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1、今天我们接着前面讲，在前面的几讲中我们介绍了量子的基础内容和核心思想，今天我们讲述量子力学发展史上不得不提的博爱大战。故事从1927年在美丽的意大利北部城市科莫召开了科莫会议讲起，这次会议上当年最杰出的物理名人悉数参加，这次会议称为了少壮派哥本哈根派的演讲会，哥本哈根的教主波尔，在爱因斯坦和薛定谔缺席的情况下，得以向大家详细的介绍了量子力学的相关理论。如果有什么遗憾的话，那就是两大巨头未能在科莫会议上见面，然而被爱因斯坦称为老头子的上帝在冥冥之中安排好了这样的相遇不可避免。仅仅是一个多月后，另一个重要的历史时刻打来了。插入录像3分钟最后，我们看到了这张布鲁塞尔召开的第五届索尔维会议留下的珍贵照
2、片。1927年10的布鲁塞尔鲜花盛开，红叶飘飘。这次会议群贤必至，济济一堂。我们从这张老照片中可以看到各路英雄一个个生动的形象，每个人都身怀绝技，带着独门法宝，斗志昂扬，精神抖擞，应邀而来。哥本哈根派的波尔高举氢原子模型，带着口口声声念叨概率的好朋友玻恩，以及怀揣测不准原理和不相容原理的学生海森堡和好友泡力前来；反对派的德布罗意骑着他的波函数，薛定谔领着他的方程，身后还跟着一只半死不活的猫也来到现场；中立派的康普顿西装上印着效应二字，布拉格手提晶格结构模型现场观战。最后登场的是爱因斯坦，当时已经四十有余，但是还没有修成后来那种白发飘飘的仙风道骨的形象，他高举划时代的相对论大旗，头顶光电效应的光
3、环，洋洋洒洒的坐在第一排。这三个派别中，有从黄金时代走出的老人，有在革命浪潮中成长起来的翻盘青年，一个是经典体系的守护者，一边是新时代的冒险家。爱因斯坦虽然人数上不能与哥本哈根派旗鼓相当，但是身后站着薛定谔和德布罗意的爱因斯坦反对派也不可小觑。所以大众观点，这次终于要有所了结，而量子力学也在这场大火中接受最苛刻的洗礼，煅烧出更加璀璨的光芒。我们说到全部人马，各个身怀绝技，但是多不敢轻易出手，因为理论学家谁也不知道这量子力学是人是妖，是真是假？所以这次会议首先由实验派康普顿和布拉格进行预热，讲解了实验上的进展之后，开始慢慢预热。 首先开始的是薛定谔和泡力，这些过程我们姑且略去，之后德布罗意救驾，
4、然后引来了玻恩和海森堡的围攻；当玻恩无意间提到爱因斯坦的时候。原来保持可怕沉默的爱因斯坦忍不住出击了。会场立刻风云变幻，龙虎交际，现在两大阵营的boss终于从幕后走到前台。爱因斯坦上来就祭出独门武器-思想实验，全面攻击量子力学的确定性，实在性和局域性：爱因斯坦说：单电子衍射实验，在这个实验中我们可以由狭缝的位置确定电子的位置，由在屏幕上的位置分析动量和能量。波尔马上反驳说:由于测量仪器对电子的干扰，也就是狭缝边缘和电子的相互作用会导致实验失败，这对理想实验很重要。爱因斯坦说：好吧，我承认用同一个系统来确定位置和动量很难。那我们分开的装置来测，一个侧位置一个测量动量。设计一个双峰干涉实验，当当双
5、狭缝开启时，从屏幕出现的亮点可以知道电子垂直方向的动量，分别关上其中一个狭缝， 就可以知道电子的确实位置然而 Bohr 在仔细思考后说：如果关上其中任何一个狭缝，实验的状态就完全改变了当双狭缝开启时，即便电子一个个发射出来，最后仍会在屏上形成干涉条纹假如轮流开启一个狭缝， 虽然可以得知电子究竟经过那个狭缝，但最后却不会再有干涉条纹了就这样，这个本来是Einstein 用来反驳量子力学的理想实验，经由 Bohr 的解释在今日已成了说明测不准关系和互补原理的标准范例1927年的华山论剑，爱因斯坦留给我们的是一句“我不相信上帝是掷骰子的”，而波尔回了一句“你去告诉上帝怎么做。”爱因斯坦终究输了一招，
6、输得如此狼狈，反观玻尔看上去沉默驽钝，可是重剑无锋，大巧不工，在他一生 中几乎没有输过哪一场认真的辩论。但我们要分析一下，这一招并非剑术不精，实乃内力不足。 面对浩浩荡荡的历史潮流，他顽强地逆流而上，结果被冲刷得站立不稳，苦苦支撑。1927年，量子革命的大爆发已经进入第三年，当年爱因斯坦和普朗克种下的种子如今开花结果，而且有些果子品尝起来还相当美味，革命的思潮已经席卷整个物理界，毫无保留地指明了未来的方向。越来越多的人终究领悟到了哥本哈根解释的核心奥义，并诚心皈依，都投在量子门下。爱因斯坦非但没能说服玻尔，反而被反驳得说不出话来，而且他这个“反动”态度引得了许多人扼腕叹息。遥想当年，1905，
7、爱因斯坦横空出世，一年之内六次出手，每一役都打得天摇地动，惊世骇俗，独自创下了一番轰轰烈烈的事业。当时少年意气，pini睥睨群雄，扬鞭策马，笑傲江湖，这一幅传奇画面在多少人心目中留下了永恒的神往！爱因斯坦的一生不是那种容易被打败的人，他逆风而立，一头乱发掩不住眼中的坚决。他 身后还站着两位，一个是德布罗意，一个是薛定谔。三人吴带凌风，衣抉飘飘，在量子 时代到来的曙光中，大有长铗寒瑟，易水萧萧，誓与经典理论共存亡的悲壮气慨。 时光荏苒，一弹指又是三年，花开花落，黄叶飘零，又是秋风季节，各方俊杰又重聚布鲁塞尔，会面于第六届索尔维会议。三 年前那一战已成往事，这第二次华山论剑，又不知谁胜谁负？ 玻尔
