《量子史話》：一切皆是能量,，能量來(lái)自于空！

作者：曹天元

剪輯：緣和

（一）潘多拉盒子里裝的原來(lái)是薛定諤的骰子,！

1926年中,，波恩在薛定諤方程剛出爐不久后就熱情地贊嘆了他的成就,，稱波動(dòng)方程“是量子規(guī)律中最深刻的形式”,。

但怎么去解釋它卻是一個(gè)大大不同的問(wèn)題。

首先人們要問(wèn)的就是,，薛定諤的那個(gè)波函數(shù)ψ,，它在物理上代表了什么意義？

薛定諤的ψ,，就是在空間中定義的某種分布函數(shù),，只是人們還不知道它的物理意義是什么。

現(xiàn)在讓我們放松一下,，想象自己在某個(gè)晚會(huì)上,，主持人安排了一個(gè)趣味猜謎節(jié)目供大家消遣。

“女士們先生們,?！?/span>

他興高采烈地宣布，“我們來(lái)玩一個(gè)猜東西的游戲,，誰(shuí)先猜出這個(gè)箱子里藏的是什么,，誰(shuí)就能得到晚會(huì)上的最高榮譽(yù)?！?/span>

大家定睛一看,，那個(gè)大箱子似乎沉甸甸的，還真像藏著好東西,，箱蓋上古色古香寫了幾個(gè)大字：“薛定諤方程”,。

“好吧，可是什么都看不見(jiàn),，怎么猜呢,？”人們抱怨道。

“那當(dāng)然那當(dāng)然,?！敝鞒秩诉B忙說(shuō)。

“我們不是學(xué)孫悟空玩隔板猜物,，再說(shuō)這里面也決不是破爛溜丟一口鐘,，那可是貨真價(jià)實(shí)的關(guān)系到整個(gè)物理學(xué)的寶貝,。嗯，是這樣的,，雖然我們都看不見(jiàn)它,，但它的某些性質(zhì)卻是可以知道的，我會(huì)不斷地提示大家,，看誰(shuí)先猜出來(lái),。”

眾人一陣鼓噪,，就這樣游戲開(kāi)始了,。

“這件東西，我們不知其名,，強(qiáng)名之曰ψ,。”

主持人清了清嗓門說(shuō),，“我可以告訴大家的是,，它代表了原子體系中電子的某個(gè)函數(shù)?！?/span>

下面頓時(shí)七嘴八舌起來(lái)：“能量,？頻率？速度,？距離,？時(shí)間？電荷,？質(zhì)量,？”

主持人不得不提高嗓門喊道：“安靜，安靜,，我們還剛剛開(kāi)始呢,，不要亂猜啊。

從現(xiàn)在開(kāi)始誰(shuí)猜錯(cuò)了就失去參賽資格,?！庇谑撬查g鴉雀無(wú)聲。

“好,?！敝鞒秩藵M意地說(shuō)，“那么我們繼續(xù),。第二個(gè)條件是這樣的：通過(guò)我的觀察,，我發(fā)現(xiàn)，這個(gè)ψ是一個(gè)連續(xù)不斷的東西,?！?/span>

這次大家都不敢說(shuō)話,，但各人迅速在心里面做了排除。既然是連續(xù)不斷,，那么我們已知的那些量子化的條件就都排除了,。

比如我們都已經(jīng)知道電子的能級(jí)不是連續(xù)的，那ψ看起來(lái)不像是這個(gè)東西,。

“接下來(lái),，通過(guò)ψ的構(gòu)造可以看出，這是一個(gè)沒(méi)有量綱的函數(shù),。但它同時(shí)和電子的位置有某些聯(lián)系,，對(duì)于每一個(gè)電子來(lái)說(shuō)，它都在一個(gè)虛擬的三維空間里擴(kuò)展開(kāi)去,?！?/span>

話說(shuō)到這里好些人已經(jīng)糊涂了,，只有幾個(gè)思維特別敏捷的還在緊張地思考,。

“總而言之，ψ如影隨形地伴隨著每一個(gè)電子,，在它所處的那個(gè)位置上如同一團(tuán)云彩般地?cái)U(kuò)散開(kāi)來(lái),。這云彩時(shí)而濃厚時(shí)而稀薄，但卻是按照某種確定的方式演化,。而且,，我再?gòu)?qiáng)調(diào)一遍，這種擴(kuò)散及其演化都是經(jīng)典的,，連續(xù)的,，確定的?！?/span>

于是眾人都陷入冥思苦想中,，一點(diǎn)頭緒都沒(méi)有。

“是的,，云彩,，這個(gè)比喻真妙?！?/span>這時(shí)候一個(gè)面容瘦削,，戴著夾鼻眼睛的男人呵呵笑著站起來(lái)說(shuō)。

主持人趕緊介紹：“女士們先生們,，這位就是薛定諤先生,，也是這口寶箱的發(fā)現(xiàn)者?！?/span>

大家于是一陣鼓掌,，然后屏息凝神地聽(tīng)他要發(fā)表什么高見(jiàn),。

“嗯，事情已經(jīng)很明顯了,，ψ是一個(gè)空間分布函數(shù),。”

薛定諤滿有把握地說(shuō),，“當(dāng)它和電子的電荷相乘,，就代表了電荷在空間中的實(shí)際分布。云彩,，尊敬的各位,，電子不是一個(gè)粒子，它是一團(tuán)波,，像云彩一般地在空間四周擴(kuò)展開(kāi)去,。我們的波函數(shù)恰恰描述了這種擴(kuò)展和它的行為。電子是沒(méi)有具體位置的,，它也沒(méi)有具體的路徑,，因?yàn)樗且粓F(tuán)云，是一個(gè)波,，它向每一個(gè)方向延伸——雖然衰減得很快,，這使它粗看來(lái)像一個(gè)粒子……”

薛定諤這番雄辯的演講無(wú)疑深深感染了在場(chǎng)的絕大部分觀眾，因?yàn)槿巳褐斜l(fā)出一陣熱烈的掌聲和喝彩聲,。

但是,，等等，有一個(gè)人在不斷地?fù)u頭,，顯得不以為然的樣子,，薛定諤很快就認(rèn)出，那是哥廷根的波恩,，海森堡的老師,。

他不是剛剛稱贊過(guò)自己的方程嗎？難道海森堡這小子又用了什么辦法把他拉攏過(guò)去了不成,？

“嗯,，薛定諤先生”，波恩清了清嗓子站起來(lái)說(shuō),，“首先我還是要對(duì)您的發(fā)現(xiàn)表示由衷的贊嘆,，這無(wú)疑是稀世奇珍，不是每個(gè)人都有如此幸運(yùn)做出這樣偉大的成就的,?！?/span>

薛定諤點(diǎn)了點(diǎn)頭，心情放松了一點(diǎn),。

“但是,，”波恩接著說(shuō),，“我可以問(wèn)您一個(gè)問(wèn)題嗎？雖然這是您找到的,，但您本人有沒(méi)有真正地打開(kāi)過(guò)箱子,，看看里面是什么呢？”

這令薛定諤大大地尷尬,，他踟躇了好一會(huì)兒才回答：“說(shuō)實(shí)話,，我也沒(méi)有真正看見(jiàn)過(guò)里面的東西，因?yàn)槲覜](méi)有箱子的鑰匙,?！?/span>

眾人一片驚詫。

“如果是這樣的話,，”波恩小心翼翼地說(shuō),，“我倒以為，我不太同意您剛才的猜測(cè)呢,?！?/span>

“哦？”兩個(gè)人對(duì)視了一陣,，薛定諤終于開(kāi)口說(shuō)：“那么您以為,，這里面究竟是什么東西呢,？”

“毫無(wú)疑問(wèn),，”波恩凝視著那雕滿了古典花紋的箱子和它上面那把沉重的大鎖。

“這里面藏著一些至關(guān)緊要的事物,，它的力量足以改變整個(gè)物理學(xué)的面貌,。但是，我也有一種預(yù)感,，這股束縛著的力量是如此強(qiáng)大,，它將把物理學(xué)搞得天翻地覆。當(dāng)然,，你也可以換個(gè)詞語(yǔ)說(shuō),，為物理學(xué)帶來(lái)無(wú)邊的混亂?！?/span>

“哦,，是嗎？”薛定諤驚奇地說(shuō),，“照這么說(shuō)來(lái),，難道它是潘多拉的盒子？”

“嗯,?！辈ǘ鼽c(diǎn)了點(diǎn)頭,。

“人們將陷入困惑和爭(zhēng)論中，物理學(xué)會(huì)變成一個(gè)難以理解的奇幻世界,。老實(shí)說(shuō),，雖然我隱約猜到了里面是什么，我還是不能確定該不該把它說(shuō)出來(lái),?！?/span>

薛定諤盯著波恩：“我們都相信科學(xué)的力量，在于它敢于直視一切事實(shí),，并毫不猶豫地去面對(duì)它,，檢驗(yàn)它，把握它,，不管它是什么,。何況，就算是潘多拉盒子,，我們至少也還擁有盒底那最寶貴的東西,，難道你忘了嗎？”

