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量子力学和实在

时间:2022-02-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:按照这一观点,ψ函数是表示对实在事态的一种不完备的描述。的ψ函数ψ12,在量子力学意义上作完备的描述。单独从量子力学的观点来看,这并不出现任何困难。可是,当人们试图坚持量子力学的原理,同时又坚持原理Ⅱ,即又坚持存在于空间两个分离开的部分R1和R2中的实在事态的独立存在,情况就不同了。
量子力学和实在_爱因斯坦文集

下面我将扼要地并且以一种初浅的方式来说明,为什么我认为量子力学的方法是根本不能令人满意的。不过我要立即声明,我并不想否认这个理论是标志着物理知识中的一个重大的进步,在某种意义上甚至是决定性的进步。我设想,这个理论很可能成为以后一种理论的一部分,就像几何光学现在合并在波动光学里面一样:相互关系仍然保持着,但其基础将被一个包罗得更广泛的基础所加深或代替。

我考查一个自由粒子,它在一定时间是用空间中局限的ψ函数来描述的(在量子力学的意义上是完备地描述的)。这样,这个粒子既不具有明晰规定的动量,也不具有明晰规定的位置。我将在哪一种意义上来设想这种表示是描述单个的实在事态呢?有两种可能的观点在我看来是可能的而且是明显的,我们要权衡一个观点对另一种观点的优劣:

(a)这个(自由)粒子实际上是具有确定的位置和确定的动量的,尽管这两者不能在同一单个情况下同时由量度来查明。按照这一观点,ψ函数是表示对实在事态的一种不完备的描述。

这个观点不是物理学家所公认的观点。承认了这种观点,就会引起这样一个企图,即对于实在事态,不仅要得到不完备的描述,也要得到一种完备的描述,并且还要去发现关于这种描述的物理定律。量子力学的理论框架于是就要被炸破。

(b)实际上,粒子既没有确定的动量,也没有确定的位置;用ψ函数来表示的描述在原则上是完备的描述。由量度位置所得到的粒子的明晰规定的位置,不能解释为量度以前的粒子位置。作为量度的结果而出现的明晰的定域化,只是作为量度的不可避免的(但不是不重要的)操作结果所引起的。量度的结果不仅取决于粒子的实在情况,而且也取决于量度机制的本性,这种本性在原则上并不完全知道。在量度动量或者任何别的关于粒子的可观察量时,也出现了类似的情况。这大概是目前物理学家们所喜欢的解释;而且人们不得不承认,这种解释很自然地是在量子力学框架内对海森伯原理所表述的经验事态唯一的正确看法。

按照这种观点,两个具有不是无足轻重的差别的ψ函数,总是描述两个不同的实在状况(比如,具有确定位置的粒子和具有确定动量的粒子)。

上述说法,就实际情况在细节上加以必要的修改(mutatis mutandis),对于描述那些由几个粒子组成的体系也是成立的。在这里,我们也假定(在解释Ib的意义上)ψ函数完备地描述着实在事态,而两个(本质上)不同的ψ函数描述着两个不同的实在事态,即使在作一种完备量度时它们会导致相同的结果也如此。如果量度结果相符,那就归因于量度装置的影响,这影响部分是未知的。

如果有人问,不论量子力学如何,物理观念世界的特征是什么?那么,他首先感受到的是:物理概念关系到一个实在的外在世界,就是说,关系到像物体、场等等这些东西而建立起来的观念,它们要求被认为是同知觉主体无关的“实际存在”——另一方面,这些观念又已经尽可能地同感觉材料巩固地联系着。这些物理客体的进一层的特征是:它们被认为是分布在空间-时间连续区中的。物理学中事物的这种分布的一个本质方面是:它们要求在某一时间各自独立存在着,只要这些客体“是处于空间的不同部分之中”。要是不作出这种假定,即不承认空间中彼此远离的客体存在(“自在”)的独立性——这种假定首先来源于日常思维——那么,惯常意义上的物理思维也就不可能了。要是不作出这种清楚的区分,也就很难看出有什么办法可以建立和检验物理定律。这个原则在场论中推到了极端,那是由于把那些作为场论基础的并且各自独立存在的基元客体,以及为场论所假设的那些基本定律,都定域在无限小的(四维)空间元里面。

