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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。两人的这次论战招数精奇,才华横溢,教人击节叹服,大开眼界。觉得见证两大纵世奇才出全力相拼,实在不虚此行。
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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,他的思想闳廓深远,穷幽极渺,却又如大江奔流,浩浩荡荡,奔腾不息。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、气势磅礴,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。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做出一流的发现。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。
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革命!前进!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,绝对的因果性是不存在的,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,就像当年在议会前的罗伯斯庇尔。要是可能的话,他大概真想来上这么一句:
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因果性必须死,因为物理学需要生!
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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形,呈现出一个面貌等候在那里。这种游戏不致过火,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。
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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。失去了严格的因果性,一片混乱……恐怕约翰·弥尔顿描绘的那个“群魔殿”(Pandemonium)就是这个样子吧?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。
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但爱因斯坦也绝不会相信它代表了真相。好吧,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”未被发现。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。量子论不能说是错吧,至少是“不完备”的,它不可能代表了深层次的规律,而只是一种肤浅的表现而已!
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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。亚伯拉罕·派斯(Abraham Pais)在《爱因斯坦曾住在这里》一书中说,就算1925年后,爱因斯坦改行钓鱼以度过余生,这对科学来说也没什么损失。但是,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。大概可算一种反面的激励吧?
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反正他不久又要提出一个新的实验,作为对量子论的进一步考验。可怜的玻尔得第三次接招了。
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Part. 4
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爱因斯坦没有出席1933年的第七届索尔维会议。那一年的1月30日,兴登堡把德国总理一职委任于一个叫作阿道夫·希特勒的奥地利人,从此纳粹党的恐怖阴影开始笼罩整个西方世界。爱因斯坦横眉冷对这个邪恶政权,最后终于第二次放弃了国籍,不得不流落他乡,忧郁地思索起欧洲那悲惨的未来。话又说回来,这届索尔维会议的议题也早就不是量子论本身,而换成了另一个激动人心的话题:爆炸般发展的原子物理。不过在这个领域里的成就当然也是在量子论的基础上取得的,而量子力学的基本形式已经确定下来,成为物理学的基础。似乎是尘埃落定,没什么人再会怀疑它的力量和正确性了。
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在人们的一片乐观情绪中,爱因斯坦和薛定谔等寥寥几人显得愈加孤独起来。薛定谔和德布罗意参加了1933年的索尔维会议,却都没有发言,也许是他们对这一领域不太熟悉的缘故吧。新新人类们在激动地探讨物质的产生和湮灭、正电子、重水、中子……那么多的新发现让人眼花缭乱,根本忙不过来。而爱因斯坦他们现在还能做什么呢?难道他们的思想真的已经如此过时,以致跟不上新时代那飞一般的步伐了吗?
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1933年9月25日,埃仑费斯特在荷兰莱登枪杀了他那患有智力障碍的儿子,然后自杀了。他在留给爱因斯坦、玻尔等好友的信中说:“这几年我越来越难以理解物理学的飞速发展,我努力尝试,却更为绝望和撕心裂肺,我终于决定放弃一切。我的生活令人极度厌倦……我仅仅是为了孩子们的经济来源而活着,这使我感到罪恶。我试过别的方法但是收效甚微,因此越来越多地去考虑自杀的种种细节,除此之外,我没有第二条路走了……原谅我吧。”
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在爱因斯坦看来,埃仑费斯特的悲剧无疑是一个时代的悲剧。两代物理学家的思想猛烈冲突和撞击,在一个天翻地覆的飘摇乱世,带给整个物理学以强烈的阵痛。埃仑费斯特虽然从理智上支持玻尔,但当一个文化衰落之时,曾经为此文化所感之人必感到强烈的痛苦。昔日黄金时代的黯淡老去,代以雨后春笋般兴起的新思潮,从量子到量子场论,原子中各种新粒子层出不穷,稀奇古怪的概念统治整个世界。爱因斯坦的心中何曾没有埃仑费斯特那样难以名状的巨大忧伤?爱因斯坦远远地、孤独地站在鸿沟的另一边,看着年轻人们义无反顾地高唱着向远方进军,每一个人都对他说他站错了地方。这种感觉是那样奇怪,似乎世界都显得朦胧而不真实。难怪曾经有人叹息说,宁愿早死几年,也不愿看到现代物理这样一幅令人难以接受的画面。不过,爱因斯坦却仍然没有倒下,虽然他身在异乡,他的第二任妻子又重病缠身,不久将与他生离死别,可这一切都不能使爱因斯坦放弃内心那个坚强的信仰,那个对于坚固的因果关系,对于一个宇宙和谐秩序的痴痴信仰。爱因斯坦仍然选择战斗,他的身影在斜阳下拉得那样长,似乎是勇敢的老战士为一个消逝的王国做最后的悲壮抗争。
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这一次他争取到了两个同盟军,分别是他的两个同事波多尔斯基(Boris Podolsky)和罗森(Nathan Rosen)。1935年3月,三人共同在《物理评论》(Physics Review )杂志上发表了一篇论文,名字叫《量子力学对物理实在的描述可能是完备的吗?》,再一次对量子论的基础发起攻击。当然他们改变策略,不再说量子论是自相矛盾,或者错误的,而改说它是“不完备”的。具体来说,三人争辩量子论的那种对于观察和波函数的解释是不对的。
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我们用一个稍稍简化了的实验来描述他们的主要论据。我们已经知道,量子论认为在我们没有观察之前,一个粒子的状态是不确定的,它的波函数弥散开来,代表它的概率。但当我们探测以后,波函数坍缩,粒子随机地取一个确定值出现在我们面前。
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现在让我们想象一个大粒子,它本身自旋为0。但它是不稳定的,很快就会衰变成两个小粒子,向相反的两个方向飞开去。我们假设这两个小粒子有两种可能的自旋,分别叫“左”和“右”(4) ,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。
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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%。
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EPR佯谬
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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一定会坍缩成右呢?
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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一刹那才做出的,并没有先兆。关键在于,当A随机地做出一个选择时,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?
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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”?
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