“是的,，那是希望,。”波恩長(zhǎng)出了一口氣,，“你說(shuō)的對(duì),，不管是禍?zhǔn)歉＃覀冎辽龠€擁有希望,。只有存在爭(zhēng)論,，物理學(xué)才擁有未來(lái)?！?/span>

“那么,，你說(shuō)這箱子里是……？”全場(chǎng)一片靜默,，人人都不敢出聲,。

波恩突然神秘地笑了：“我猜，這里面藏的是……”

“……骰子,?！?/span>

（二）潘多拉的骰子挑戰(zhàn)了決定論！

骰子,？骰子是什么東西,？

它應(yīng)該出現(xiàn)在大富翁游戲里，應(yīng)該出現(xiàn)在澳門和拉斯維加斯的賭場(chǎng)中。

但是,，物理學(xué),？不，那不是它應(yīng)該來(lái)的地方,。

骰子代表了投機(jī),，代表了不確定，而物理學(xué)不是一門最嚴(yán)格最精密,，最不能容忍不確定的科學(xué)嗎,？

可以想象，當(dāng)波恩于1926年7月將骰子帶進(jìn)物理學(xué)后,，是引起了何等的軒然大波,。

圍繞著這個(gè)核心解釋所展開(kāi)的爭(zhēng)論激烈而尖銳，把物理學(xué)加熱到了沸點(diǎn),。

這個(gè)話題是如此具有爭(zhēng)議性,，很快就要引發(fā)20世紀(jì)物理史上最有名的一場(chǎng)大論戰(zhàn)。

而可憐的波恩一直要到整整28年后,，才因?yàn)檫@一杰出的發(fā)現(xiàn)而獲得諾貝爾獎(jiǎng)金——比他的學(xué)生們晚上許多,。

不管怎么樣，我們還是先來(lái)看看波恩都說(shuō)了些什么,。

骰子,，這才是薛定諤波函數(shù)ψ的解釋，它代表的是一種隨機(jī),，一種概率,，而決不是薛定諤本人所理解的，是電子電荷在空間中的實(shí)際分布,。

波恩爭(zhēng)辯道,，ψ,或者更準(zhǔn)確一點(diǎn)，ψ的平方,，代表了電子在某個(gè)地點(diǎn)出現(xiàn)的“概率”。

電子本身不會(huì)像波那樣擴(kuò)展開(kāi)去,，但是它的出現(xiàn)概率則像一個(gè)波,，嚴(yán)格地按照ψ的分布所展開(kāi)。

我們來(lái)回憶一下電子或者光子的雙縫干涉實(shí)驗(yàn),，這是電子波動(dòng)性的最好證明,。

當(dāng)電子穿過(guò)兩道狹縫后，便在感應(yīng)屏上組成了一個(gè)明暗相間的圖案,，展示了波峰和波谷的相互增強(qiáng)和抵消,。

但是，正如粒子派指出的那樣,，每次電子只會(huì)在屏上打出一個(gè)小點(diǎn),，只有當(dāng)成群的電子穿過(guò)雙縫后,，才會(huì)逐漸組成整個(gè)圖案。

現(xiàn)在讓我們來(lái)做一個(gè)思維實(shí)驗(yàn),，想象我們有一臺(tái)儀器,，它每次只發(fā)射出一個(gè)電子。

這個(gè)電子穿過(guò)雙縫,，打到感光屏上,，激發(fā)出一個(gè)小亮點(diǎn)。

那么,，對(duì)于這一個(gè)電子,，我們可以說(shuō)些什么呢？很明顯,，我們不能預(yù)言它組成類波的干涉條紋,，因?yàn)橐粋€(gè)電子只會(huì)留下一個(gè)點(diǎn)而已。

事實(shí)上,，對(duì)于這個(gè)電子將會(huì)出現(xiàn)在屏幕上的什么地方,，我們是一點(diǎn)頭緒都沒(méi)有的，多次重復(fù)我們的實(shí)驗(yàn),，它有時(shí)出現(xiàn)在這里,，有時(shí)出現(xiàn)在那里，完全不是一個(gè)確定的過(guò)程,。

不過(guò),，我們經(jīng)過(guò)大量的觀察，卻可以發(fā)現(xiàn),，這個(gè)電子不是完全沒(méi)有規(guī)律的：

它在某些地方出現(xiàn)的可能性要大一些,，在另一些地方則小一些。

它出現(xiàn)頻率高的地方,，恰恰是波動(dòng)所預(yù)言的干涉條紋的亮處,，它出現(xiàn)頻率低的地方則對(duì)應(yīng)于暗處。

現(xiàn)在我們可以理解為什么大量電子能組成干涉條紋了,，因?yàn)殡m然每一個(gè)電子的行為都是隨機(jī)的,，但這個(gè)隨機(jī)分布的總的模式卻是確定的，它就是一個(gè)干涉條紋的圖案,。

這就像我們擲骰子,，雖然每一個(gè)骰子擲下去，它的結(jié)果都是完全隨機(jī)的,，從1到6都有可能,，但如果你投擲大量的骰子到地下，然后數(shù)一數(shù)每個(gè)點(diǎn)的數(shù)量，你會(huì)發(fā)現(xiàn)1到6的結(jié)果差不多是平均的,。

關(guān)鍵是,，單個(gè)電子總是以一個(gè)點(diǎn)的面貌出現(xiàn)，它從來(lái)不會(huì)像薛定諤所說(shuō)的那樣,，在屏幕上打出一灘圖案來(lái),。

只有大量電子接二連三地跟進(jìn)，總的干涉圖案才會(huì)逐漸出現(xiàn),。

其中亮的地方也就是比較多的電子打中的地方,，換句話說(shuō)，就是單個(gè)電子比較容易出現(xiàn)的地方,，暗的地帶則正好相反,。

如果我們發(fā)現(xiàn)，有9成的粒子聚集在亮帶,，只有1成的粒子在暗帶,，那么我們就可以預(yù)言，對(duì)于單個(gè)粒子來(lái)說(shuō),，它有90％的可能出現(xiàn)在亮帶的區(qū)域,，10％的可能出現(xiàn)在暗帶。

但是,，究竟出現(xiàn)在哪里,，我們是無(wú)法確定的,，我們只能預(yù)言概率而已,。

我們只能預(yù)言概率而已。

但是,，等等,，我們?cè)趺锤译S便說(shuō)出這種話來(lái)呢,？

這不是對(duì)于古老的物理學(xué)的一種大不敬嗎？

從伽利略牛頓以來(lái),，成千上百的先輩們?yōu)檫@門科學(xué)嘔心瀝血,，建筑起了這樣宏偉的構(gòu)筑，它的力量統(tǒng)治整個(gè)宇宙,，從最大的星系到最小的原子,，萬(wàn)事萬(wàn)物都在它的威力下必恭必敬地運(yùn)轉(zhuǎn)。

任何巨大的或者細(xì)微的動(dòng)作都逃不出它的力量,。

星系之間產(chǎn)生可怕的碰撞，釋放出難以想象的光和熱,，并誕生數(shù)以億計(jì)的新恒星,；

宇宙射線以驚人的高速穿越遙遠(yuǎn)的空間，見(jiàn)證亙古的時(shí)光；

微小得看不見(jiàn)的分子們你推我搡,，喧鬧不停,；

地球莊嚴(yán)地圍繞著太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，它自己的自轉(zhuǎn)軸同時(shí)以難以覺(jué)察的速度輕微地振動(dòng),；

堅(jiān)硬的巖石隨著時(shí)光流逝而逐漸風(fēng)化,；

鳥兒撲動(dòng)它的翅膀，借著氣流一飛沖天,。

這一切的一切,，不都是在物理定律的監(jiān)視下一絲不茍地進(jìn)行的嗎？

更重要的是,，物理學(xué)不僅能夠解釋過(guò)去和現(xiàn)在,，它還能預(yù)言未來(lái)。

我們的定律和方程能夠毫不含糊地預(yù)測(cè)一顆炮彈的軌跡以及它降落的地點(diǎn),；

我們能預(yù)言幾千年后的日食,，時(shí)刻準(zhǔn)確到秒；

給我一張電路圖,，多復(fù)雜都行,，我能夠說(shuō)出它將做些什么；

我們制造的機(jī)器乖乖地按照我們預(yù)先制定好的計(jì)劃運(yùn)行,。

事實(shí)上,，對(duì)于任何一個(gè)系統(tǒng)，只要給我足夠的初始信息,，賦予我足夠的運(yùn)算能力,，我能夠推算出這個(gè)體系的一切歷史，從它最初怎樣開(kāi)始運(yùn)行,，一直到它在遙遠(yuǎn)的未來(lái)的命運(yùn),，一切都不是秘密。