8、来到会场时心中惴惴，看爱因斯坦表情似笑非笑，吃不准他三年间练成了什么新招，不知到 了一个什么境界。不过玻尔倒也不是太过担心，量子论的兴起已经是板上钉钉的事实， 现在整个体系早就站稳脚跟，枝繁叶茂地生长起来。爱因斯坦再厉害，凭一人之力也难 以撼动它的根基。玻尔当年的弟子们，海森堡，泡利等，如今也都是独当一面的大宗师 了，哥本哈根派名震整个物理界，玻尔自信吃不了大亏。 爱因斯坦则在盘算另一件事：量子论方兴未艾，当其之强，要打败它的确太难了。可是 难道因果律和经典理论就这么完了不成？不可能，量子论一定是错的！嗯，想来想去， 要破量子论，只有釜底抽薪，击溃它的基础才行。爱因斯坦凭着和玻尔交手的经验知道
9、 ，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，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=mc2，可以精确地算出减少的能量E 那么，E
10、和t都很确定，海森堡的公式Et h/2也就不成立。所以整个量子 论是错误的！ 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。玻尔对此显然毫无思想准备，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。 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。 “第二天早上，玻尔的胜利便到来了。 玻尔指出：好，一个光子跑了，箱子
11、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：Th/mc2。再代以质能公式E=mc2，则得到最终 的结果，这结果是如此眼熟：TE 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
12、测量m，或者E时，我们就根本没法控制光子逃出的 时间T！ 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。与会的众人觉得见证两大纵 世奇才出全力相拚，实乃不虚此行。 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？玻尔是最坚决的革命派，他的思想穷幽极渺，却又如大江奔流，浩浩荡荡，翻腾不息。物理学的未来只有靠量子，这个 古怪却又强大的精灵去开拓。新世界不再有因果
13、性，不再有实在性，可能让人觉得不太 安全，但它却是那样胸怀博大，气派磅礴，到处都有珍贵的宝藏和激动人心的秘密等待 着人们去发掘。玻尔在大会上又开始显得精神抖擞，豪气万丈。爱因斯坦的这个光箱实验 非但没能击倒量子论，反而成了它最好的证明，给它的光辉又添上了浓重的一笔。现在 没什么好怀疑的了，因果性是不存在的，哥本哈根解释如野火一般在人们的思想中蔓延 开来。玻尔是这场革命的旗手，他慷慨陈词，他大概真想来上这么一句： 因果性必须死，因为物理学需要生！ 停止争论吧，上帝真的掷骰子！随机性是世界的基石，当电子出现在这里时，它是一个 随机的过程，并不需要有谁给它加上难以忍受的条条框框。全世界的粒子和波现在
14、都得 到了解放，从牛顿和麦克斯韦写好的剧本中挣扎出来，大口地呼吸自由空气。它们和观 测者玩捉迷藏，在他们背后融化成概率波弥散开去，神秘地互相渗透和干涉。当观测者 回过头去寻找它们，它们又快乐地现出原型，呈现出一个面貌等候在那里。这种游戏不 致于过火，因为还有波动方程和不确定原理在起着规则的作用。而统计规律则把微观上 的无法无天抹平成为宏观上的井井有条。 爱因斯坦失望地看着这个场面，发展到如此地步实在让他始料不及。没有因果性，一片 混乱爱因斯坦对玻尔已经两战两败，他现在知道量子论的根基比想象的要牢固得多。看起来， 量子论不太可能是错误的，或者自相矛盾的。 但爱因斯坦也决不会相信它代表了真相。好吧
15、，量子论内部是没有矛盾的，但它并不是 一幅“完整”的图像。我们看到的量子论，可能只是管中窥豹，虽然看到了真实的一部 分，但仍然有更多的“真实”未能发现。一定有一些其他的因素，它们虽然不为我们所 见，但无疑对电子的行为有着影响，从而严格地决定了它们的行为。好比我们在赌场扔 骰子赌钱，虽然我们睁大眼睛看明白四周一切，确定没人作弊，但的确可能还有一个暗 中的武林高手，凭借一些独门手法比如说吹气来影响骰子的结果。虽然我们水平不行， 发现不了这个武林高手的存在，觉得骰子是完全随机的，但事实上不是！它是完全人为 的，如果把这个隐藏的高手也考虑进去，它是有严格因果关系的！尽管单单从我们看到 的来讲，也没有什么互相矛盾，但一幅“完整”的图像应该包含那个隐藏着的人，这个 人是一个“隐变量”！ 不管怎么说，因果关系不能抛弃！爱因斯坦的信念到此时几乎变成一种信仰了，他已决 定终生为经典理论而战，这不知算是科学的悲剧还是收获。一方面，那个大无畏的领路 人，那个激情无限的开拓者永远地从历史上消失了。但另一方面，爱因斯坦对量子论的批评和诘问也确实使它时 时三省吾身，冷静地审视和思考自己存在的意义，并不断地在斗争中完善自己。大概可 算
