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但我们真的理解了吗

时间:2022-02-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:玻尔最终总能找到方法回应这些反对意见。爱因斯坦不得不承认,新理念实际上并没有自相矛盾,但玻尔也认识到,事情并没有像他想象的那样简单明了。爱因斯坦不想在这一关键点上做出让步,他坚持认为确有独立于相互作用的客观实在。玻尔也坚称新理论确定的这种全新又深刻的存在方式是有效的。我们处在未知的边缘,意见出现了分歧。爱因斯坦去世的时候,他最伟大的对手玻尔为他献上了令人动容的赞美之词。

诚然,量子力学实用主义的胜利。然而,亲爱的读者,你确定已经完全理解量子力学揭示给我们的东西了吗?电子在没有相互作用时不在任何地方……嗯……物体只有在从一次相互作用跃迁到下一次相互作用时才存在……好吧……这些看起来不荒诞吗?

对爱因斯坦而言,这看起来非常荒诞。

一方面,爱因斯坦提名维尔纳·海森堡和保罗·狄拉克获得诺贝尔奖,认可他们已经理解了世界的某些基本层面。另一方面,他一有机会就抱怨说,这实在太不合理。

哥本哈根学派的年轻一代感到很沮丧:这怎么会是爱因斯坦本人说的呢?他们的精神领袖、有勇气思考不可思议之事之人,现在居然要中途退缩,害怕完成这次朝向未知的飞跃——他自己发起的这次飞跃。是他告诉我们时间不是统一的、空间可以弯曲,现在却说世界不可能如此奇怪。

尼尔斯·玻尔很耐心地把新观念解释给爱因斯坦听,爱因斯坦并不认同。玻尔最终总能找到方法回应这些反对意见。对话持续了若干年,方式有演讲、信件、文章……爱因斯坦设计了思想实验,来证明新观念是自相矛盾的:“想象一个充满光的箱子,在一瞬间放出一个光子……”最著名的例子之一如此开头(图4.8)。[30]

在交流的过程中,两位伟人都不得不做出让步,改变想法。爱因斯坦不得不承认,新理念实际上并没有自相矛盾,但玻尔也认识到,事情并没有像他想象的那样简单明了。爱因斯坦不想在这一关键点上做出让步,他坚持认为确有独立于相互作用的客观实在。他拒绝接受理论关联性的一面,即事物只在相互作用时才出现。玻尔也坚称新理论确定的这种全新又深刻的存在方式是有效的。最终,爱因斯坦同意这一理论代表了我们对世界理解的一次巨大飞跃,并且是自洽的,但他仍然相信事物不会像理论呈现的那样奇怪——在其“背后”,肯定存在一个更为合理的解释。

一个世纪已经过去,我们仍然停留在原地。理查德·费曼比任何人都了解如何使用这一理论,他写道:“我认为我可以说,没有人真正理解量子力学。”

物理学家、工程师、化学家和生物学家每天都会在其领域中运用到理论的方程及其结果,但它们仍然十分神秘。它们并不描述物理系统本身,而只是描述物理系统如何相互作用与互相影响。这意味着什么呢?

物理学家与哲学家不停地问自己,理论的真正含义可能是什么,这些年来,关于这一主题的文章和会议一直在增加。已经诞生一个世纪的量子理论,究竟是什么呢?一次对实在本性的深入探索?一次碰巧奏效的荒谬错误?未解之谜的一部分?还是我们尚未完全破译的解释世界结构的重要线索?

我在这里呈现的量子力学的解释被称为“关联性解释”,是对我而言最合理的一种,已经由严肃的哲学家比如巴斯·范弗拉森(Bas van Fraassen)、米歇尔·比特博尔(Michel Bitbol)和莫罗·多拉托(Mauro Dorato)进行过讨论。但是如今在如何思考量子力学上人们并没有达成一致,还有其他物理学家和哲学家讨论过其他方法。我们处在未知的边缘,意见出现了分歧。

量子力学只是一种物理理论,也许明天就会被另一种更深刻的理解世界的方式修正。如今一些科学家试图消除分歧,使它与我们的直觉更一致。依我之见,理论在实验上的巨大成功应该让我们认真看待它,我们不应该询问自己这一理论还有什么要改变的,而是问我们的直觉有哪些局限,使得理论看起来如此奇怪。

我认为理论的晦涩难懂并非量子力学之过,而是由于我们的想象力有限。当我们尝试去“看”量子世界时,我们就如同生活在地底下的鼹鼠要给别人描绘一番喜马拉雅山一样,或是像被囚禁在柏拉图洞穴深处的人们一样。

爱因斯坦去世的时候,他最伟大的对手玻尔为他献上了令人动容的赞美之词。几年以后,玻尔去世之时,有人拍了一张他书房里黑板的照片。黑板上画了一幅画,呈现的是爱因斯坦的思想实验——“光箱”。辩论的渴望与更深入理解的渴望,一直持续到他生命的最后一刻。质疑,也持续到最后一刻。

这种永恒的质疑,正是科学的源头。

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