是的,，一切系統(tǒng),，哪怕骰子也一樣。告訴我骰子的大小,，質(zhì)量,，質(zhì)地，初速度,，高度,，角度，空氣阻力,，桌子的質(zhì)地,，摩擦系數(shù),，告訴我一切所需要的情報(bào)，那么,，只要我擁有足夠的運(yùn)算能力,，我可以毫不遲疑地預(yù)先告訴你，這個(gè)骰子將會(huì)擲出幾點(diǎn)來(lái),。

物理學(xué)統(tǒng)治整個(gè)宇宙,，它的過(guò)去和未來(lái)，一切都盡在掌握,。這已經(jīng)成了物理學(xué)家心中深深的信仰,。

19世紀(jì)初，法國(guó)的大科學(xué)家拉普拉斯在用牛頓方程計(jì)算出了行星軌道后,，把它展示給拿破侖看,。

拿破侖問(wèn)道：“在你的理論中，上帝在哪兒呢,？”

拉普拉斯平靜地回答：“陛下,，我的理論不需要這個(gè)假設(shè)?！?/span>

是啊,，上帝在物理學(xué)中能有什么位置呢？

一切都是由物理定律來(lái)統(tǒng)治的,，每一個(gè)分子都遵照物理定律來(lái)運(yùn)行,。

如果說(shuō)上帝有什么作用的話，他最多是在一開(kāi)始推動(dòng)了這個(gè)體系一下,，讓它得以開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)罷了,。

在之后的漫長(zhǎng)歷史中，有沒(méi)有上帝都是無(wú)關(guān)緊要的了,，上帝被物理學(xué)趕出了舞臺(tái),。“我不需要上帝這個(gè)假設(shè),?！崩绽拐驹谀闷苼雒媲罢f(shuō)。

這可算科學(xué)最光榮最輝煌的時(shí)刻之一了,，它把無(wú)邊的自豪和驕傲播撒到每一個(gè)科學(xué)家的心中,。

不僅不需要上帝，拉普拉斯想象,，假如我們有一個(gè)妖精,，一個(gè)大智者，或者任何擁有足夠智慧的人物,，假如他能夠了解在某一刻,，這個(gè)宇宙所有分子的運(yùn)動(dòng)情況的話,，那么他就可以從正反兩個(gè)方向推演,，從而得出宇宙在任意時(shí)刻的狀態(tài),。

對(duì)于這樣的智者來(lái)說(shuō)，沒(méi)有什么過(guò)去和未來(lái)的分別,，一切都?xì)v歷在目,。

宇宙從它出生的那一剎那開(kāi)始，就墜入了一個(gè)預(yù)定的軌道,，它嚴(yán)格地按照物理定律發(fā)展,，沒(méi)有任何岔路可以走，一直到遇見(jiàn)它那注定的命運(yùn)為止,。

就像你出手投籃,，那么，這究竟是一個(gè)三分球,，還是打中籃筐彈出,，或者是一個(gè)“全中”，這都在你出手的一剎那決定了,，之后我們所能做的,，就是看著它按照寫好的劇本發(fā)展而已。

是的,，科學(xué)家知道過(guò)去,；

是的，科學(xué)家明白現(xiàn)在,；

是的,，科學(xué)家了解未來(lái)。

只要掌握了定律,，只要搜集足夠多的情報(bào),，只要能夠處理足夠大的運(yùn)算量，科學(xué)家就能如同上帝一般無(wú)所不知,。

整個(gè)宇宙只不過(guò)是一臺(tái)精密的機(jī)器,，它的每個(gè)零件都按照定律一絲不茍地運(yùn)行，這種想法就是古典的,，嚴(yán)格的決定論,。

宇宙從出生的那一剎那起，就有一個(gè)確定的命運(yùn),。我們現(xiàn)在無(wú)法了解它,，只是因?yàn)槲覀兯赖男畔⑻俣选?/span>

那么多的天才前仆后繼，那么多的偉人嘔心瀝血,，那么多在黑暗中的探索,，掙扎,，奮斗，這才凝結(jié)成物理學(xué)在19世紀(jì)黃金時(shí)代的全部光榮,。

物理學(xué)家終于可以說(shuō),，他們能夠預(yù)測(cè)神秘的宇宙了，因?yàn)樗麄冋业搅擞钪孢\(yùn)行的奧秘,。

他們說(shuō)這話時(shí),，帶著一種神圣而不可侵犯的情感，決不饒恕任何敢于輕視物理學(xué)力量的人,。

可是,，現(xiàn)在有人說(shuō)，物理不能預(yù)測(cè)電子的行為,，它只能找到電子出現(xiàn)的概率而已,。

無(wú)論如何，我們也沒(méi)辦法確定單個(gè)電子究竟會(huì)出現(xiàn)在什么地方,，我們只能猜想,，電子有90％的可能出現(xiàn)在這里，10％的可能出現(xiàn)在那里,。

這難道不是對(duì)整個(gè)物理歷史的挑釁,，對(duì)物理學(xué)的光榮和尊嚴(yán)的一種侮辱嗎？

我們不能確定,？物理學(xué)的詞典里是沒(méi)有這個(gè)字眼的,。

在中學(xué)的物理考試中，題目給了我們一個(gè)小球的初始參數(shù),，要求t時(shí)刻的狀態(tài),，你敢寫上“我不能確定”嗎？要是你這樣做了,，你的物理老師準(zhǔn)會(huì)氣得吹胡子瞪眼睛,，并且毫不猶豫地給你亮個(gè)紅燈。

不能確定,？不可能,，物理學(xué)什么都能確定。

誠(chéng)然,，有時(shí)候?yàn)榱朔奖?，我們也?huì)引進(jìn)一些統(tǒng)計(jì)的方法，比如處理大量的空氣分子運(yùn)動(dòng)時(shí),，但那是完全不同的一個(gè)問(wèn)題,。

科學(xué)家只是凡人，無(wú)法處理那樣多的復(fù)雜計(jì)算,，所以應(yīng)用了統(tǒng)計(jì)的捷徑,。但是從理論上來(lái)說(shuō),，只要我們了解每一個(gè)分子的狀態(tài)，我們完全可以嚴(yán)格地推斷出整個(gè)系統(tǒng)的行為,，分毫不爽,。

然而波恩的解釋不是這樣，波恩的意思是,，就算我們把電子的初始狀態(tài)測(cè)量得精確無(wú)比,，就算我們擁有最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)可以計(jì)算一切環(huán)境對(duì)電子的影響，即便如此,，我們也不能預(yù)言電子最后的準(zhǔn)確位置。

這種不確定不是因?yàn)槲覀兊挠?jì)算能力不足而引起的,，它是深藏在物理定律本身內(nèi)部的一種屬性,。

即使從理論上來(lái)說(shuō)，我們也不能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)大自然,。

這已經(jīng)不是推翻某個(gè)理論的問(wèn)題,，這是對(duì)整個(gè)決定論系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，而決定論是那時(shí)整個(gè)科學(xué)的基礎(chǔ),。

量子論挑戰(zhàn)整個(gè)科學(xué),。

對(duì)于許多物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)不可原諒的假設(shè),。骰子,？不確定？別開(kāi)玩笑了,。

對(duì)于他們中的好些人來(lái)說(shuō),，物理學(xué)之所以那樣迷人，那樣富有魔力,，正是因?yàn)樗羁?，明晰，能夠確定一切,，掃清人們的一切疑惑,，這才使他們義無(wú)反顧地投身到這一事業(yè)中去。

現(xiàn)在,，物理學(xué)竟然有變成搖獎(jiǎng)機(jī)器的危險(xiǎn),，竟然要變成一個(gè)擲骰子來(lái)決定命運(yùn)的賭徒，這怎么能夠容忍呢,？

不確定,？

一場(chǎng)史無(wú)前例的大爭(zhēng)論即將展開(kāi)，在爭(zhēng)吵和辯論后面是激動(dòng),，顫抖,，絕望,，淚水，伴隨著整個(gè)決定論在20世紀(jì)的悲壯謝幕,。

可以說(shuō)決定論的興衰濃縮了整部自然科學(xué)在20世紀(jì)的發(fā)展史,。

科學(xué)從牛頓和拉普拉斯的時(shí)代走來(lái)，輝煌的成功使它一時(shí)得意忘形,，認(rèn)為它具有預(yù)測(cè)一切的能力,。

決定論認(rèn)為，萬(wàn)物都已經(jīng)由物理定律所規(guī)定下來(lái),，連一個(gè)細(xì)節(jié)都不能更改,。

過(guò)去和未來(lái)都像已經(jīng)寫好的劇本，宇宙的發(fā)展只能嚴(yán)格地按照這個(gè)劇本進(jìn)行,，無(wú)法跳出這個(gè)窠臼,。

矜持的決定論在20世紀(jì)首先遭到了量子論的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，隨后混沌動(dòng)力學(xué)的興起使它徹底被打垮,。

