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畔ⅲ簧踔粱苟涎浴俺匀弧保╬aranormal phenomena)现象(如预言)因此可以接受!这种事情是怎么发生的呢?爱因斯坦反对量子力学在某种程度上,这个故事要从爱因斯坦对量子力学的态度开始。在20世纪早期,爱因斯坦在关于光子的辉煌的研究中,认真地利用普朗克(MaxPlanck)提出的量子假说,从而为量子力学的发展铺平了道路。但尽管如此,爱因斯坦却不喜欢量子力学。1930 年,在布鲁塞尔的索尔维会议上,爱因斯坦提出一个论证,声称量子力学前后矛盾。玻尔和他的同事们在接下来的几天里疯狂般地研究爱因斯坦的论证,想找出这位伟人论据中的漏洞。在会议结束之前,他们终于可以向爱因斯坦证明:爱因斯坦忽略了一些事情;令人惊奇的是,他忘掉了的正是广义相对论的效应!考虑了这个效应之后,所谓的前后矛盾就消失了。
在这之后,爱因斯坦放弃了试图证明量子力学内部的不一致性,而集中精力对他相信(而量子力学违背)的原理,给出一个应该遵守的正确的理论框架。1935 年,他与另两位年轻的助手玻多尔斯基和罗森(Podolskyand Rosen)合作,发表了一篇论文,在论文中他们描述了这个原理和一个假想实验,在这个实验里量子力学不能和这原理一致。这个原理,爱因斯坦称之为“完备性”(pleteness),向量子力学的最本质特性发起了挑战。
下面我们简略地谈谈爱因斯坦的要求。如果用某种测量方法,可以确定地预言某一特殊量Q 的值,而且如果用另一种完全不同的测量方法,可以确定地预言另一个量R 的值,那么,按照完备性的概念,人们可以同时赋予两个量Q 和R 精确的值。爱因斯坦和他的助手成功地找到一些量,这些量(如同一物体的位置和动量)在量子力学里不可能在同时赋予精确的值。于是,在量子力学和完备性之间出现了一个直接的矛盾。一次测量在一给定时间里可以赋予粒子精确位置,另一次测量在相同的时间里可以精确地给出动量,在量子力学里,这两个测量之间的实际关系是怎么样的呢?这两个测量发生在两个不同的分枝,而且彼此脱散(就像一个历史分枝中一匹马在一次比赛中获胜,另一个分枝则是另一匹马获胜)。爱因斯坦的条件相当于说,两个可供选择的分枝的结果必须共同接受。这显然是要我们放弃量子力学。隐变量
事实上,爱因斯坦并不想用另一种不同的理论框架替代量子力学。在另外一些地方他指出,他相信量子力学的成就仅仅是近似正确的理论结果,并且是另外一种理论预言的统计平均。爱因斯坦的想法在不同的理论家和在不同的时期里,呈现出一个更确定的形式,即量子力学可能被一个决定论的、经典的框架所替代,但在这个框架里有非常之多的“隐变量”(hiddenvariables)。这些变量可以想像成是一些看不见的苍蝇,在宇宙各处嗡嗡地飞来飞去,近乎随机地与基本粒子相互作用,并影响基本粒子的行为。只要这些苍蝇不能被探察到,理论物理学家们能做出的预言,最多也只是对苍蝇的运动作出平均的统计。但这些看不见的苍蝇可以引起无法预言的涨落,而这些涨落又造成了不确定性。希望在于这些不确定性能以某种方式与量子力学相适应,从而使这种图式的预言与量子力学的预言相一致,而我们知道,后者的预言得到了众多观测的证实。玻姆和爱因斯坦
我知道有一位理论物理学家至少在一段时间内,在下述两种情况下犹豫不决:一方面相信量子力学,另一方面又想也许可以用一种像“隐变量”之类的东西替代量子力学。这位物理学家就是戴维·玻姆(David Bohm),他用毕生的精力试图了解量子力学的意义。
