上帝掷骰子吗-量子物理史话-第27部分
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上帝掷骰子吗——量子物理史话（7…4） 版权所有：castor_v_pollux 原作 提交时间：2003…11…13 20：50：26 第七章 不确定性 四 三百年硝烟散尽，波和粒子以这样一种奇怪的方式达成了妥协：两者原来是不可分割的一 个整体。就像漫画中教皇善与恶的两面，虽然在每个确定的时刻，只有一面能够体现出来 ，但它们确实集中在一个人的身上。波和粒子是一对孪生兄弟，它们如此苦苦争斗，却原 来是演出了一场物理学中的绝代双骄故事，这教人拍案惊奇，唏嘘不已。 现在我们再回到上一章的最后，重温一下波和粒子在双缝前遇到的困境：电子选择左边的 狭缝，还是右边的狭缝呢？现在我们知道，假如我们采用任其自然的观测方式，它波动的 一面就占了上风。这个电子于是以某种方式同时穿过了两道狭缝，自身与自身发生干涉， 它的波函数ψ按照严格的干涉图形花样发展。但是，当它撞上感应屏的一刹那，观测方式 发生了变化！我们现在在试图探测电子的实际位置了，于是突然间，粒子性接管了一切， 这个电子凝聚成一点，按照ψ的概率随机地出现在屏幕的某个地方。 假使我们在某个狭缝上安装仪器，试图测出电子究竟通过了哪一边，注意，这是另一种完 全不同的观测方式！！！我们试图探测电子在通过狭缝时的实际位置，可是只有粒子才有 实际的位置。这实际上是我们施加的一种暗示，让电子早早地展现出粒子性。事实上，的 确只有一边的仪器将记录下它的踪影，但同时，干涉条纹也被消灭，因为波动性随着粒子 性的唤起而消失了。我们终于明白，电子如何表现，完全取决于我们如何观测它。种瓜得 瓜，种豆得豆，想记录它的位置？好，那是粒子的属性，电子善解人意，便表现出粒子性 来，同时也就没有干涉。不作这样的企图，电子就表现出波动性来，穿过两道狭缝并形成 熟悉的干涉条纹。 量子派物理学家现在终于逐渐领悟到了事情的真相：我们的结论和我们的观测行为本身大 有联系。这就像那匹马是白的还是红的，这个结论和我们用什么样的方法去观察它有关系 。有些看官可能还不服气：结论只有一个，亲眼看见的才是唯一的真实。色盲是视力缺陷 ，眼镜是外部装备，这些怎么能够说是看到“真实”呢？其实没什么分别，它们不外乎是 两种不同的观测方式罢了，我们的论点是，根本不存在所谓“真实”。 好吧，现在我视力良好，也不戴任何装置，看到马是白色的。那么，它当真是白色的吗？ 其实我说这话前，已经隐含了一个前提：“用人类正常的肉眼，在普通光线下看来，马呈 现出白色。”再技术化一点，人眼只能感受可见光，波长在400－760纳米左右，这些频段 的光混合在一起才形成我们印象中的白色。所以我们论断的前提就是，在400－760纳米的 光谱区感受马，它是白色的。 许多昆虫，比如蜜蜂，它的复眼所感受的光谱是大大不同的。蜜蜂看不见波长比黄光还长 的光，却对紫外线很敏感。在它看来，这匹马大概是一种蓝紫色，甚至它可能绘声绘色地 向你描绘一种难以想象的“紫外色”。现在你和蜜蜂吵起来了，你坚持这马是白色的，而 蜜蜂一口咬定是蓝紫色。你和蜜蜂谁对谁错呢？其实都对。那么，马怎么可能又是白色又 是紫色呢？其实是你们的观测手段不同罢了。对于蜜蜂来说，它也是“亲眼”见到，人并 不比蜜蜂拥有更多的正确性，离“真相”更近一点。话说回来，色盲只是对于某些频段的 光有盲点，眼镜只不过加上一个滤镜而已，本质上也是一样的，也没理由说它们看到的就 是“虚假”。 事实上，没有什么“客观真相”。讨论马本质上“到底是什么颜色”，正如我们已经指出 过的，是很无聊的行为。