決定論的垮臺(tái)是否注定了自由意志的興起,？這在哲學(xué)上是很值得探討的。

事實(shí)上,，在量子論之后,，物理學(xué)越來(lái)越陷于形而上學(xué)的爭(zhēng)論中。也許形而上學(xué)應(yīng)該改個(gè)名字叫“量子論之后”,。

（三）波還是粒子,？模擬一個(gè)電子的神奇旅程！

在我們出發(fā)去回顧新量子論與經(jīng)典決定論的那場(chǎng)驚心動(dòng)魄的悲壯決戰(zhàn)之前,，還是讓我們先來(lái)關(guān)注一下歷史遺留問(wèn)題,，也就是我們的微粒和波動(dòng)的宿怨。

波恩的概率解釋無(wú)疑是對(duì)薛定諤傳統(tǒng)波動(dòng)解釋的一個(gè)沉重打擊,，現(xiàn)在,，微粒似乎可以暫時(shí)高興一下了。

但是波動(dòng)沒(méi)有被嚇倒,，說(shuō)實(shí)話,，雙方300年的恩怨纏結(jié)，經(jīng)過(guò)那么多風(fēng)風(fēng)雨雨,，早就練就了處變不驚的本領(lǐng),。

“哦，是嗎,？”它冷靜地回應(yīng)道,，“恐怕事情不如你想象得那么簡(jiǎn)單吧？我們不如縮小到電子那個(gè)尺寸，去親身感受一下一個(gè)電子在雙縫實(shí)驗(yàn)中的經(jīng)歷如何,？”

微粒遲疑了一下便接受了：“好吧,，讓你徹底死心也好?！?/span>

那么,，現(xiàn)在讓我們也想象自己縮小到電子那個(gè)尺寸，跟著它一起去看看事實(shí)上到底發(fā)生了什么事,。

一個(gè)電子的直徑小于一億分之一埃,，也就是10^-23米，它的質(zhì)量小于10^-30千克,，變得這樣小,，看來(lái)這必定是一次奇妙的旅程呢。

好,，現(xiàn)在我們已經(jīng)和一個(gè)電子一樣大了,，突然縮小了那么多，還真有點(diǎn)不適應(yīng),，看出去的世界也變得模糊扭曲起來(lái)。

不過(guò),，我們第一次發(fā)現(xiàn),，世界原來(lái)那么空曠，幾乎是空無(wú)一物,，這也情有可原,，從我們的尺度看來(lái)，原子核應(yīng)該像是遠(yuǎn)在天邊吧,？

好,，現(xiàn)在迎面來(lái)了一個(gè)電子，這是個(gè)好機(jī)會(huì),，讓我們睜大眼睛,，仔細(xì)地看一看它究竟是個(gè)粒子還是波？

奇怪,，為什么我們什么都看不見(jiàn)呢,？啊，原來(lái)我們忘了一個(gè)關(guān)鍵的事實(shí),！

要“看見(jiàn)”東西,，必須有光進(jìn)入我們的眼睛才行。但現(xiàn)在我們變得這么小,，即使光——不管它是光子還是光波——對(duì)于我們來(lái)說(shuō)也太大了,。

但是不管怎樣，為了探明這個(gè)秘密，我們必須得找到從電子那里反射過(guò)來(lái)的光,，憑感覺(jué),，我知道從左邊來(lái)了一團(tuán)光（之所以說(shuō)“一團(tuán)”光，是因?yàn)槲也磺宄烤故且粋€(gè)光粒子還是一道光波,，沒(méi)有光,，我也看不到光本身，是吧,？）,，現(xiàn)在讓我們勇敢地迎上去，啊,，秘密就要揭開(kāi)了,！

隨著“砰”地一聲，我們被這團(tuán)光粗暴地?fù)糁?，隨后身不由己地飛到半空中,，被彈出了十萬(wàn)八千里。

這次撞擊使得我們渾身筋骨欲脫,，腦中天旋地轉(zhuǎn),，眼前直冒金星。

我們忘了自己現(xiàn)在是個(gè)什么尺寸,！要不是運(yùn)氣好,，這次碰撞已經(jīng)要了咱們的小命。

當(dāng)好不容易爬起來(lái)時(shí),，早就不知道自己身在何方,，那個(gè)電子更是無(wú)影無(wú)蹤了。

剛才真是好險(xiǎn),，看來(lái)這一招是行不通的,。不過(guò)，我聽(tīng)見(jiàn)聲音了,，是微粒和波動(dòng)在前面爭(zhēng)論呢,，咱們還是跟著這哥倆去看個(gè)究竟。

它們?yōu)榱四M一個(gè)電子的歷程,，從某個(gè)陰極射線管出發(fā),，現(xiàn)在，面前就是那著名的雙縫了,。

“嗨,，微粒?！辈▌?dòng)說(shuō)道,，“假如電子是個(gè)粒子的話，它下一步該怎樣行動(dòng)呢？眼前有兩條縫,，它只能選擇其中之一啊,，如果它是個(gè)粒子，它不可能兩條縫都通過(guò)吧,？”

“嗯,，沒(méi)錯(cuò)?！蔽⒘Ｕf(shuō),，“粒子就是一個(gè)小點(diǎn)，是不可分割的,。我想,，電子必定選擇通過(guò)了其中的某一條狹縫，然后投射到后面的光屏上,，激發(fā)出一個(gè)小點(diǎn),。”

“可是,，”波動(dòng)一針見(jiàn)血地說(shuō),，“它怎能夠按照干涉模式的概率來(lái)行動(dòng)呢？比如說(shuō)它從右邊那條縫過(guò)去了吧,，當(dāng)它打到屏幕前,，它怎么能夠知道，它應(yīng)該有90％的機(jī)會(huì)出現(xiàn)到亮帶區(qū),，10％的機(jī)會(huì)留給暗帶區(qū)呢？”

“要知道這個(gè)干涉條紋可是和兩條狹縫之間的距離密切相關(guān)啊,，要是電子只通過(guò)了一條縫,，它是如何得知兩條縫之間的距離的呢？”

微粒有點(diǎn)尷尬,，它遲疑地說(shuō)：“我也承認(rèn),，伴隨著一個(gè)電子的有某種類波的東西，也就是薛定諤的波函數(shù)ψ,，波恩說(shuō)它是概率,，我們就假設(shè)它是某種看不見(jiàn)的概率波吧?！?/span>

“你可以把它想象成從我身上散發(fā)出去的某種看不見(jiàn)的場(chǎng),，我想，在我通過(guò)雙縫之前,，這種看不見(jiàn)的波場(chǎng)在空間中彌漫開(kāi)去,，探測(cè)到了雙縫之間的距離，從而使我得以知道如何嚴(yán)格地按照概率行動(dòng)。但是,，我的實(shí)體必定只能通過(guò)其中的一條縫,。”

“一點(diǎn)道理也沒(méi)有,?！辈▌?dòng)搖頭說(shuō)。

“我們不妨想象這樣一個(gè)情景吧,，假如電子是一個(gè)粒子,，它現(xiàn)在決定通過(guò)右邊的那條狹縫?！?/span>

“姑且相信你的說(shuō)法,，有某種概率波事先探測(cè)到了雙縫間的距離，讓它胸有成竹知道如何行動(dòng),?？墒牵偃缭谒M(jìn)入右邊狹縫前的那一剎那,，有人關(guān)閉了另一道狹縫,，也就是左邊的那道狹縫，那時(shí)會(huì)發(fā)生什么情形呢,？”

微粒有點(diǎn)臉色發(fā)白,。

“那時(shí)候，”波動(dòng)繼續(xù)說(shuō),。

“就沒(méi)有雙縫了,，只有單縫。電子穿過(guò)一條縫,，就無(wú)所謂什么干涉條紋,。也就是說(shuō)，當(dāng)左邊狹縫關(guān)閉的一剎那,，電子的概率必須立刻從干涉模式轉(zhuǎn)換成普通模式,，變成一條長(zhǎng)狹帶?！?/span>

“現(xiàn)在,，我倒請(qǐng)問(wèn)，電子是如何在穿過(guò)狹縫前的一剎那,，及時(shí)地得知另一條狹縫關(guān)閉這個(gè)事實(shí)的呢,？要知道它可是一個(gè)小得不能再小的電子啊，另一條狹縫距離它是如此遙遠(yuǎn),，就像從上海隔著大洋遙望洛杉磯,?！?/span>

“它如何能夠瞬間作出反應(yīng)，修改自己的概率分布呢,？除非它收到了某種瞬時(shí)傳播來(lái)的信號(hào),，怎么，你想開(kāi)始反對(duì)相對(duì)論了嗎,？”

“好吧,，”微粒不服氣地說(shuō)，“那么,，我倒想聽(tīng)聽(tīng)你的解釋,。”

“很簡(jiǎn)單,，”波動(dòng)說(shuō),，“電子是一個(gè)在空間中擴(kuò)散開(kāi)去的波，它同時(shí)穿過(guò)了兩條狹縫,，當(dāng)然,，這也就是它造成完美干涉的原因了。如果你關(guān)閉一個(gè)狹縫,，那么顯然就關(guān)閉了一部分波的路徑,，這時(shí)就談不上干涉了?！?/span>