1951 年,当我刚拿到博士学位并在普林斯顿高级研究所做博士后的时候,戴维是普林斯顿大学的助理教授。我们俩都是单身汉,常常在傍晚绕着普林斯顿散步,并讨论物理学的问题。戴维告诉我,他作为一个马克思主义者很难相信量子力学(马克思主义者倾向于认为他们的理论是完全决定论的)。既然量子力学取得了巨大的成功,而且又不与任何观测相矛盾,他曾经试图承认量子力学在哲学上终究是可以接受的。在试图让量子力学与他的马克思主义信仰相协调时,他曾就量子理论写过一本基础教科书,强调诠释问题。当这本书快出版时,戴维焦急地想把有关章节拿给爱因斯坦看,看他能否说服这个伟人的反对意见。戴维请我安排一次会见。我回答说,我不合适做这件事,因为我跟爱因斯坦很不熟悉,但我可以和杜卡斯(Dukas)小姐谈一下,她是爱因斯坦的秘书,虽然很难对付,但是看她能做点什么。
过了一两天后,当我遇见戴维时我告诉他,我正在为约会努力,但他激动地打断我的话,说约会完全不必要了。他的书已经出版了,而且爱因斯坦已经读过了,并打电话告诉戴维说在所有反对他的论著中,戴维的书是他见过的最好的礼物,并且说他们应该在一起共同讨论一下。当我再次见到戴维时,当然急于想知道他们的谈话情况,因此我问了他。他似乎很腼腆地对我说:“他和我作了详谈。我要回到写书以前的我。”从那以后大约40 年,戴维试图对量子力学作再次详细阐述和诠释,以消除他的疑惑。最近,我非常伤心地得知他去世了。EPRB 试验
多年以前,戴维·玻姆建议用一个改变了的和更实际的试验,代替爱因斯坦、玻多尔斯基和罗森的假想的“完备性”实验(这个实验这儿不再多说)。玻姆的实验(又称EPRB 试验,以纪念这4 位物理学家)涉及一个粒子衰变为两个光子。假设这个粒子静止,也没有内部的“自旋”(internal“spin”),然后,两个光子向相反方向运动,它们有相同的能量和同样的偏振。如果一个光子是左圆偏振的(向左旋转),另一个也必将如此;同样,如果一个光子是右圆偏振的(向右旋转),那另一个也将如此。更有甚者,如果一个光子沿一特定轴的平面偏振(即电场沿这个轴振荡),那另一个光子也必然如此。
假定光子在进入探测器以前不受任何干扰,进入探测器后如果测出一个光子的圆偏振,那么另一个光子的偏振就确定了——相同。类似地,如果测出一个光子的平面偏振,那么另一个光子的偏振也就确定下来——仍然相同。爱因斯坦的完备性应该意味着:能够对第二个光子的圆偏振和平面偏振这两者都给出确定的值。但是,一个光子的圆偏振和平面偏振不可能同时给出精确的值(正像一个粒子的位置和动量也不可能同时精确给出一样)。因此,按量子力学的观点,完备性的要求在这种情形也仍然不合理,如爱因斯坦和他的同事当年讨论的结果一样。这两个测量,一个是圆偏振,另一个是平面偏振,是两个可供选择的测量;它们出现在不同的历史分枝上,我们没有理由期望同时考虑两者的结果。EPRB 和隐变量的可选择性
以后,约翰·贝尔(John Bell)的理论研究揭示出,用某些测量两个光子偏振的方法,EPRB 实验的装置可以用来区分量子力学和假定的隐变量理论。贝尔的定理(也称贝尔不等式)涉及到一个特殊的量,这个量可以给出两个光子偏振间的相关性。在量子力学里,这个量可以测出它的值,但经典隐变量理论却不容许。
贝尔的书出版以后,各个小组的实验物理学家都开始做EPRB 实验。大家都急切地等待结果,不过实际上所有的物理学家都一直断定量子力学是正确的,因为它已被许多事实所证实。人们可以料到,当世界上所有对这个实验感兴趣的人听到实验结果后,会轻松地叹一口气,然后又像往日那样生活下去。但是出现了意料之外的情况,有一阵子各种实验报告纷至沓来,断定量子力学已被证明有一些离奇古怪和令人不安的特性。当然,量子力学还是原来的那个量子力学。除了进一步证实了量子力学和接着而来的心慌意乱的傻话以外,并没有出现什么新东西。故事被歪曲了
在新闻媒介和各种各样的书中,主要的歪曲是这些传播暗示,有的甚至明确断言,在测量一个光子的偏振(圆和平面两者)时,不知由于什么原因,影响到了另一个光子。事实上,测量并没有引起任何从一个光子传到另一个光子的物理效应。那么,到底发生了什么?如果在一个特