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玻姆是美国科学家,但他的最大贡献却是在英国作出的,这还要归功于20世纪40年代末50年代初在美国兴起的麦卡锡主义(McCarthyism)。
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麦卡锡主义是冷战的产物,其实质就是疯狂地反共与排外。在参议员麦卡锡(Joseph McCarthy)的煽风点火下,这股“红色恐惧”之风到达了最高潮。几乎每个人都被怀疑是苏联间谍,或者是阴谋推翻政府的敌对分子。玻姆在“二战”期间曾一度参与曼哈顿计划,但他没干什么实质性的工作,很快就退出了。战后他到普林斯顿教书,和爱因斯坦一起工作,这时他遭到臭名昭著的“非美活动调查委员会”(Un-American Activities Committee)的传唤,要求他对一些当年同在伯克利的同事的政治立场进行做证,被玻姆愤然拒绝,并引用宪法第五修正案为自己辩护。
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本来这件事也就过去了,但麦卡锡时代刚刚开始,恐慌迅即蔓延整个美国。两年后,玻姆因为拒绝回答委员会的提问而遭到审判,虽然他被宣判无罪,但是普林斯顿却不肯为他续签合同,哪怕爱因斯坦请求他作为助手留下也无济于事。玻姆终于离开美国,他先后去了巴西和以色列,最后在伦敦大学的Birkbeck学院安顿下来。在那里他发展出了他的隐函数理论。
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麦卡锡时代是一个疯狂和耻辱的时代,2000多万人接受了所谓的“忠诚审查”。上至乔治·马歇尔将军,中至查理·卓别林,下至无数平民百姓都受到巨大的冲击。人们神经质地寻找所谓共产主义者,就像中世纪的欧洲疯狂地抓女巫一样。在学界,近百名教授因为“观点”问题离开了岗位,有华裔背景的如钱学森等遭到审查,著名的量子化学大师鲍林被怀疑是美共特务。越来越多的人被传唤去为同事的政治立场做证,这里面芸芸众生像,有如同玻姆一般断然拒绝的,也有些人的举动出乎意料。最著名的可能要算奥本海默一案了,奥本海默(J.Robert Oppenheimer)是曼哈顿计划的领导人,连他都被怀疑对国家“不忠诚”似乎匪夷所思。所有的物理学家都站在他这一边,然而爱德华·泰勒(Edward Teller)让整个物理界几乎不敢相信自己的耳朵。这位匈牙利出生的物理学家(他还是杨振宁的导师)说,虽然他不怎么觉得奥本海默会做出不利于国家的事情来,但是“如果问题是要凭他在1945年以来的行为来作出明智的判决,那么我可以说最好也不要肯定他的忠诚”“如果让公共事务掌握在别人手上,我个人会感觉更安全些的”。奥本海默的忠诚虽然最后没有被责难,但他的安全许可证被没收了,绝密材料不再送到他手上。虽然也有少数人(如惠勒)对泰勒表示同情,但整个科学界几乎不曾原谅过这个“叛徒”。
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泰勒还是氢弹的大力鼓吹者和实际设计者之一(他被称为“氢弹之父”),他试图阻止《禁止地上核试验条约》的签署,他还向里根兜售了“星球大战”计划。他于2003年9月去世,享年95岁。卡尔·萨根在《魔鬼出没的世界》一书里,曾把他拉出来作为科学家应当为自己的观点负责的典型例子。
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泰勒当然有自己的理由,他认为氢弹的制造实际上使得人类社会“更安全”。作为我们来说,也许只能衷心地希望科学本身不要受到政治的过多干涉,虽然这也许只是一个乌托邦式的梦想,但我们仍然如此祝愿。
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Part. 2
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玻尔还是爱因斯坦?那就是个问题。
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物理学家们终于行动起来,准备以实践为检验真理的唯一标准,确确实实地探求一下,究竟世界符合两位科学巨人中哪一位的描述。玻尔和爱因斯坦的争论本来也只像是哲学上的一种空谈,泡利有一次对波恩说,和爱因斯坦争论量子论的本质,就像以前人们争论一个针尖上能坐多少个天使一般虚无缥缈。但现在已经不同,现在我们的手里有了贝尔不等式。两个粒子究竟是乖乖地臣服于经典上帝的这条神圣禁令,还是它们将以一种量子革命式的躁动蔑视任何桎梏,突破这条看起来庄严而不可侵犯的规则?如今我们终于可以把它付诸实践,一切都等待着命运之神最终的判决。
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1969年,Clauser等人改进了玻姆的EPR模型,使其更容易实施。随即,人们在伯克利、哈佛和得克萨斯大学进行了一系列初步的实验,也许出乎贝尔的意料,除了一个实验外,所有的实验都模糊地指向量子论的预言结果。但是,最初的实验都是不严密的,和EPR的原型相去甚远:人们使原子辐射出的光子对通过偏振器,但技术的限制使得在所有的情况下,我们只能获得单一的+的结果,而不是+和-,所以要获得EPR的原始推论仍然要靠间接推理,而且当时使用的光源往往只能产生弱信号。
