《反对者们》由会员分享，可在线阅读，更多相关《反对者们（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、30-1反对者们 量子历史之旅(四)高山思维的惰性和对权威的顺从让正统一派的盲目自信感染了几乎所有的人，于是他们的观点不费力就登上了正统“王位” ，并从此开始统治人们的思想。只有那些真正的思想者才不会被蒙蔽，才不会为量子力学的暂时成功所迷惑，他们的精神永远是自由的、独立的。在正统世界中，他们被称为反对者，甚至异教徒，然而他们也许比任何人都更牵挂量子的前途和命运。这些反对者们曾经是量子探险的向导和旗手，然而他们并不满意量子力学目前的形式，以及量子力学的正统观点，他们指出了理论本身的缺陷，并试图采取新的方法来弥补这些缺陷，甚至完全从新的方向上来完善量子力学。他们在艰辛的量子征途上继续孤独地探索着但
2、是，悲剧在于，他们并未成功，他们大多在思想孤寂中度过余生，并且不为时代所理解，甚至他们的努力也被遗忘。在这里，我们将他们尊为真正的量子英雄，在这里，我们将追忆他们与正统观点不断抗争的曲折历程。图 4-1 反对者们：爱因斯坦、德布罗意、薛定谔30-2问：反对者中有谁？答：主要有爱因斯坦、德布罗意和薛定谔，他们都是量子理论的奠基者和创建者。问：他们为什么反对量子理论？答：可能有两个原因，一是他们不理解量子理论，但也不愿接受正统观点，二是量子理论本身还存在问题，正统观点不是完全正确的。不应该放弃到达目标的希望不应该放弃到达目标的希望尽管薛定谔在波动力学建立后不久就放弃了他自己提出的经典波解释，然而，
3、薛定谔却并不同意量子力学的正统观点。他要求一个科学理论应当提供时空中实在过程的图像，并深信微观过程可以在时空中加以描述。1926 年 9 月，薛定谔从哥本哈根回到苏黎世，他在给玻尔的感谢信中重申了自己的观点，他说：“即使一百次尝试都已失败，也不应该放弃到达目标的希望，我不是说通过经典图景，而是说通过关于空时事件之真实本性的一些逻辑自恰的观念来达到目标，这很有希望是可能的。 ”1928 年 5 月，薛定谔在给玻尔的信中又提出了进一步的建议，他说， “我认为特别迫切的是要引入对它们来说这些限制（不确定关系）应该不再适用的一些新概念，因为在原理上不可观察的东西根本不应该包括在我们的概念体系中然而创立
4、这个新的概念体系无疑将是非常困难的，新的设计要求触及我们经验的最深层：空间、时间和因果性。 ”30 年后，薛定谔仍然坚持自己的看法，他写到， “我们确实感觉到一种对时空中物质世界的完备描述的探索渴望，并且我们认为这一目标远没有被证明为不可达到。 ”薛定谔认为，正统观点的根本错误在于它违反了可理解性假设和客观性假设，而客观性假设又是实现可理解性的必要前提。薛定谔不愿意忍受玻尔的互补意义上的矛盾，他相信，通过引入新的概念和图像，人们终究可以获得对原子过程的时空描述，并获30-3得对量子的真正理解。他的训诫今天听来仍振聋发聩， “我们不能改变借助于时空的思考方式，我们不能利用它来理解的东西，我们根本
5、就不能理解。 ”由于不满意量子力学的正统观点，薛定谔与爱因斯坦一样，越来越感觉到自己在科学界中的孤立。1959 年，在给好友辛格（Synge）的一封长信中，薛定谔总结了自己对量子力学的看法，他写到， “除了几人以外（例如爱因斯坦、劳厄） ，其余的理论物理学家都是纯粹的笨人，而我是唯一活下来的健全的人。那个日夜折磨我们的伟大难题就是波粒二象性。在过去的十年里，关于它我写了很多文章，并且几乎厌倦了这样做就我个人而言，结果是无价值的因为大多数我最亲近的同行（理论物理学家）已经形成了这样的见解，即我仍在留恋我生命中最伟大的成功（波动力学） ，它是在我仍具有可自由支配的智慧的时候（1926 年，那时我
