上帝掷骰子吗-量子物理史话-第33部分
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崴ケ涑闪礁鲂×Ｗ樱蛳喾吹摹×礁龇较蚍煽ァＮ颐羌偕枵庵至Ｗ佑辛街挚赡艿淖孕直鸾小白蟆焙汀坝摇保敲慈纭」Ｗ覣的自旋为“左”，粒子B的自旋便一定是“右”，以保持总体守恒，反之亦然。 好，现在大粒子分裂了，两个小粒子相对飞了出去。但是要记住，在我们没有观察其 中任何一个之前，它们的状态都是不确定的，只有一个波函数可以描绘它们。只要我们不 去探测，每个粒子的自旋便都处在一种左/右可能性叠加的混合状态，为了方便我们假定 两种概率对半分，各50％。 现在我们观察粒子A，于是它的波函数一瞬间坍缩了，随机地选择了一种状态，比如 说是“左”旋。但是因为我们知道两个粒子总体要守恒，那么现在粒子B肯定就是“右” 旋了。问题是，在这之前，粒子A和粒子B之间可能已经相隔非常遥远的距离，比如说几万 光年好了。它们怎么能够做到及时地互相通信，使得在粒子A坍缩成左的一刹那，粒子B毅 然坍缩成右呢？ 量子论的概率解释告诉我们，粒子A选择“左”，那是一个完全随机的决定，两个粒 子并没有事先商量好，说粒子A一定会选择左。事实上，这种选择是它被观测的那一刹那 才做出的，并没有先兆。关键在于，当A随机地作出一个选择时，远在天边的B便一定要根 据它的决定而作出相应的坍缩，变成与A不同的状态以保持总体守恒。那么，B是如何得知 这一遥远的信息的呢？难道有超过光速的信号来回于它们之间？ 假设有两个观察者在宇宙的两端守株待兔，在某个时刻t，他们同时进行了观测。一 个观测A，另一个同时观测B，那么，这两个粒子会不会因为距离过于遥远，一时无法对上 口径而在仓促间做出手忙脚乱的选择，比如两个同时变成了“左”，或者“右”？显然是 不太可能的，不然就违反了守恒定律，那么是什么让它们之间保持着心有灵犀的默契，当 你是“左”的时候，我一定是“右”？ 爱因斯坦等人认为，既然不可能有超过光速的信号传播，那么说粒子A和B在观测前是 “不确定的幽灵”显然是难以自圆其说的。唯一的可能是两个粒子从分离的一刹那开始， 其状态已经确定了，后来人们的观测只不过是得到了这种状态的信息而已，就像经典世界 中所描绘的那样。粒子在观测时才变成真实的说法显然违背了相对论的原理，它其中涉及 到瞬间传播的信号。这个诘难以三位发起者的首字母命名，称为“EPR佯谬”。 玻尔在得到这个消息后大吃一惊，他马上放下手头的其他工作，来全神贯注地对付爱 因斯坦的这次挑战。这套潜心演练的新阵法看起来气势汹汹，宏大堂皇，颇能夺人心魄， 但玻尔也算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