根本不存在一个绝对的所谓“本色”，除非你先定义观测的方式 。 玻尔也好，海森堡也好，现在终于都明白：谈论任何物理量都是没有意义的，除非你首先 描述你测量这个物理量的方式。一个电子的动量是什么？我不知道，一个电子没有什么绝 对的动量，不过假如你告诉我你打算怎么去测量，我倒可以告诉你测量结果会是什么。根 据测量方式的不同，这个动量可以从十分精确一直到万分模糊，这些结果都是可能的，也 都是正确的。一个电子的动量，只有当你测量时，才有意义。假如这不好理解，想象有人 在纸上画了两横夹一竖，问你这是什么字。嗯，这是一个“工”字，但也可能是横过来的 “H”，在他没告诉你怎么看之前，这个问题是没有定论的。现在，你被告知：“这个图 案的看法应该是横过来看。”这下我们明确了：这是一个大写字母H。只有观测手段明确 之后，答案才有意义。 测量！在经典理论中，这不是一个被考虑的问题。测量一块石头的重量，我用天平，用弹 簧秤，用磅秤，或者用电子秤来做，理论上是没有什么区别的。在经典理论看来，石头是 处在一个绝对的，客观的外部世界中，而我——观测者——对这个世界是没有影响的，至 少，这种影响是微小得可以忽略不计的。你测得的数据是多少，石头的“客观重量”就是 多少。但量子世界就不同了，我们已经看到，我们测量的对象都是如此微小，以致我们的 介入对其产生了致命的干预。我们本身的扰动使得我们的测量中充满了不确定性，从原则 上都无法克服。采取不同的手段，往往会得到不同的答案，它们随着不确定性原理摇摇摆 摆，你根本不能说有一个客观确定的答案在那里。在量子论中没有外部世界和我之分，我 们和客观世界天人合一，融和成为一体，我们和观测物互相影响，使得测量行为成为一种 难以把握的手段。在量子世界，一个电子并没有什么“客观动量”，我们能谈论的，只有 它的“测量动量”，而这又和我们的测量手段密切相关。 各位，我们已经身陷量子论那奇怪的沼泽中了，我只希望大家不要过于头昏脑涨，因为接 下来还有无数更稀奇古怪的东西，错过了未免可惜。我很抱歉，这几节我们似乎沉浸于一 种玄奥的哲学讨论，而且似乎还要继续讨论下去。这是因为量子革命牵涉到我们世界观的 根本变革，以及我们对于宇宙的认识方法。量子论的背后有一些非常形而上的东西，它使 得我们的理性战战兢兢，汗流浃背。但是，为了理解量子论的伟大力量，我们又无法绕开 这些而自欺欺人地盲目前进。如果你从史话的一开始跟着我一起走到了现在，我至少对你 的勇气和毅力表示赞赏，但我也无法给你更多的帮助。假如你感到困惑彷徨，那么玻尔的 名言“如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论”或许可以给你一些安慰 。而且，正如我们以后即将描述的那样，你也许应该感到非常自豪，因为爱因斯坦和你是 一个处境。 但现在，我们必须走得更远。上面一段文字只是给大家一个小小的喘息机会，我们这就继 续出发了。 如果不定义一个测量动量的方式，那么我们谈论电子动量就是没有意义的？这听上去似乎 是一种唯心主义的说法。难道我们无法测量电子，它就没有动量了吗？让我们非常惊讶和 尴尬的是，玻尔和海森堡两个人对此大点其头。一点也不错，假如一个物理概念是无法测 量的，它就是没有意义的。我们要时时刻刻注意，在量子论中观测者是和外部宇宙结合在 一起的，它们之间现在已经没有明确的分界线，是一个整体。在经典理论中，我们脱离一 个绝对客观的外部世界而存在，我们也许不了解这个世界的某些因素，但这不影响其客观 性。可如今我们自己也已经融入这个世界了，对于这个物我合一的世界来说，任何东西都 应该是可以测量
