AL123 人文社科会员免费专区文学 2022-09-27

量子力学，怪也不怪（以人的尺度走进量子世界，探索数学形式背后的物理现实，用尽量形象的办法，确实地讲量子力学理想国出品）_AZW3_MOBI_EPUB_菲利普·鲍尔

内容节选

09 量子物体的属性，不必包含在物体自身之内有很多人打定主意要证明爱因斯坦错了，而爱因斯坦对此似乎也欣然接受。自从相对论首次发表开始，就有无穷无尽的“民间科学家”尝试“证明”爱因斯坦是错的。爱因斯坦还耐心地回复过收到的一部分信件，发件人未受过专业训练，却声称在爱因斯坦的论著中找到了错误。显然，你如果能证明爱因斯坦错了，就会被认为是最高级别的天才，而想获得此种称号的人可不少。一个人的“错误”“犯糊涂”被大肆庆祝，甚至如果证明了他的观点有错，还能上报纸头条，这对他可意味着无上的智力荣誉。但其实爱因斯坦犯的“错误”并不少。他在计算中犯了一些无伤大雅的小错。更出名的是，他还强行修改了自己的广义相对论，以避免它预测出宇宙是膨胀的，而不出几年，天文学家就发现了宇宙确实是膨胀的。哪怕是他对著名公式E =mc 2 的许多证明，也包含着小错误。有人还写了一整本书，细数爱因斯坦的错误。 * 这些错误丝毫没有影响爱因斯坦20世纪最重要科学家的地位。认为天才就不会犯错，这是误解了创造性与洞察力的本质。有人认为，天才（不管这个词是什么意思）犯错的概率甚至高于常人。我们最爱用来责难爱因斯坦的“错误”，就是他拒绝接受量子力学的意涵。无疑，这一定程度上是因为他用这样一句名言表达了自己的怀疑：“上帝不会跟宇宙玩掷骰子。”或许想着爱因斯坦囿于早年训练的先入之见，无法完成这一“想象之跃”，也让我们感到安心。事物的本质是随机的，因果关系完全消失，量子力学的这一观念让人极为不安，而看到爱因斯坦也和我们一样从本能上难以接受这一观念，我们似乎能从中获得一些安慰。然而，说爱因斯坦是一位老顽固，不能接受自己花那么大力气开启的量子力学，可就是糊涂的陈词滥调了。他的老对手尼尔斯·玻尔时常为爱因斯坦对新观念的抗拒而感到沮丧和困惑，但他决不会说爱因斯坦是个顽固的保守分子。爱因斯坦对玻尔的质疑，无疑帮玻尔形成并改进了他自己的量子力学诠释所依赖的框架，而爱因斯坦对哥本哈根诠释的反对，并不是出于固执的否认，而是基于对玻尔所说的话的清晰理解。爱因斯坦要不是对量子力学理解得这么清楚，可能就不会为它感到如此烦恼了。实际上，对当代量子理论堪称核心的特征的发现 [33] ，很大程度上应该归功于爱因斯坦。如薛定谔所说，这是“量子力学的标志性特征，正是这一特征迫使量子理论完全偏离了经典思路”。1935年，爱因斯坦描述了这一特征，同年，薛定谔给它起了一个如今人所共知的名字：“纠缠”。如果爱因斯坦在这件事上并没有总得到应有的赞扬，这也很可以理解。因为他“发现”纠缠的方式是设计了一个思想实验，这个思想实验在呈现了一个明显的悖论，因而在他看来这种表现不可能是真实的。虽然爱因斯坦发现了纠缠现象，但他自己却想埋葬它。在过去的几十年里，纠缠在量子力学中的作用渐获认可，这大大改变了人们对整个领域的关注重点。纠缠实际上是量子物体的真实属性，这已为20世纪70年代以来不计其数的精心实验所证明。这些研究被一次次当作在量子理论方面“爱因斯坦错了”的证据来宣传，但不幸的是，很多关于爱因斯坦为什么“错了”的讨论，自己才是错的。或许这些头条文章的作者应该听玻尔一句话：一条深刻的真理的反面也是深刻的真理。 • 在关于纠缠你需要知道的事情里，最主要的是：它告诉我们，量子物体拥有的属性，可能不完全在该物体上。至少这是纠缠的表述之一。表达纠缠的方式不止一种，但对于这种概念，我们也缺乏可以精确而清晰地传达它的语言，因此我们需要通过几种不同的方式来看待它们，才能开始理解它们到底是什么意思。说一个物体的属性不仅仅在该物体身上，这是什么意思？说我的钢笔是黑色的，那这个黑色可不会存在于钢笔之外。但如果我说钢笔的黑色在某种程度上与我的铅笔有联系呢？我不是说铅笔也是黑色的，只是说钢笔的黑色的一部分也在铅笔里。这番话听起来好像没什么意义，对吧？那我们换一种说法。如果我的钢笔和铅笔是相互纠缠的量子物体，那有可能我仔细观察了这支钢笔，了解了关于它所有能了解的信息后，仍然不确知它是什么颜色的——因为它的颜色并不完全在它自身之内。或者我可以把钢笔和铅笔放在一起研究，把它们当成一对纠缠物体来看待，测量关于它们所有可以了解的信息。比方说，我可以测量它们共有的“颜色”。而如果它们相互纠缠，那么我哪怕已经完全了解了这一对物体（即知道了所有的可知信息），对其中一个物体很可能仍然可说甚少，甚至无话可说，比如它们中的某一个是什么颜色。这不是因为我观察得不够仔细，而是因为纠缠的钢笔和铅笔可能没有定域的属性，其中一个不能被赋予颜色这种属性。粗略来讲，纠缠差不多就是这个意思。或许可以说，因为这种量子现象，单个物体可能不再具有可定义的特征。我们接下来看看它是怎么被发现的。 • 量子力学最让爱因斯坦烦恼的一个方面，即他所说的“上帝掷骰子”，就是随机性取代了因......