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上帝掷骰子吗--量子物理史话 作者:castor_v_pollux-第83章

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为观察)都不发展,那么连在一起它怎么可能发展呢?所以它必定永不发展! 

  从哲学角度来说我们可以对芝诺进行精彩的分析,比如恩格斯漂亮地反驳说,每一刻

的箭都处在不动与动的矛盾中,而真实的运动恰好是这种矛盾本身!不过我们不在意哲学

探讨,只在乎实验证据。已经有相当多的实验证实,当观测频繁到一定程度时,量子体系

的确表现出芝诺效应。这是不是说,如果我们一直盯着薛定谔的猫看,则它永远也不会死

去呢? 

  时间的方向是一个饶有趣味的话题,它很可能牵涉到深刻的物理定律,比如对称性破

缺的问题。在极早期宇宙的研究中,为了彻底弄明白时间之矢如何产生,我们也迫切需要

一个好的量子引力理论,在后面我们会更详细地讲到这一点。我们只能向着未来,而不是

过去前进,这的确是我们神奇的宇宙最不可思议的方面之一。 


第十二章 新探险三 


…

…

castor_v_pollux  

连载:量子史话   出版社:   作者:castor_v_pollux  


   

  好了各位,到此为止,我们在量子世界的旅途已经接近尾声。我们已经浏览了绝大多

数重要的风景点,探索了大部分先人走过的道路。但是,正如我们已经强烈地感受到的那

样,对于每一条道路来说,虽然一路上都是峰回路转,奇境叠出,但越到后来却都变得那

样地崎岖不平,难以前进。虽说“入之愈深,其进愈难,而其见愈奇”,但精神和体力上

的巨  
大疲惫到底打击了我们的信心,阻止了我们在任何一条道上顽强地冲向终点。 

  当一次又一次地从不同的道路上徒劳而返之后,我们突然发现,自己已经处在一个巨

大的迷宫中央。在我们的身边,曲折的道路如同蛛网一般地辐射开来,每一条都通向一个

幽深的不可捉摸的未来。我已经带领大家去探讨了哥本哈根、多宇宙、隐变量、系综、

GRW、退相干历史等6条道路,但要告诉各位的是,仍然还有非常多的偏僻的小道,我们并

没有提及。比如有人认为当进行了一次“观测”之后,宇宙没有分裂,只有我们大脑的状

态(或者说“精神”)分裂了!这称为“多精神解释”(many…minds intepretation),它名

副其实地算得上一种精神分裂症!还有人认为,在量子层面上我们必须放弃通常的逻辑(

布尔逻辑),而改用一种“量子逻辑”来陈述!另一些人不那么激烈,他们觉得不必放弃

通常的逻辑,但是通常的“概率”概念则必须修改,我们必须引入“复”的概率,也就是

说概率并不是通常的0到1,而是必须描述为复数!华盛顿大学的物理学家克拉默(John G 

Cramer)建立了一种非定域的“交易模型”(The transactional model),而他在牛津的同

行彭罗斯则认为波函数的缩减和引力有关。彭罗斯宣称只要空间的曲率大于一个引力子的

尺度,量子线性叠加规则就将失效,这里面还牵涉到量子引力的复杂情况诸如物质在跌入

黑洞时如何损失了信息……等等,诸如此类。即便是我们已经描述过的那些解释,我们的

史话所做的也只是挂一漏万,只能给各位提供一点最基本的概念。事实上,每一种解释都

已经衍生出无数个变种,它们打着各自的旗号,都在不遗余力地向世人推销自己,这已经

把我们搞得头晕脑胀,不知所措了。现在,我们就像是被困在克里特岛迷宫中的那位忒修

斯(Theseus),还在茫然而不停地摸索,苦苦等待着阿里阿德涅(Ariadne)——我们那位可

爱的女郎——把那个指引方向,命运攸关的线团扔到我们手中。 

  1997年,在马里兰大学巴尔的摩郡分校(UMBC)召开了一次关于量子力学的研讨会。有

人在与会者中间做了一次问卷调查,统计究竟他们相信哪一种关于量子论的解释。结果是

这样的:哥本哈根解释13票,多宇宙8票,玻姆的隐变量4票,退相干历史4票,自发定域

