第八章 决战
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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空间中的概率是需要很长很长时间的,不过问题的实质是:要是不观察月亮,它就从确定的状态变成无数不确定的叠加。不观察它时,一个确定的、客观的月亮是不存在的。但只要一回头,一轮明月便又高悬空中,似乎什么事也没发生过一样。这条书摘已被收藏0次+1
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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!……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,……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。这条书摘已被收藏0次+1
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现在让我们想象一个大粒子,它是不稳定的,很快就会衰变成两个小粒子,向相反的两个方向飞开去。我们假设这种粒子有两种可能的自旋,分别叫“左”和“右”,那么如果粒子A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。……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?……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”。这条书摘已被收藏0次+1
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广义相对论本是爱因斯坦的独门绝技,玻尔这一招“以彼之道,还施彼身”不但封挡住了爱因斯坦那雷霆万钧的一击,更把这诸般招数都回加到了他自己身上。虽说是殚精竭虑最后想出此法,但招数精奇,才气横溢,教人击节叹服,大开眼界。觉得见证两大纵世奇才出全力相拚,实在不虚此行。现在轮到爱因斯坦自己说不出话来了。难道量子论当真天命所归,严格的因果性当真已经迟迟老去,不再属于这个叛逆的新时代?……狄拉克后来有一次说,自海森堡取得突破以来,理论物理进入了前所未有的黄金年代,任何一个二流的学生都可能在其中作出一流的发现。是的,人们应当毫不畏惧地走进这样一个生机勃勃的,充满了艰险、挑战和无上光荣的新时代中来,把过时的因果性做成一个纪念物,装饰在泛黄的老照片上去回味旧日的似水年华。这条书摘已被收藏0次+1
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玻尔指出:好,一个光子跑了,箱子轻了△m。我们怎么测量这个△m呢?用一个弹簧称,设置一个零点,然后看箱子位移了多少。假设位移为△q吧,这样箱子就在引力场中移动了△q的距离,但根据广义相对论的红移效应,这样的话时间的快慢也要随之改变相应的△T。可以根据公式计算出:△T>h/△mc^2。再代以质能公式△E=△mc^2,则得到最终的结果,这结果是如此眼熟:△T△E > h,正是海森堡测不准关系!我们可以不理会数学推导,关键是爱因斯坦忽略了广义相对论的红移效应!引力场可以使原子频率变低,也就是红移,等效于时间变慢。当我们测量一个很准确的△m时,我们在很大程度上改变了箱子里的时钟,造成了一个很大的不确定的△T。也就是说,在爱因斯坦的装置里,假如我们准确地测量△m,或者△E时,我们就根本没法控制光子逃出的时间T!这条书摘已被收藏0次+1
