当我们没有打开箱子之前，这只猫处在什么状态？似乎唯一的可能就 是，它和我们的原子一样处在叠加态，这只猫当时陷于一种死/活的混合。 现在就不光光是原子是否幽灵的问题了，现在猫也变成了幽灵。一只猫同时又是死的 又是活的？它处在不死不活的叠加态？这未免和常识太过冲突，同时在生物学角度来讲也 是奇谈怪论。如果打开箱子出来一只活猫，那么要是它能说话，它会不会描述那种死/活 叠加的奇异感受？恐怕不太可能。 薛定谔的实验把量子效应放大到了我们的日常世界，现在量子的奇特性质牵涉到我们 的日常生活了，牵涉到我们心爱的宠物猫究竟是死还是活的问题。这个实验虽然简单，却 比EPR要辛辣许多，这一次扎得哥本哈根派够疼的。他们不得不退一步以咽下这杯苦酒： 是的，当我们没有观察的时候，那只猫的确是又死又活的。 不仅仅是猫，一切的一切，当我们不去观察的时候，都是处在不确定的叠加状态的， 因为世间万物也都是由服从不确定性原理的原子组成，所以一切都不能免俗。量子派后来 有一个被哄传得很广的论调说：“当我们不观察时，月亮是不存在的”。这稍稍偏离了本 意，准确来说，因为月亮也是由不确定的粒子组成的，所以如果我们转过头不去看月亮， 那一大堆粒子就开始按照波函数弥散开去。于是乎，月亮的边缘开始显得模糊而不确定， 它逐渐“融化”，变成概率波扩散到周围的空间里去。当然这么大一个月亮完全融化成