理论(如GRW)1票,还有18票都是说还没有想好,或者是相信上述之外的某种解释。到了

1999年,在剑桥牛顿研究所举行的一次量子计算会议上,又作了一次类似的调查,这次哥

本哈根4票,修订过的运动学理论(它们对薛定谔方程进行修正,比如GRW)4票,玻姆2票,

而多世界(MWI)和多历史(DH)加起来(它们都属于那种认为“没有坍缩存在”的理论)得到

了令人惊奇的30票。但更加令人惊奇的是,竟然有50票之多承认自己尚无法作出抉择。在

宇宙学家和量子引力专家中,MWI受欢迎的程度要高一些,据统计有58%的人认为多世界是

正确的理论,而只有18%明确地认为它不正确。但其实许多人对于各种“解释”究竟说了

什么是搞不太清楚的,比如人们往往弄不明白多世界和多历史到底差别在哪里,或许,它

们本来就没有明确的分界线。就算是相信哥本哈根的人,他们互相之间也会发生严重的分

歧,甚至关于它到底是不是一个决定论的解释也会造成争吵。量子论仍然处在一个战国纷

争的时代,玻尔,海森堡,爱因斯坦,薛定谔……他们的背影虽然已经离我们远去,但他

们当年曾战斗过的这片战场上仍然硝烟弥漫,他们不同的信念仍然支撑着新一代的物理学

家,激励着人们为了那个神圣的目标而继续奋战。 

  想想也真是讽刺,量子力学作为20世纪物理史上最重要的成就之一,到今天为止它的

基本数学形式已经被创立了将近整整80年。它在每一个领域内都取得了巨大的成功,以致

和相对论一起成为了支撑物理学的两大支柱。80年!任何一种事物如果经历了这样一段漫

长时间的考验后仍然屹立不倒,这已经足够把它变成不朽的经典。岁月将把它磨砺成一个

完美的成熟的体系,留给人们的只剩下深深的崇敬和无限的唏嘘,慨叹自己为何不能生于

乱世,提三尺剑立不世功名,参予到这个伟大工作中去。但量子论是如此地与众不同,即

使在它被创立了80年之后,它仍然没有被最后完成!人们仍在为了它而争吵不休,为如何

“解释”它而闹得焦头烂额,这在物理史上可是前所未有的事情!想想牛顿力学,想想相

对论,从来没有人为了如何“解释”它们而操心过,对比之下,这更加凸现出量子论那独

一无二的神秘气质。 

  人们的确有理由感到奇怪,为什么在如此漫长的岁月过去之后,我们不但没有对量子

论了解得更清楚,反而越来越感觉到它的奇特和不可思议。最杰出的量子论专家们各执一

词,人人都声称只有他的理解才是正确的,而别人都错了。量子谜题已经成为物理学中一

个最神秘和不可捉摸的部位,Zeilinger有一次说:“我做实验的唯一目的,就是给别的

物理学家看看,量子论究竟有多奇怪。”到目前为止,我们手里已经攥下了超过一打的所

谓“解释”,而且它的数目仍然有望不断地增加。很明显,在这些花样繁多的提议中间,

除了一种以外,绝大多数都是错误的。甚至很可能,到目前为止所有的解释都是错误的,

但这却并没有妨碍物理学家们把它们创造出来!我们只能说,物理学家的想象力和创造力

是非凡的,但这也引起了我们深深的忧虑:到底在多大程度上,物理理论如同人们所骄傲

地宣称的那样,是对于大自然的深刻“发现”,而不属于物理学家们杰出的智力“发明”

? 

  但从另外一方面看,我们对于量子论本身的确是没有什么好挑剔的。它的成功是如此

巨大,以致于我们除了咋舌之外,根本就来不及对它的奇特之处有过多的评头论足。从它

被创立之初,它就挟着雷霆万钧的力量横扫整个物理学,把每个角落都塑造得焕然一新。

或许就像狄更斯说的那样,这是最坏的时代,但也是最好的时代。 

  量子论的基本形式只是一个大的框架,它描述了单个粒子如何运动。但要描述在高能

情况下,多粒子之间的相互作用时,我们就必定要涉及到场的作用,这就需要如同当年普

朗克把能量成功地量子化一样,把麦克斯韦的电磁场也进行大刀阔斧的量子化——建立量

子场论(quantum field theory)。这个过程是一�
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