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随着技术的进步,特别是激光技术的进步,更为精确严密的实验有了可能。进入80年代,法国奥赛理论与应用光学研究所(Institut d’Optique Théorique et Appliquée, Orsay Cédex)里的一群科学家准备第一次在精确的意义上对EPR作出检验,领导这个小组的是阿莱恩·阿斯派克特(Alain Aspect)。
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法国人用钙原子作为光子对的来源,他们把钙原子激发到一个很高的量子态,当它落回到未激发态时,就释放出能量,也就是一对对光子。实际使用的是一束钙原子,但是可以用激光来聚焦,使它们精确地激发,这样就产生了一个强信号源。阿斯派克特等人使两个光子飞出相隔约12米远,这样即使信号以光速在它们之间传播,也要花上40纳秒(ns)的时间。光子经过一道闸门进入一对偏振器,但这个闸门也可以改变方向,引导它们去向两个不同偏振方向的偏振器。如果两个偏振器的方向是相同的,那么要么两个光子都通过,要么都不通过,如果方向不同,那么理论上说(按照爱因斯坦的世界观),其相关性必须符合贝尔不等式。为了确保两个光子之间完全没有信息的交流,科学家们急速地转换闸门的位置,平均10ns就改变一次方向,这比双方之间光速来往的时间都要短许多,光子不可能知道对方是否通过了那里的偏振器。作为对比,我们也考察两边都不放偏振器,以及只有一边放置偏振器的情况,以消除实验中的系统误差。
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阿斯派克特实验
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那么,现在要做的事情,就是记录两个光子实际的协作程度。如果它符合贝尔不等式,则爱因斯坦的信念就得到了救赎,世界恢复到独立可靠、客观实在的地位上来。反之,则我们仍然必须认真地对待玻尔那看上去似乎神秘莫测的量子观念。
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时间是1982年,暮夏和初秋之交。七月流火,九月授衣,在时尚之都巴黎,人们似乎已经在忙着揣摩今年的秋冬季将会流行什么样式的时装。在酒吧里,体育迷们还在为国家队魂断西班牙世界杯而扼腕不已。那一年,在普拉蒂尼率领下的,被认为是历史上最强的那届国家队显示出了惊人的实力,却终于在半决赛中点球败给了西德人。高贵的绅士们在沙龙里畅谈天下大势,议论着老冤家英国人是如何在马岛把阿根廷摆布得服服帖帖的。在卢浮宫和奥赛博物馆,一如既往地挤满了来自世界各地的艺术爱好者。塞纳河缓缓流过市中心,倒映着艾菲尔铁塔和巴黎圣母院的影子,也倒映出路边风琴手们的清澈眼神。
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不等式的天平
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只是,有多少人知道,在不远处的奥赛光学研究所,一对对奇妙的光子正从钙原子中被激发出来,冲向那些命运攸关的偏振器;我们的世界,正在接受一场终极的考验,向我们揭开它那隐藏在神秘面纱后面的真实面目呢?
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如果爱因斯坦和玻尔神灵不昧,或许他们也在天国中注视着这次实验的结果吧?要是真的有上帝的话,他老人家又在干什么呢?也许,连他也不得不把这一切交给命运来安排,用一个黄金的天平和两个代表命运的砝码来决定这个世界本性的归属,就如同当年阿喀琉斯和赫克托耳在特洛伊城下那场传奇的决斗。
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一对,两对,三对……数据逐渐积累起来了。1万2千秒,也就是3个多小时后,结果出来了。科学家们都长出了一口气。
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爱因斯坦输了!实验结果和量子论的预言完全符合,而相对爱因斯坦的预测却偏离了5个标准方差―这已经足够决定一切。贝尔不等式这把双刃剑的确威力强大,但它斩断的却不是量子论的光辉,而是反过来击碎了爱因斯坦所执着信守的那个梦想!
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阿斯派克特等人的报告于当年12月发表在《物理评论快报》(PhysicsReview Letters )上,科学界最初的反应出奇地沉默。大家都知道这个结果的重要意义,然而似乎都不知道该说什么才好。
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爱因斯坦输了?这意味着什么?难道这个世界真的比我们所能想象的更为神秘和奇妙,以至我们那可怜的常识终于要在它的面前破碎得七零八落?这个世界不依赖于你也不依赖于我,它就是“在那里存在着”,这不是明摆着的事情吗?为什么站在这样一个基本假设上所推导出来的结论和实验结果之间有着无法弥补的鸿沟?是上帝疯了,还是你我疯了?
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