“聽(tīng)起來(lái)很不錯(cuò),。”微粒說(shuō),，“照你這么說(shuō),，ψ是某種實(shí)際的波，它穿過(guò)兩道狹縫,，完全確定而連續(xù)地分布著,，一直到擊中感應(yīng)屏前。不過(guò),，之后呢？之后發(fā)生了什么事,？”

“之后……”波動(dòng)也有點(diǎn)語(yǔ)塞,，“之后，出于某種原因,，ψ收縮成了一個(gè)小點(diǎn),。”

“哈,，真奇妙,?！蔽⒘９室獍崖曇衾L(zhǎng)以示諷刺，“你那擴(kuò)散而連續(xù)的波突然變成了一個(gè)小點(diǎn),！請(qǐng)問(wèn)發(fā)生了什么事呢,？波動(dòng)家族突然全體罷工了？”

波動(dòng)氣得面紅耳赤,，它爭(zhēng)辯道：“出于某種我們尚不清楚的機(jī)制……”

“好吧,，”微粒不耐煩地說(shuō)，“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)是吧,？既然我說(shuō)電子只通過(guò)了一條狹縫,，而你硬說(shuō)它同時(shí)通過(guò)兩條狹縫，那么搞清我們倆誰(shuí)對(duì)誰(shuí)錯(cuò)不是很簡(jiǎn)單嗎,？我們只要在兩道狹縫處都安裝上某種儀器,，讓它在有粒子——或者波，不論是什么——通過(guò)時(shí)記錄下來(lái)或者發(fā)出警報(bào),，那不就成了,？這種儀器又不是復(fù)雜而不可制造的?！?/span>

波動(dòng)用一種奇怪的眼光看著微粒,，良久，它終于說(shuō)：“不錯(cuò),，我們可以裝上這種儀器,。我承認(rèn)，一旦我們?cè)噲D測(cè)定電子究竟通過(guò)了哪條縫時(shí),，我們永遠(yuǎn)只會(huì)在其中的一處發(fā)現(xiàn)電子,。兩個(gè)儀器不會(huì)同時(shí)響?！?/span>

微粒放聲大笑：“你早說(shuō)不就得了,？害得我們白費(fèi)了這么多口水！怎么,，這不就證明了,，電子只可能是一個(gè)粒子，它每次只能通過(guò)一條狹縫嗎,？你還跟我嘮叨個(gè)什么,！”

但是它漸漸發(fā)現(xiàn)氣氛有點(diǎn)不對(duì)勁，終于它笑不出來(lái)了,。

“怎么,？”它瞪著波動(dòng)說(shuō)。

波動(dòng)突然咧嘴一笑：“不錯(cuò),，每次我們只能在一條縫上測(cè)量到電子,。但是,，你要知道，一旦我們展開(kāi)這種測(cè)量的時(shí)候,，干涉條紋也就消失了……”

（四）不共戴天的動(dòng)量和位置信息,！

時(shí)間是1927年2月，哥本哈根仍然是春寒料峭,，大地一片冰霜,。玻爾坐在他的辦公室里若有所思：電子是粒子還是波呢？

而海森堡滿腦子都裝滿了大大小小的矩陣,，他又想起矩陣那奇特的乘法規(guī)則：p×q≠q×p,。

p×q≠q×p，這不是說(shuō),，先觀測(cè)動(dòng)量p,，再觀測(cè)位置q，這和先觀測(cè)q再觀測(cè)p,，其結(jié)果是不一樣的嗎,？

等等，這說(shuō)明了什么,？假設(shè)我們有一個(gè)小球向前運(yùn)動(dòng),，那么在每一個(gè)時(shí)刻，它的動(dòng)量和位置不都是兩個(gè)確定的變量嗎,？

為什么僅僅是觀測(cè)次序的不同,，其結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生不同呢？

海森堡的手心捏了一把汗,，他知道這里藏著一個(gè)極為重大的秘密,。

這怎么可能呢？假如我們要測(cè)量一個(gè)矩形的長(zhǎng)和寬,，那么先測(cè)量長(zhǎng)還是先測(cè)量寬,，這不是一回事嗎？

除非……

除非測(cè)量動(dòng)量p這個(gè)動(dòng)作本身,，影響到了q的數(shù)值,。反過(guò)來(lái)，測(cè)量q的動(dòng)作也影響p的值,?？墒牵υ?，假如我同時(shí)測(cè)量p和q呢？

海森堡突然間像看見(jiàn)了神啟,，他豁然開(kāi)朗,。

難道說(shuō),，我們的方程想告訴我們，同時(shí)觀測(cè)p（動(dòng)量）和q（位置）是不可能的嗎,？

理論不但決定我們能夠觀察到的東西,，它還決定哪些是我們觀察不到的東西！

“關(guān)鍵就在這里,！測(cè)量,！”海森堡敲著自己的腦殼說(shuō)，“我現(xiàn)在全明白了,，問(wèn)題就出在測(cè)量行為上面,。

海森堡飛也似地跑回研究所，埋頭一陣苦算,，最后他得出了一個(gè)公式：

△p×△q>h/2π

△p和△q分別是測(cè)量p和測(cè)量q的誤差,，h是普朗克常數(shù)。

海森堡發(fā)現(xiàn),，測(cè)量p和測(cè)量q的誤差,，它們的乘積必定要大于某個(gè)常數(shù)。

如果我們把p測(cè)量得非常精確,，也就是說(shuō)△p非常小,，那么相應(yīng)地，△q必定會(huì)變得非常大,，也就是說(shuō)我們關(guān)于q的知識(shí)就要變得非常模糊和不確定,。

反過(guò)來(lái)，假如我們把位置q測(cè)得非常精確,，p就變得搖擺不定,，誤差急劇增大。

假如我們把p測(cè)量得100％地準(zhǔn)確,，也就是說(shuō)△p=0,，那么△q就要變得無(wú)窮大。

這就是說(shuō),，假如我們了解了一個(gè)電子動(dòng)量p的全部信息,，那么我們就同時(shí)失去了它位置q的所有信息，我們一點(diǎn)都不知道,，它究竟身在何方,，不管我們?cè)趺窗才艑?shí)驗(yàn)都沒(méi)法做得更好。

魚與熊掌不能得兼,，要么我們精確地知道p而對(duì)q放手,，要么我們精確地知道q而放棄對(duì)p的全部知識(shí)，要么我們折衷一下,，同時(shí)獲取一個(gè)比較模糊的p和比較模糊的q,。

p和q就像一對(duì)前世冤家,，它們?nèi)松幌嘁?jiàn)，動(dòng)如參與商,，處在一種有你無(wú)我的狀態(tài),。

不管我們親近哪個(gè)，都會(huì)同時(shí)急劇地疏遠(yuǎn)另一個(gè),。這種奇特的量被稱為“共軛量”,，我們以后會(huì)看到，這樣的量還有許多,。

海森堡的這一原理于1927年3月23日在《物理學(xué)雜志》上發(fā)表,，即“不確定性原理”。

動(dòng)量p和位置q,，它們真正地是“不共戴天”,。只要一個(gè)量出現(xiàn)在宇宙中，另一個(gè)就神秘地消失,。

要么,，兩個(gè)都以一種模糊不清的面目出現(xiàn)。

（五）能量在瞬間可以無(wú)中生有,！

海森堡很快又發(fā)現(xiàn)了另一對(duì)類似的仇敵,，它們是能量E和時(shí)間t。只要能量E測(cè)量得越準(zhǔn)確,，時(shí)刻t就愈加模糊,；

反過(guò)來(lái)，時(shí)間t測(cè)量得愈準(zhǔn)確,，能量E就開(kāi)始大規(guī)模地起伏不定,。

而且，它們之間的關(guān)系遵守相同的不確定性規(guī)則：

△E×△t>h/2π

各位看官,，我們的宇宙已經(jīng)變得非常奇妙了,。

各種物理量都遵循著海森堡的這種不確定性原理，此起彼伏,，像神秘的大海中不斷升起和破滅的泡沫,。

在古人看來(lái)，“空”就是空蕩蕩無(wú)一物,。不過(guò)后來(lái)人們知道了,，看不見(jiàn)的空氣中也有無(wú)數(shù)分子，“空”應(yīng)該指抽空了空氣的真空,。

再后來(lái),，人們覺(jué)得各種場(chǎng)，從引力場(chǎng)到電磁場(chǎng)，也應(yīng)該排除在“空”的概念之外,，它應(yīng)該僅僅指空間本身而已,。