6、39 岁）发现的，因此他们说，我坚持一切都是波的观点，衰老使我不能理解（玻尔的）互补性这一伟大发现因此，一般的物理学家不能相信，任何健全的人会拒绝接受哥本哈根神谕。 ”薛定谔强调， “互补性只是一个轻率的口号，如果我不是完全确信这个人（玻尔）是诚实的，并且真的相信他的口号，我不是说理论，是适当的，我将认为它在学术上是不道德的。 ”1927 索尔维索尔维正统与反叛正统与反叛1927 年 10 月，在布鲁塞尔举行的第五届索尔维会议上，正统观点取得了决定性的胜利。然而，反对者们也从此开始了他们的抗争。德布罗意“迷途知返”我认为，这个异议并不放弃下述论点：薛定谔波不仅描述了传播过程，而且也能够确定在这
7、个过程中粒子的位置。我认为德布罗意在这个方向上的尝试是有根据的。爱因斯坦，第五届索尔维会议在这次会议上，德布罗意首次提出了量子力学的一种非几率解释或因果解释，他30-4称之为导波理论。根据这种理论，粒子仍然进行连续运动，具有通常的连续运动轨迹，波函数则是一种真实的波，它引导粒子运动，并决定粒子在空间中的运动轨迹。这样，德布罗意便给出了微观过程的一种实在图像，在这种图像中，构成物理实在的不是波或粒子，而是波和粒子。尽管德布罗意的理论受到了爱因斯坦的支持，但由于泡利的尖锐反驳，以及来自正统观点的压力，德布罗意不久就放弃了他的解释，并宣布皈依正统。1951 年，当玻姆的隐变量解释提出后，德布罗意重又
8、回到了他的导波理论，并试图建立一条他认为能够真正解释量子力学的新途径。薛定谔我心依旧薛定谔的报告题目是“波动力学” ，其中他提出了波函数的一种新的实在解释，这一解释不同于他最初的经典波解释。薛定谔首先强调，波函数一般不是普通三维空间中的波，除非对于单粒子情况。然后他问道， “由这一波函数所描述的系统在真实的三维空间中的情况是怎样的呢？”薛定谔认为， “不存在真正的物质质点的经典系统，而是存在某种连续地充满整个空间的东西，我们利用它可以获得一个瞬时的照片换句话说，真实的系统是一个处于所有可能状态的经典系统的复合系统，它通过将 作为权重函数而获得。 ”这样，薛定谔首次给出了一种微观系统在时空中存在
9、的客观图像，即某种象连续的云一样的东西，它具有质量和电荷，并且这一连续的电荷云对电子的电荷具有可分配的贡献。最后，薛定谔指出，纯粹的场理论是不充分的，它必须通过电荷云到点电荷的个体化过程来完善。薛定谔的报告激起很大的争论，玻恩和海森伯表示强烈反对，而爱因斯坦仍然一语未发。爱因斯坦不再沉默30-5在这次会议上，爱因斯坦第一次公开发表对正统观点的反对意见。尽管他只提出了一个非常简单的反驳，但思想却是深刻的。爱因斯坦很谦逊地做了开场白， “我必须因为不曾彻底地研究量子力学而表示歉意，不过我还是愿意提出一些一般的看法。 ”然后，他以小孔衍射实验为例，指出了正统观点对这一实验的解释所遇到的不可避免的困难
10、。爱因斯坦说， “认为 |2 是表示一个粒子存在于完全确定的地方的几率，这样的一种解释（即正统解释）就必须以完全特殊的超距作用为前提，从而不允许连续分布在空间中的波同时在胶片的两个部分表现出自己的作用。 ”爱因斯坦认为，如果只从薛定谔波来考虑，哥本哈根解释将同相对性假定相矛盾。爱因斯坦的确目光敏锐，他一下子就看出了正统观点将由于要求波函数坍缩过程的存在而与相对论相抵触，他的这一分析是关于量子力学与相对论的不相容性的最早认识。玻尔似乎并没有领会爱因斯坦的意思，他的反驳也似乎文不对题。玻尔说道， “我感到自己处在一个很困难的境地了，因为我不明白爱因斯坦所要说明的到底是什么。这无疑是怪我。 ”然后他
11、只是又陈述了一下正统观点， “我不知道量子力学是什么。我想我们是在与一些数学方法打交道，它们是适合于我们对实验的描述的我可能没有弄懂，但是我想，整个问题在于理论不是别的，而是用来适应我们要求的一种工具，而且我认为它（量子力学）是适应了的。 ”30-6插曲：盒子里的弹簧人尽管在会议上爱因斯坦很少发言，但是在旅馆的餐厅里他却异常活跃。 “每天早上他都象一个盒子里的弹簧人那样，精神抖擞地跳出来”1，表示他对量子理论的困惑，“每次他都想好了一个美妙的实验以显示它不成立”2。爱因斯坦所反对的是海森伯的不确定关系，他精心设计的这些理想实验就是要超越不确定关系的限制，并以此来揭示量子力学理论内部的逻辑矛盾。
