薛定谔的小猫

2015-12-09 08:34
全国新书目 2015年9期
关键词:薛定谔悖论物理学家

约翰·格里宾(John Gribbin),英国著名科学读物专业作家,萨塞克斯大学天文学访问学者。毕业于剑桥大学,获天体物理学博士学位,现在是苏塞克斯大学的客座天文学研究员。

前言

10年前,当我在写量子理论发展史时,从来没有想到将来有一天我会重新回到量子神秘性这一主题上来,并写出另一本书。在写《寻找薛定谔的猫》一书的过程中,我就着手说明量子物理学的亚原子世界是多么奇怪和神秘。一些稀奇古怪的实验结果导致了一些与常识不符的理论,这些理论又被进一步的实验所证实。无懈可击的逻辑迫使物理学家严肃认真地对待这些稀奇古怪的思想。20世纪80年代中期的基本观点为:尽管量子理论是非常奇怪的,但它却非常实用。这个理论使得我们得以清楚地理解激光、计算机芯片、DNA分子,等等。而“经典”物理学那些老的思想却不能解释这些现象。在《寻找薛定谔的猫》一书中,我所强调的并不是量子理论的不可思议,而是它的实用性。事实上,用费曼的话说:“没有人理解量子理论。”这一事实使得我在前一本书的结尾不太谦虚地这样写道:“我很高兴地留给你们一些不充实的结局,一些可望而不可即的暗示,还有很多工作要做的这样一个前景。”

但是当我很满意地将这些不充实的结局写出来时,许多物理学家并不满足于已有的成绩。他们为一个理论的不能理解而苦恼,尽管它很实用。自从1984年我对当时的情况作了一次概述以来,物理学家们已经做出了很大的努力,试图解决量子的神秘性。沿着这条思路,他们已经使得一些神秘性看起来更加神秘,并且已经发现了量子世界的一些新的奇怪的方面。他们已经发展了量子神秘性的解释。对于一个局外的观察者来说,这些解释是一些越来越难以相信的、绝望的辩护。但是在经过了60多年的尝试以后,在过去的几年当中,他们也提出了关于量子神秘性的一个解释,这个解释是对过程的一个天才的洞察——不仅对于专家,对于任何对真实性的本质感兴趣的人来说这都是一个天才的理解。

这个新的理解不仅依赖于量子理论的合理解释,而且依赖于在爱因斯坦的相对论框架下对光的行为的解释。在本书中,我将这两种理论的发展放在一起,并说明描述宇宙运作的最好解释、所有量子神秘性的彻底解决,这些都需要同时使用量子论和相对论的思想。

在这里,我没有过多地讲解量子理论发展的历史背景,以前我已经讲过了。我从这样一个起点出发:量子理论已经取得了巨大的成功。在解释如何解决那些迷惑之前,先讨论一些新的疑问,以及看待古老疑问的一些新的途径。在这里你将会找到理解量子理论到底是什么所需要的一切知识,不管你是否曾经读过关于这个主题的文章(更不用说我自己的书)。你将读到这样一些看起来是自相矛盾的现象:例如光子(光的粒子)可以在同一时刻位于两个位置,原子能够同时通过两条路径,对于一个以光速运动的粒子来说时间是静止的,等等。同时你还会发现一个认真的建议:量子理论可能提供一种途径来实现星际传送。

为了给后面的叙述铺平道路,我将或多或少地从《寻找薛定谔的猫》所留下的问题,即那只著名的猫以及约翰·贝尔的证明开始展开讨论。约翰·贝尔证明:如果一些量子组织曾经是单一系统的一个部分,那么它们之间将保持着联系,它们之间通过某种方式相互知晓,即使它们之间相距很远。爱因斯坦将这种现象称为“幽灵般的超距作用”,这种现象也常被称为“非局域性”。对你来说,这些概念可能是新的,也可能是你所熟悉的。薛定谔的猫在同一时刻既活又死这一悖论已经成为过去10年中的一个口头禅。但是等一下,即使你认为你已经知道那是怎么一回事了,也要准备重新考虑一下。你将看到,我这里拥有更多的和更好的悖论。这些悖论的背后都有不容置疑的实验验证。这对你来说还是有魅力的。但是所有这些都将归结为同一件事。例如,在一个双孔实验中,电子如何才能够同时经过两条路径?在同一时刻它是如何能够知道整个实验系统的结构的?

我们需要解决的问题——量子世界的所有奇异性都可以通过考察那只原始猫的两个孪生后代——我作品中的小猫的历险过程来获得最清楚的理解。我们将不得不重新考虑光的本质问题。这个问题在量子论和相对论中都是一个关键问题。这样我便带给你一些新的思想。这些思想能够解释真实性的本质和解决所有的量子之谜。从20世纪20年代中期量子论诞生以来,这是第一次有可能有点信心地说量子论到底意味着什么。如果这些还不算是写作本书的充分理由的话,我就不知道本书的用意之所在了!

约翰·格里宾

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