但現(xiàn)在，這個(gè)概念又開(kāi)始混亂了,。

首先愛(ài)因斯坦的相對(duì)論告訴我們空間本身也能扭曲變形，事實(shí)上引力只不過(guò)是它的彎曲而已,。

而海森堡的不確定性原理展現(xiàn)了更奇特的場(chǎng)景：我們知道t測(cè)量得越準(zhǔn)確,，E就越不確定。

所以在非常非常短的一剎那,，也就是t非常確定的一瞬間,，即使真空中也會(huì)出現(xiàn)巨大的能量起伏。

這種能量完全是靠著不確定性而憑空出現(xiàn)的,，它的確違反了能量守恒定律,！

但是這一剎那極短，在人們還沒(méi)有來(lái)得及發(fā)現(xiàn)以前,，它又神秘消失,，使得能量守恒定律在整體上得以維持。

間隔越短,，t就越確定,，E就越不確定，可以憑空出現(xiàn)的能量也就越大,。

所以,，我們的真空其實(shí)無(wú)時(shí)無(wú)刻不在沸騰著，到處有神秘的能量產(chǎn)生并消失,。

愛(ài)因斯坦告訴我們,，能量和物質(zhì)可以互相轉(zhuǎn)換，所以在真空中,，其實(shí)不停地有一些“幽靈”物質(zhì)在出沒(méi),，只不過(guò)在我們沒(méi)有抓住它們之前，它們就又消失在了另一世界,。

真空本身,，就是提供這種漲落的最好介質(zhì)。

現(xiàn)在如果我們談?wù)摗翱铡?，?yīng)該明確地說(shuō)：沒(méi)有物質(zhì),，沒(méi)有能量，沒(méi)有時(shí)間,，也沒(méi)有空間,。這才是什么都沒(méi)有，它根本不能夠想象（你能想象沒(méi)有空間是什么樣子嗎？）,。

不過(guò)大有人說(shuō),，這也不算“空”，因?yàn)榭臻g和時(shí)間本身似乎可以通過(guò)某種機(jī)制從一無(wú)所有中被創(chuàng)造出來(lái),，我可真要發(fā)瘋了,，那究竟怎樣才算“空”呢？

曾幾何時(shí),，所有的科學(xué)家都認(rèn)為,，無(wú)中生有是絕對(duì)不可能的。物質(zhì)不能被憑空制造,，能量也不能被憑空制造,，遑論時(shí)空本身。

但是不確定性原理的出現(xiàn)把這一切舊觀念都摧枯拉朽一般地粉碎了,。

海森堡告訴我們,，在極小的空間和極短的時(shí)間里，什么都是有可能發(fā)生的,，因?yàn)槲覀儗?duì)時(shí)間非常確定,，所以反過(guò)來(lái)對(duì)能量就非常地不確定。

能量物質(zhì)可以逃脫物理定律的束縛,，自由自在地出現(xiàn)和消失,。

但是，這種自由的代價(jià)就是它只能限定在那一段極短的時(shí)間內(nèi),。

當(dāng)時(shí)刻一到,，灰姑娘就要現(xiàn)出原形，這些神秘的物質(zhì)能量便要消失,，以維護(hù)質(zhì)能守恒定律在大尺度上不被破壞,。

這樣，物質(zhì)就真的從一無(wú)所有中產(chǎn)生了,。

許多人都相信,，我們的宇宙本身就是通過(guò)這種機(jī)制產(chǎn)生的。

量子效應(yīng)使得一小塊時(shí)空突然從根本沒(méi)有時(shí)空中產(chǎn)生,，然后因?yàn)楦鞣N力的作用,，它突然指數(shù)級(jí)地膨脹起來(lái)，在瞬間擴(kuò)大到整個(gè)宇宙的尺度,。

科學(xué)家古斯在這種想法上出發(fā),，創(chuàng)立了宇宙的“暴漲理論”。1998年,，古斯還出版了一本通俗的介紹暴漲的書,，他最愛(ài)說(shuō)的一句話是：

“宇宙本身就是一頓免費(fèi)午餐,。”意思是宇宙是從一無(wú)所有中而來(lái)的,。

（六）電子同時(shí)是粒子又是波,！

不過(guò)，話又說(shuō)回來(lái),。波動(dòng)性,，微粒性，從我們史話的一開(kāi)始,，這兩個(gè)詞已經(jīng)深深困擾我們,，一直到現(xiàn)在。

好吧,，不確定性同時(shí)建立在波動(dòng)性和微粒性上……可這不是白說(shuō)嗎？

我們的耐心是有限的,，不如攤開(kāi)天窗說(shuō)亮話吧,，這個(gè)該死的電子到底是個(gè)粒子還是波那？

我們處在一種進(jìn)退維谷的境地中,，一方面雙縫實(shí)驗(yàn)和麥?zhǔn)侠碚摵敛缓亟沂境龉獾牟▌?dòng)性,。

另一方面光電效應(yīng)，康普頓效應(yīng)又同樣清晰地表明它是粒子,。就電子來(lái)說(shuō),，玻爾的躍遷，原子里的光譜,，海森堡的矩陣都強(qiáng)調(diào)了它不連續(xù)的一面,，似乎粒子性占了上風(fēng)。

但薛定諤的方程卻又大肆渲染它的連續(xù)性,，甚至把波動(dòng)的標(biāo)簽都貼到了它臉上,。

怎么看，電子都沒(méi)法不是個(gè)粒子,；怎么看,，電子都沒(méi)法不是個(gè)波。

這該如何是好呢,？

當(dāng)遇到棘手的問(wèn)題時(shí),，最好的辦法還是問(wèn)問(wèn)咱們的偶像，無(wú)所不能的歇洛克·福爾摩斯先生,。他是這樣說(shuō)的：“我的方法,，就建立在這樣一種假設(shè)上面：當(dāng)你把一切不可能的結(jié)論都排除之后，那剩下的,，不管多么離奇,，也必然是事實(shí)。”

真是至理名言啊,。那么,，電子不可能不是個(gè)粒子，它也不可能不是波,。那剩下的,，唯一的可能性就是……

它既是個(gè)粒子，同時(shí)又是個(gè)波,！

可是,，等等，這太過(guò)分了吧,？完全沒(méi)法叫人接受嘛,。

什么叫“既是個(gè)粒子，同時(shí)又是波”,？這兩種圖像分明是互相排斥的呀,。一個(gè)人可能既是男的，又是女的嗎（太監(jiān)之類的不算）,？這種說(shuō)法難道不自相矛盾嗎,？

不過(guò)，要相信福爾摩斯,，更要相信玻爾,，因?yàn)椴柧褪沁@樣想的。

奇怪,，似乎有哪里不對(duì),，卻說(shuō)不出來(lái)……好吧，電子有時(shí)候變成電子的模樣,，有時(shí)候變成波的模樣,，嗯，不錯(cuò)的變臉把戲,。

可是,，撕下它的面具，它本來(lái)的真身究竟是個(gè)什么呢,？

“這就是關(guān)鍵,！這就是你我的分歧所在了?！?/span>

玻爾意味深長(zhǎng)地說(shuō)：

“電子的‘真身’,？或者換幾個(gè)詞，電子的原型,？電子的本來(lái)面目,？電子的終極理念,？

這些都是毫無(wú)意義的單詞，對(duì)于我們來(lái)說(shuō),，唯一知道的只是每次我們看到的電子是什么,。

我們看到電子呈現(xiàn)出粒子性，又看到電子呈現(xiàn)出波動(dòng)性,，那么當(dāng)然我們就假設(shè)它是粒子和波的混合體,。

我一點(diǎn)都不關(guān)心電子‘本來(lái)’是什么，我覺(jué)得那是沒(méi)有意義的,。

事實(shí)上我也不關(guān)心大自然‘本來(lái)’是什么,，我只關(guān)心我們能夠‘觀測(cè)’到大自然是什么。

電子又是個(gè)粒子又是個(gè)波,，但每次我們觀察它,，它只展現(xiàn)出其中的一面，這里的關(guān)鍵是我們‘如何’觀察它,，而不是它‘究竟’是什么,。”

舉個(gè)例子,，大家都知道“白馬非馬”的詭辯，不過(guò)我們不討論這個(gè),。

我們問(wèn)：這匹馬到底是什么顏色呢,？你當(dāng)然會(huì)說(shuō)：白色啊。

可是,，也許你身邊有個(gè)色盲,，他會(huì)爭(zhēng)辯說(shuō)：不對(duì)，是紅色,！大家指的是同一匹馬,，它怎么可能又是白色又是紅色呢？

你當(dāng)然要說(shuō),，那個(gè)人在感覺(jué)顏色上有缺陷,，他說(shuō)的不是馬本來(lái)的顏色，可是,，誰(shuí)又知道你看到的就一定是正確的顏色呢,？

假如世上有一半色盲，誰(shuí)來(lái)分辨哪一半說(shuō)的是“真相”呢,？不說(shuō)色盲,，我們戴上一副紅色眼鏡，這下看出去的馬也變成了紅色吧,？它怎么剛剛是白色,，現(xiàn)在是紅色呢,？哦，因?yàn)槟愀淖兞擞^察方式,，戴上了眼鏡,。

