上帝掷骰子吗？量子物理史话（二） (5-1)

八、决战

· 对于爱因斯坦来说，一个没有严格因果律的物理世界是不可想象的。物理规律应该统治一切，每一个事件都处在一个原因结果的链条中，而不依赖于什么“随机性”。

· 爱因斯坦提出，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。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，以至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△m，根据相对论的质能方程E=mc^2，可以精确地算出箱子内部减少的能量△E。那么，△E和△t都很确定，海森堡的公式△E×△t＞h也就不成立。所以整个量子论是错误的。

· 玻尔指出：一个光子跑了，箱子轻了△m。我们用一个弹簧秤测量这个△m，设置一个零点，然后看箱子位移了多少。假设位移为△q，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，时间的快慢也要随之改变相应的△t。可以根据公式计算出：△t＞h/△mc^2。再代以质能公式△E=△mc^2，则得到最终的结果：△t△E＞h，这正是海森堡测不准关系。

· 想象一个大粒子，它本身自旋为0。但它很快就会衰变成两个小粒子，向相反的两个方向飞开去。假设这两个小粒子有两种可能的自旋，“左”和“右”，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。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。假设有两个观察者在宇宙的两端，在某个时刻t同时进行了观测。那么，这两个粒子会同时变成了“左”和“右”。既然不可能有超过光速的信号传播，那么说粒子A和B在观测前是“不确定的幽灵”显然是难以自圆其说的。唯一的可能是两个粒子从分离的一刹那开始，其状态已经客观地确定了，后来人们的观测只不过是得到了这种状态的信息。粒子在观测时才变成真实的说法违背了相对论的原理，它其中涉及瞬间传播的信号。这个诘难被称为“EPR佯谬”。

· 玻尔认为，当没有观测的时候，不存在一个客观独立的世界，所谓“实在”只有和观测手段连起来讲才有意义。在观测之前，并没有“两个粒子”，而只有“一个粒子”。A和B“本来”没有什么自旋，直到我们采用某种方式观测了它们之后，所谓的“自旋”才具有物理意义，两个粒子才变成真实，变成客观独立的存在。

· 我们把一个原子放在一个不透明的箱子中让它保持这种叠加状态。现在薛定谔想象了一种结构巧妙的精密装置，每当原子衰变而放出一个中子，它就激发一连串连锁反应，最终结果是打破箱子里的一个毒气瓶，而同时在箱子里的还有一只猫。当一切都被锁在箱子里时，因为我们没有观察，所以那个原子处在衰变/不衰变的叠加状态。因为原子的状态不确定，所以它是否打碎了毒气瓶也不确定。而毒气瓶的状态不确定，必然导致猫的状态也不确定，它和我们的原子一样处在叠加态，这只猫当时陷入一种死/活的混合。

九、歧途

· 冯·诺伊曼指出，我们用于测量目标的那些仪器本身也是由不确定的粒子组成的，它们自己也拥有自己的波函数。当我们用仪器去测量仪器，这整个链条的最后一台仪器总是处在不确定状态中，这叫作“无限复归”。

· 只有当电子的随机选择结果被“意识到了”，它才真正地变为现实，从波函数中脱胎而出来到这个世界上。而只要它还没有“被意识到”，波函数便总是停留在不确定的状态。

· “维格纳的朋友”是他所想象的某个熟人，当薛定谔的猫在箱子里默默地等待命运的判决之时，这位朋友戴着一个防毒面具也同样待在箱子里观察这只猫。当朋友的意识被包含在整个系统中的时候，叠加态就不适用了。箱子里的波函数还是因为朋友的观测而不断地被触动，因此只有活猫或者死猫两个纯态的可能。

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