下述观念表征着在空间中远离的两个客体(AB)的相对独立性:作用于A的外界影响对B并没有直接影响。这就是人所共知的“邻接性原理”(principle of contiguity),这原理只有在场论中才得到贯彻使用。要是把这条公理完全取消,那么,(准)封闭体系的存在这一观念,从而那些在公认的意义上可用经验来检验的定律的设立,都会成为不可能了。

现在我作这样的论断:量子力学的解释(按照Ib)同原理Ⅱ是不相容的。

让我们考查一个物理体系S12,它由两个局部体系S1S2所组成。这两个局部体系在早先一个时候可能曾处于物理的相互作用的状态。可是我们是在这种相互作用早已结束(以后)的一个时候来考查它们的。设整个体系用两个局部体系的坐标q1,…和q2,…的ψ函数ψ12,在量子力学意义上作完备的描述(ψ12不能表示为一个具有形式ψ1ψ2的乘积,而只能是这样一些乘积的总和)。在时刻t,让这两个局部体系在空间这样地彼此分开,使得只有当q1,…属于空间有限部分R1,而q2,…属于一个同R1分开的部分R2时,ψ12才不是0。

单个局部体系S1S2ψ函数因而在开头是未知的,也就是说,它们根本不存在。可是,如果在量子力学意义上对局部体系S2的完备量度也是可以得到的,那么量子力学方法允许我们由ψ12来确定S2ψ2,代替原来的S12ψ12,这样就得到局部体系S2ψ函数ψ2

但是,在量子理论意义上的这种完备量度是对局部体系S1施行的,也就是说,我们在进行量度的是哪一种可观察量,对于这种测定是关系重大的。比如,如果S1是由一个单个粒子组成,那么我们就选择量度它的位置或者量度它的动量分量。所得出的ψ2取决于这种选择,所以,根据对S1所进行的量度的选择,对S2以后所进行的量度就得到不同种类的(统计)预测。从Ib解释的观点来看,这意味着:根据对S1的完备量度的选择,对S2就造成了不同的实在情况,它可以用,等等来作不同的描述。

单独从量子力学的观点来看,这并不出现任何困难。因为,根据对S1所进行的量度的选择,就造成不同的实在情况;因而也就不会出现一定要把两个或更多个不同的ψ函数加给同一个体系S2这种事情了。

可是,当人们试图坚持量子力学的原理,同时又坚持原理Ⅱ,即又坚持存在于空间两个分离开的部分R1R2中的实在事态的独立存在,情况就不同了。因为在我们这个例子中,对S1的完备量度是表示一种仅仅对空间部分R1发生影响的物理操作。这样一种操作对于一个遥远的空间部分R2中的物理实在无论如何不会有直接影响。由此推知,作为对于S1进行完备量度的结果,我们所得到的关于S2的每一条陈述,对体系S2都必定有效,即使对S1并没有进行过任何量度也如此。这该意味着:凡是能由确定ψ2ψ2而推导出来的所有陈述,对S2都必定同时有效。这当然是不可能的,只要ψ2ψ2,等等对S2来说该表示不同的实在事态,这也就是说,我们同ψ函数的Ib解释发生了冲突。

在我看来,毫无疑问,那些认为量子力学的描述方法在原则上是最后确定了的物理学家们,会以如下方式反对这条思想路线:他们会甩掉关于出现于空间不同部分的物理实在的独立存在这一要求Ⅱ;他们会有根据地指出,量子理论没有一个地方是明显使用这一要求的。

我承认这一点,但是要指出:当我考查我所知的物理现象时,尤其是考查那些为量子力学如此成功地概括了的物理现象时,我仍然不能在任何地方发现任何这样的事实,好像有可能使得要求Ⅱ必须放弃。

因此,我倾向于相信,在Ia意义上的量子力学的描述,必须被认为是对实在的一种不完备的和间接的描述,有朝一日终究要被一种更加完备和更加直接的描述所代替。

依我看来,在探求整个物理学的统一基础时,人们千万得注意,不要太教条主义地拘泥于现行的理论。

 

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(1) 这是爱因斯坦于1948年3—4月间写的论文,发表在苏黎世《辩证法》(Dialectica)杂志1948年320—324页上。这里译自《玻恩-爱因斯坦通信集》,纽约,Walker,1971年英文版,168—173页。译时曾参考《学习译丛》1957年第12期上从俄文转译的中译文(题为《量子力学和现实》,树松译,罗劲柏校)。——编译者

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