那么哪一種方式看到的是真實(shí)呢？天曉得,，莊周做夢(mèng)變成了蝴蝶還是蝴蝶做夢(mèng)變成了莊周,？

你戴上眼鏡看到的是真實(shí)還是脫下眼鏡看到的是真實(shí)？

我們的結(jié)論是,，討論哪個(gè)是“真實(shí)”毫無(wú)意義,。

我們唯一能說(shuō)的，是在某種觀察方式確定的前提下,，它呈現(xiàn)出什么樣子來(lái),。

我們可以說(shuō)，在我們運(yùn)用肉眼的觀察方式下,，馬呈現(xiàn)出白色,。

同樣我們也可以說(shuō)，在戴上眼鏡的觀察方式下,，馬呈現(xiàn)出紅色,。

色盲也可以聲稱，在他那種特殊構(gòu)造的感光方式觀察下,，馬是紅色,。

至于馬“本來(lái)”是什么色，完全沒(méi)有意義,。

甚至我們可以說(shuō),，馬“本來(lái)的顏色”是子虛烏有的。

我們大多數(shù)人說(shuō)馬是白色,，只不過(guò)我們大多數(shù)人采用了一種類似的觀察方式罷了,，這并不指向一種終極真理。

電子也是一樣,。

電子是粒子還是波,？那要看你怎么觀察它。

如果采用光電效應(yīng)的觀察方式,，那么它無(wú)疑是個(gè)粒子,；

要是用雙縫來(lái)觀察，那么它無(wú)疑是個(gè)波,。

它本來(lái)到底是個(gè)粒子還是波呢,？

又來(lái)了，沒(méi)有什么“本來(lái)”,，所有的屬性都是同觀察聯(lián)系在一起的,，讓“本來(lái)”見(jiàn)鬼去吧,。

但是，一旦觀察方式確定了,，電子就要選擇一種表現(xiàn)形式,，它得作為一個(gè)波或者粒子出現(xiàn)，而不能再曖昧地混雜在一起,。

這就像我們可憐的馬,，不管誰(shuí)用什么方式觀察，它只能在某一時(shí)刻展現(xiàn)出一種顏色,。

從來(lái)沒(méi)有人有過(guò)這樣奇妙的體驗(yàn)：這匹馬同時(shí)又是白色,，又是紅色。

波和粒子在同一時(shí)刻是互斥的,，但它們卻在一個(gè)更高的層次上統(tǒng)一在一起,，作為電子的兩面被納入一個(gè)整體概念中。

這就是玻爾的“互補(bǔ)原理”,，它連同波恩的概率解釋,，海森堡的不確定性，三者共同構(gòu)成了量子論“哥本哈根解釋”的核心,，至今仍然深刻地影響我們對(duì)于整個(gè)宇宙的終極認(rèn)識(shí),。

“第三次波粒戰(zhàn)爭(zhēng)”便以這樣一種戲劇化的方式收?qǐng)觥?/span>

而量子世界的這種奇妙結(jié)合，就是大名鼎鼎的“波粒二象性”,。

三百年硝煙散盡,，波和粒子以這樣一種奇怪的方式達(dá)成了妥協(xié)：兩者原來(lái)是不可分割的一個(gè)整體。

就像漫畫中教皇善與惡的兩面,，雖然在每個(gè)確定的時(shí)刻，只有一面能夠體現(xiàn)出來(lái),，但它們確實(shí)集中在一個(gè)人的身上,。

波和粒子是一對(duì)孿生兄弟，它們?nèi)绱丝嗫酄?zhēng)斗,，卻原來(lái)是演出了一場(chǎng)物理學(xué)中的絕代雙驕故事,，這教人拍案驚奇，唏噓不已,。

（七）電子在雙縫面前真的會(huì)分身術(shù)嗎,？

現(xiàn)在我們?cè)倩氐缴弦徽碌淖詈螅販匾幌虏ê土Ｗ釉陔p縫前遇到的困境：電子選擇左邊的狹縫,，還是右邊的狹縫呢,？

現(xiàn)在我們知道，假如我們采用任其自然的觀測(cè)方式,，它波動(dòng)的一面就占了上風(fēng),。

這個(gè)電子于是以某種方式同時(shí)穿過(guò)了兩道狹縫,，自身與自身發(fā)生干涉，它的波函數(shù)ψ按照嚴(yán)格的干涉圖形花樣發(fā)展,。

但是,，當(dāng)它撞上感應(yīng)屏的一剎那，觀測(cè)方式發(fā)生了變化,！

我們現(xiàn)在在試圖探測(cè)電子的實(shí)際位置了,，于是突然間，粒子性接管了一切,，這個(gè)電子凝聚成一點(diǎn),，按照ψ的概率隨機(jī)地出現(xiàn)在屏幕的某個(gè)地方。

假使我們?cè)谀硞€(gè)狹縫上安裝儀器,，試圖測(cè)出電子究竟通過(guò)了哪一邊,，注意，這是另一種完全不同的觀測(cè)方式?。,。?/span>

我們?cè)噲D探測(cè)電子在通過(guò)狹縫時(shí)的實(shí)際位置,，可是只有粒子才有實(shí)際的位置,。

這實(shí)際上是我們施加的一種暗示，讓電子早早地展現(xiàn)出粒子性,。

事實(shí)上,，的確只有一邊的儀器將記錄下它的蹤影，但同時(shí),，干涉條紋也被消滅,，因?yàn)椴▌?dòng)性隨著粒子性的喚起而消失了。

我們終于明白,，電子如何表現(xiàn),，完全取決于我們?nèi)绾斡^測(cè)它。

種瓜得瓜,，種豆得豆,，想記錄它的位置？

好,，那是粒子的屬性,，電子善解人意，便表現(xiàn)出粒子性來(lái),，同時(shí)也就沒(méi)有干涉,。

不作這樣的企圖，電子就表現(xiàn)出波動(dòng)性來(lái),，穿過(guò)兩道狹縫并形成熟悉的干涉條紋,。

（八）外部世界因?yàn)槲覀兊挠^測(cè)而變化,！

量子派物理學(xué)家現(xiàn)在終于逐漸領(lǐng)悟到了事情的真相：

我們的結(jié)論和我們的觀測(cè)行為本身大有聯(lián)系。

這就像那匹馬是白的還是紅的,，這個(gè)結(jié)論和我們用什么樣的方法去觀察它有關(guān)系,。有些看官可能還不服氣：

結(jié)論只有一個(gè)，親眼看見(jiàn)的才是唯一的真實(shí),。

色盲是視力缺陷,，眼鏡是外部裝備，這些怎么能夠說(shuō)是看到“真實(shí)”呢,？其實(shí)沒(méi)什么分別,，它們不外乎是兩種不同的觀測(cè)方式罷了。

我們的論點(diǎn)是,，根本不存在所謂“真實(shí)”,。

玻爾也好，海森堡也好,，現(xiàn)在終于都明白：

談?wù)撊魏挝锢砹慷际菦](méi)有意義的,，除非你首先描述你測(cè)量這個(gè)物理量的方式。

一個(gè)電子的動(dòng)量是什么,？我不知道,，一個(gè)電子沒(méi)有什么絕對(duì)的動(dòng)量，不過(guò)假如你告訴我你打算怎么去測(cè)量,，我倒可以告訴你測(cè)量結(jié)果會(huì)是什么,。

根據(jù)測(cè)量方式的不同，這個(gè)動(dòng)量可以從十分精確一直到萬(wàn)分模糊,，這些結(jié)果都是可能的,，也都是正確的。一個(gè)電子的動(dòng)量,，只有當(dāng)你測(cè)量時(shí),，才有意義。

假如這不好理解,，想象有人在紙上畫了兩橫夾一豎,，問(wèn)你這是什么字,。嗯,，這是一個(gè)“工”字，但也可能是橫過(guò)來(lái)的“H”,，在他沒(méi)告訴你怎么看之前,，這個(gè)問(wèn)題是沒(méi)有定論的。現(xiàn)在,，你被告知：“這個(gè)圖案的看法應(yīng)該是橫過(guò)來(lái)看,?！边@下我們明確了：這是一個(gè)大寫字母H。

只有觀測(cè)手段明確之后,，答案才有意義,。

測(cè)量！在經(jīng)典理論中,，這不是一個(gè)被考慮的問(wèn)題,。測(cè)量一塊石頭的重量，我用天平,，用彈簧秤,，用磅秤，或者用電子秤來(lái)做,，理論上是沒(méi)有什么區(qū)別的,。

在經(jīng)典理論看來(lái)，石頭是處在一個(gè)絕對(duì)的,，客觀的外部世界中,，而我——觀測(cè)者——對(duì)這個(gè)世界是沒(méi)有影響的，至少,，這種影響是微小得可以忽略不計(jì)的,。你測(cè)得的數(shù)據(jù)是多少，石頭的“客觀重量”就是多少,。