12、然而，爱因斯坦的努力并没有成功，他的好友艾伦菲斯特形象地将这些实验称为推翻不确定关系的第二类永动机。图 4-3 爱因斯坦与玻尔后来，在 1930 年的第六届索尔维会议上，爱因斯坦又做了一次尝试。他提出了一个巧妙的光子盒实验，并确信自己已经找到了不确定关系的一个反例。 “这对玻尔是一次不小的震动他没能立即找到答案，整个晚上他都极度忧虑，一个又一个地想说服别人那不可能是真的，因为假如爱因斯坦是对的，那将意味着物理学的终结。 ”卢瑟福后来回忆说， “我将永远不会忘记他们两个离开会场的情形：爱因斯坦，一个高大30-7的形象，平静地走着，还带着一点讥讽的微笑，而玻尔则沮丧地跟在他的旁边第二天上午就迎来了
13、玻尔的胜利。 ”有趣的是，玻尔取胜所利用的正是爱因斯坦创立的广义相对论，他指出爱因斯坦在光子盒实验中忽略了他的引力红移公式。爱因斯坦的最后一次尝试还是以失败告终，并且是由于他一生中最幸福的思想广义相对论，这次他不得不承认量子力学具有逻辑一致性。爱因斯坦勇敢地面对了自己的失败，他对正统观点的批判从此也转向了正确的方向。他意识到，在量子力学形式体系内不确定关系是有效的，量子力学在此意义上也是一致的，然而，量子力学仍然是不完备的，它本身并不能证明几率特性是微观粒子运动的固有属性。琴萧合奏琴萧合奏 1935 EPR 与量子猫与量子猫1935 年，爱因斯坦和薛定谔弹奏了一曲反击正统观点的琴萧合奏EPR
14、与量子猫，这支量子名曲流传至今仍经久不衰。爱因斯坦的 EPR 论证着实让量子教皇玻尔接连几个晚上都“睡在问题上” ，而薛定谔的量子猫则完全将正统观点置于了岌岌可危的境地。爱因斯坦动用相对论1935 年 5 月 4 日， 纽约时报以醒目的标题报道：爱因斯坦攻击量子理论。原来，在 5 月份出版的物理学评论上，爱因斯坦与他的合作者波多尔斯基和罗森共同发表文章质问：量子力学对物理世界的描述是完备的吗? 而他们的回答非常坚决，“不是！”早在 1927 年的第五届索尔威会议上，爱因斯坦就注意到了量子力学与相对论的不相容性，并强调量子力学不能描述单个体系的状态，而只能描述一个由许多全同体系所组成的系综的行为
15、，因而是不完备的理论。现在，他再一次利用相对论来反击量子力学，并且将自己的论证建立在更加严格的基础之上。爱因斯坦这一回胸有成竹，30-8并且在以后的岁月中他一直坚持“量子力学是不完备的” 。在这篇文章中，爱因斯坦设想了一个涉及两个粒子的思想实验，在实验中两个粒子经过短暂的相互作用后分离开，这一相互作用产生了两个粒子之间的位置关联和动量关联。然后爱因斯坦论证道，由于通过对粒子 1 的位置测量可以知道粒子 2 的位置，而根据相对论的定域性假设，这一测量不会立即影响粒子 2 的状态，从而粒子 2 的位置在测量之前是确定的，同理，粒子 2 的动量在测量之前也是确定的。于是，粒子 2的位置和动量在测量之
16、前都具有确定的值，而一个完备的理论应当同时给出粒子 2 在测量之前的位置值和动量值，但量子力学只能给出关于这些值的统计信息。因此，量子力学是不完备的3。EPR 文章发表之后4，在物理学界立刻引起了很大的反响。6 月 7 日，薛定谔给爱因斯坦写信说， “我非常高兴，你在物理学评论上刚刚发表的文章已经明显地抓住了独断的量子力学的小辫子。 ”薛定谔承认 EPR 论证的两个基础，即实在性判据和定域性假设，并且表示， “我的意见是，我们没有一个和相对论相容的量子力学，根据相对论所有影响都以有限的速度传播。 ”爱因斯坦回信说， “你是唯一一个我愿与之妥协的人，几乎所有其他人都不从事实去看理论，而是从理论去看事实。他们不能从曾经接受的观念之网中解脱出来，而只是在其中以一种奇异的方式跳来跳去。 ”同时，EPR 文章也立刻引起了玻尔的关注和不安，玻尔的得意门生罗森菲尔德后来回忆道， “这对我们来说简直是个晴天霹雳！对玻尔的影响太大了当玻尔听到我报告爱因斯坦的论证后，马上放下所有的工作说