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这可以说是爱因斯坦凝聚了毕生功夫的一击,其中还包含了他的成名绝技相对论。这一招如白虹贯日,直中要害,沉稳老辣,干净漂亮。玻尔对此毫无思想准备,他大吃一惊,一时想不出任何反击的办法。据目击者说,他变得脸如死灰,呆若木鸡(不是比喻!),张口结舌地说不出话来。一整个晚上他都闷闷不乐,搜肠刮肚,苦思冥想。罗森菲尔德后来描述说:“(玻尔)极力游说每一个人,试图使他们相信爱因斯坦说的不可能是真的,不然那就是物理学的末日了。但是他想不出任何反驳来。我永远不会忘记两个对手离开会场时的情景:爱因斯坦的身影高大庄严,带着一丝嘲讽的笑容,静悄悄地走了出去。玻尔跟在后面一路小跑,他激动不已,词不达意地辩解说要是爱因斯坦的装置真的管用,物理学就完蛋了。”这一招当真如此淳厚完美,无懈可击?玻尔在这关键时刻力挽沧海,方显英雄本色。他经过一夜苦思,终于想出了破解此招的方法,一个更加妙到巅毫的巧招。罗森菲尔德接着说:“第二天早上,玻尔的胜利便到来了。物理学也得救了。”这条书摘已被收藏0次+1
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爱因斯坦凭着和玻尔交手的经验知道,在细节问题上是争不出个什么所以然的,量子论就像神话中那个九头怪蛇海德拉(Hydra),你砍掉它一个头马上会再生一个出来。必须得瞄准最关键的那一个头才行,这个头就是其精髓所在——不确定性原理!爱因斯坦站起来发话了:想象一个箱子,上面有一个小孔,并有一道可以控制其开闭的快门,箱子里面有若干个光子。好,假设快门可以控制得足够好,它每次打开的时间是如此之短,以致于每次只允许一个光子从箱子里飞到外面。因为时间极短,△t是足够小的。那么现在箱子里少了一个光子,它轻了那么一点点,这可以用一个理想的称测量出来。假如轻了△m吧,那么就是说飞出去的光子重m,根据相对论的质能方程E=mc^2,可以精确地算出减少的能量△E。那么,△E和△t都很确定,海森堡的公式△E×△t > h/2π也就不成立。所以整个量子论是错误的!这条书摘已被收藏0次+1
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他提出了一个模型:一个电子通过一个小孔得到衍射图像。爱因斯坦指出,目前存在着两种观点,第一是说这里没有“一个电子”,只有“一团电子云”,它是一个空间中的实在,为德布罗意-薛定谔波所描述。第二是说的确有一个电子,而ψ是它的“几率分布”,电子本身不扩散到空中,而是它的几率波。爱因斯坦承认,观点II是比观点I更加完备的,因为它整个包含了观点I。尽管如此,爱因斯坦仍然说,他不得不反对观点II。因为这种随机性表明,同一个过程会产生许多不同的结果,而且这样一来,感应屏上的许多区域就要同时对电子的观测作出反应,这似乎暗示了一种超距作用,从而违背相对论。……海森堡1967年的回忆则说:“讨论很快就变成了一场爱因斯坦和玻尔之间的决斗:当时的原子理论在多大程度上可以看成是讨论了几十年的那些困难的最终答案呢?我们一般在旅馆用早餐时就见面了,于是爱因斯坦就描绘一个思维实验,他认为从中可以清楚地看出哥本哈根解释的内部矛盾。……一般来说玻尔在傍晚的时候就对这些理想实验完全心中有数了,他会在晚餐时把它们分析给爱因斯坦听。爱因斯坦对这些分析提不出反驳,但在心里他是不服气的。”这条书摘已被收藏0次+1
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在哥本哈根派聚集力量的同时,他们的反对派也开始为最后的决战做好准备。对于爱因斯坦来说,一个没有严格因果律的物理世界是不可想象的。物理规律应该统治一切,物理学应该简单明确:A导致了B,B导致了C,C导致了D。每一个事件都有来龙去脉,原因结果,而不依赖于什么“随机性”。至于抛弃客观实在,更是不可思议的事情。这些思想从他当年对待玻尔的电子跃迁的看法中,已经初露端倪。1924年他在写给波恩的信中坚称:“我决不愿意被迫放弃严格的因果性,并将对其进行强有力的辩护。我觉得完全不能容忍这样的想法,即认为电子受到辐射的照射,不仅它的跃迁时刻,而且它的跃迁方向,都由它自己的‘自由意志’来选择。”旧量子论已经让爱因斯坦无法认同,那么更加“疯狂”的新量子论就更使他忍无可忍了。虽然爱因斯坦本人曾经提出了光量子假设,在量子论的发展历程中作出过不可磨灭的贡献,但现在他却完全转向了这个新生理论的对立面。爱因斯坦坚信,量子论的基础大有毛病,从中必能挑出点刺来,迫使人们回到一个严格的,富有因果性的理论中来。玻尔后来回忆说:“爱因斯坦最善于不抛弃连续性和因果性来标示表面上矛盾着的经验,他比别人更不愿意放弃这些概念。”这条书摘已被收藏0次+1