但量子世界就不同了,，我們已經(jīng)看到，我們測(cè)量的對(duì)象都是如此微小,，以致我們的介入對(duì)其產(chǎn)生了致命的干預(yù),。我們本身的擾動(dòng)使得我們的測(cè)量中充滿了不確定性，從原則上都無(wú)法克服,。

采取不同的手段,，往往會(huì)得到不同的答案，它們隨著不確定性原理?yè)u搖擺擺,，你根本不能說(shuō)有一個(gè)客觀確定的答案在那里,。

在量子論中沒(méi)有外部世界和我之分，我們和客觀世界天人合一,，融和成為一體,。

我們和觀測(cè)物互相影響，使得測(cè)量行為成為一種難以把握的手段,。

在量子世界,，一個(gè)電子并沒(méi)有什么“客觀動(dòng)量”，我們能談?wù)摰模挥兴摹皽y(cè)量動(dòng)量”,，而這又和我們的測(cè)量手段密切相關(guān),。

各位，我們已經(jīng)身陷量子論那奇怪的沼澤中了,，我只希望大家不要過(guò)于頭昏腦漲,，因?yàn)榻酉聛?lái)還有無(wú)數(shù)更稀奇古怪的東西，錯(cuò)過(guò)了未免可惜,。

我很抱歉,，這幾節(jié)我們似乎沉浸于一種玄奧的哲學(xué)討論，而且似乎還要繼續(xù)討論下去,。

這是因?yàn)榱孔痈锩鼱可娴轿覀兪澜缬^的根本變革,，以及我們對(duì)于宇宙的認(rèn)識(shí)方法。

量子論的背后有一些非常形而上的東西,，它使得我們的理性戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢,，汗流浹背。

但是,，為了理解量子論的偉大力量,，我們又無(wú)法繞開(kāi)這些而自欺欺人地盲目前進(jìn)。

如果你從史話的一開(kāi)始跟著我一起走到了現(xiàn)在,，我至少對(duì)你的勇氣和毅力表示贊賞,，但我也無(wú)法給你更多的幫助。

假如你感到困惑彷徨,，那么玻爾的名言“如果誰(shuí)不為量子論而感到困惑,，那他就是沒(méi)有理解量子論”或許可以給你一些安慰。

而且,，正如我們以后即將描述的那樣,，你也許應(yīng)該感到非常自豪，因?yàn)閻?ài)因斯坦和你是一個(gè)處境,。

如果不定義一個(gè)測(cè)量動(dòng)量的方式,，那么我們談?wù)撾娮觿?dòng)量就是沒(méi)有意義的？

這聽(tīng)上去似乎是一種唯心主義的說(shuō)法,。難道我們無(wú)法測(cè)量電子,，它就沒(méi)有動(dòng)量了嗎？

讓我們非常驚訝和尷尬的是,，玻爾和海森堡兩個(gè)人對(duì)此大點(diǎn)其頭,。

一點(diǎn)也不錯(cuò)，假如一個(gè)物理概念是無(wú)法測(cè)量的,，它就是沒(méi)有意義的,。

我們要時(shí)時(shí)刻刻注意，在量子論中觀測(cè)者是和外部宇宙結(jié)合在一起的,，它們之間現(xiàn)在已經(jīng)沒(méi)有明確的分界線,，是一個(gè)整體。

（九）一條無(wú)法探測(cè)的龍,，和沒(méi)有龍有什么差別呢,？

在經(jīng)典理論中，我們脫離一個(gè)絕對(duì)客觀的外部世界而存在,，我們也許不了解這個(gè)世界的某些因素,，但這不影響其客觀性。

可如今我們自己也已經(jīng)融入這個(gè)世界了,，對(duì)于這個(gè)物我合一的世界來(lái)說(shuō),，任何東西都應(yīng)該是可以測(cè)量和感知的。只有可觀測(cè)的量才是存在的,！

卡爾·薩根曾經(jīng)舉過(guò)一個(gè)很有意思的例子,，雖然不是直接關(guān)于量子論的，但頗能說(shuō)明問(wèn)題,。

“我的車庫(kù)里有一條噴火的龍,！”他這樣聲稱。

“太稀罕了,！”他的朋友連忙跑到車庫(kù)中,，但沒(méi)有看見(jiàn)龍?！褒?jiān)谀睦?？?/span>

“哦，”薩根說(shuō),，“我忘了說(shuō)明,，這是一條隱身的龍?！?/span>

朋友有些狐疑,，不過(guò)他建議，可以撒一些粉末在地上,，看看龍的爪印是不是會(huì)出現(xiàn),。但是薩根又聲稱，這龍是飄在空中的,。

“那既然這條龍?jiān)趪娀?，我們用紅外線檢測(cè)儀做一個(gè)熱掃描？”

“也不行,?！彼_根說(shuō),，“隱形的火也沒(méi)有溫度?！?/span>

“要么對(duì)這條龍噴漆讓它現(xiàn)形,？”——“這條龍是非物質(zhì)的，滑不溜手,，油漆無(wú)處可粘,。”

反正沒(méi)有一種物理方法可以檢測(cè)到這條龍的存在,。

薩根最后問(wèn)：“這樣一條看不見(jiàn)摸不著,，沒(méi)有實(shí)體的，飄在空中噴著沒(méi)有熱度的火的龍,，一條任何儀器都無(wú)法探測(cè)的龍,，和‘根本沒(méi)有龍’之間又有什么差別呢？”

現(xiàn)在,，玻爾和海森堡也以這種苛刻的懷疑主義態(tài)度去對(duì)待物理量,。不確定性原理說(shuō)，不可能同時(shí)測(cè)準(zhǔn)電子的動(dòng)量p和位置q,，任何精密的儀器也不行,。

許多人或許會(huì)認(rèn)為，好吧,，就算這是理論上的限制,，和我們實(shí)驗(yàn)的笨拙無(wú)關(guān)，我們?nèi)匀豢梢园参孔约?，說(shuō)一個(gè)電子實(shí)際上是同時(shí)具有準(zhǔn)確的位置和動(dòng)量的,，只不過(guò)我們出于某種限制無(wú)法得知罷了。

但哥本哈根派開(kāi)始嚴(yán)厲地打擊這種觀點(diǎn)：一個(gè)具有準(zhǔn)確p和q的經(jīng)典電子,？這恐怕是自欺欺人吧,。

有任何儀器可以探測(cè)到這樣的一個(gè)電子嗎？——沒(méi)有,，理論上也不可

能有,。

那么，同樣道理,，一個(gè)在臆想的世界中生存的,，完全探測(cè)不到的電子，和根本沒(méi)有這樣一個(gè)電子之間又有什么區(qū)別呢,？

事實(shí)上,，同時(shí)具有p和q的電子是不存在的！

p和q也像波和微粒一樣,，在不確定原理和互補(bǔ)原理的統(tǒng)治下以一種此長(zhǎng)彼消的方式生存,。

對(duì)于一些測(cè)量手段來(lái)說(shuō),，電子呈現(xiàn)出一個(gè)準(zhǔn)確的p，對(duì)于另一些測(cè)量手段來(lái)說(shuō),，電子呈現(xiàn)出準(zhǔn)確的q,。

我們能夠測(cè)量到的電子才是唯一的實(shí)在，這后面不存在一個(gè)“客觀”的,，或者“實(shí)際上”的電子！

換言之,，不存在一個(gè)客觀的,，絕對(duì)的世界。

唯一存在的,，就是我們能夠觀測(cè)到的世界,。

物理學(xué)的全部意義，不在于它能夠揭示出自然“是什么”,，而在于它能夠明確,，關(guān)于自然我們能“說(shuō)什么”。

沒(méi)有一個(gè)脫離于觀測(cè)而存在的絕對(duì)自然,，只有我們和那些復(fù)雜的測(cè)量關(guān)系,，熙熙攘攘縱橫交錯(cuò)，構(gòu)成了這個(gè)令人心醉的宇宙的全部,。

測(cè)量是新物理學(xué)的核心,，測(cè)量行為創(chuàng)造了整個(gè)世界。

同時(shí)具有動(dòng)量p和位置q的電子是不存在的,。有人或許感到不理解,，探測(cè)不到的就不是實(shí)在嗎？

我們來(lái)問(wèn)自己,，“這個(gè)世界究竟是什么”和“我們?cè)谧畲蟪潭壬夏軌蛱綔y(cè)到這個(gè)世界是什么”兩個(gè)命題,，其實(shí)質(zhì)到底有多大的不同？

我們探測(cè)能力所達(dá)的那個(gè)世界,，是不是就是全部實(shí)在的世界,？

比如說(shuō)，我們不管怎樣,，每次只能探測(cè)到電子是個(gè)粒子或者是個(gè)波,。

那么，是不是有一個(gè)“實(shí)在”的世界,，在那里電子以波-粒子的奇妙方式共存,。

我們每次探測(cè)，只不過(guò)探測(cè)到了這個(gè)終極實(shí)在于我們感觀中的一部分投影,？