發帖：凱文西
量子江湖風雨錄 (1)
緣起：
上次寫了《年輕的科學，古老的文化》引言，本來準備下來就寫關於中國文化的思考，然而事情卻有了一些變化。
原以為科學昌明的今天，大家對科學的了解應該比較多了，但後來我驚訝的發現事實並不是這樣。這源自於我的那篇小文被意外地轉出了豆腐莊，被貼在了一個高知 雲集的論壇，而引起了一場不大不小的騷動。我在那篇小文中簡短地述說了精神意識在量子力學研究中的出現，因果律和客觀實在在量子力學研究中受到的衝擊，這 使得有些同學不舒服，個別同學則非常憤怒，而個同學還是學物理的，並在學校裏給學生講授物理。他或者他們好象不知道這些問題在80年前就在量子物理的爭論 中被提了出來，是正宗的哥本哈根的觀點解釋或者推論。
這就使我想到了，現在仍需要科普，特別是量子力學這門革命性的深刻科學。但要寫一個關於量子力學革命的深入淺出的科普不容易，因為它提出的思想太顛覆我們 的傳統思維。我們顯然需要一個簡單易懂的量子革命發展史，但要寫卻比較困難，雖然我們有不少的科普著作論述量子力學的思想。倒是有一本書《上帝擲骰子 嗎？》把量子革命寫的很好，不過那是一本巨著，我想可能大家沒有那麽多的時間和興趣去啃它。這裏正好我有興趣，我便按照這本書的脈絡，把量子革命怎樣發展 的故事介紹給大家，希望能在數篇文章的篇幅內讓大家能夠領略量子革命的精髓，算對我前麵那篇小文的補充和辯護。
好，言歸正傳。
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量子江湖風雨錄 (1)
0。
就象江湖上那經典的一幕，曆經三百多年風霜雪劍的恩怨情仇，一個超級的武林門派傲然出世。這個門派匯集了無數身經百戰的超一流好手，群英匯萃，氣象不凡， 所向披靡。它最後終於一統江山，名震江湖，成為唯一的超級霸主。任何其它的個人或者勢力在這個超級霸主麵前都顯得那麽的脆弱，那麽的不堪一擊，也更凸顯出 這個超級霸主的威嚴、輝煌與驕傲。
這個超級霸主，不是別人，就是19世紀末的物理學大廈，金碧輝煌、雄偉壯觀、不可一世，以惟我獨尊的氣派統治著物理學界。
那時，牛頓力學控製著天上的行星和地上的石頭；波動理論在光學領域獨霸一方，後來又被新的電磁理論擴大到整個電磁世界；熱力學三大定律也亦基本建立；分子 運動論和統計熱力學也在一幫天才的努力下獲得成功。而最重要的是，這一切理論都是相互包容的，彼此沒有任何衝突和矛盾，最終形成了一個龐大的經典物理學大 同盟。
這時，最能表達物理學驕傲的應該是拉普拉斯的那句著名語錄，就是在1799年他的著作《天體力學》發表後，拿破侖問拉普拉斯：“在您宇宙體係的大作中，為 什麽沒有提宇宙的創造者？”而拉普拉斯的回答是：“陛下，我不需要上帝這個假設。”因為在拉普拉斯眼力，他的理論是那樣的完美，以至於在某一時刻，隻要給 定宇宙所有粒子的初始條件，人們就可以把宇宙的過去、現在和將來都清楚地用方程描述出來，展現在世人的麵前。
在經典物理學的大廈裏，因果律支配著一切，一個與精神意識無關的客觀實在不以任何精神意誌為轉移地存在著，而在物理學家的眼裏，19世紀末的物理定律已足 以完整地描述這個客觀世界。科學界普遍認為，物理學到達了她輝煌的終點，不再會出現新的驚喜，而偉大的科學家開爾文勳爵甚至說：“物理學的未來，將隻有在 小數點第六位後麵去尋找”。
一片歌舞升平，一片喜氣洋洋，物理學界一片金色輝煌。但是，人們不禁要問, 真的是那樣嗎？
當然不是那樣，後來物理學的發展無情地摧毀了這種理性的傲慢。在人們還沒有來得及充分享受那個物理學大廈的輝煌的時候, 20世紀初，兩場摧枯拉朽的革命在物理學的領域裏粹然而至，不可思議。第一場革命改變了人們傳統的絕對時空觀念, 那就是愛因斯坦的相對論, 而第二場革命就是由以玻爾為領袖的哥本哈根學派創立的量子力學，直接衝擊著經典物理學賴以為基礎的因果律和不以精神意識為轉移的客觀物理實在性。
作為對傳統的反叛，愛因斯壇的相對論一出現就震動了整個學術界，他的反叛理論那麽的不可思議，那麽的革命，令整個學術界都目瞪口呆，難以接受。然而在理論和實驗麵前，學術界不得不接受了他的相對論，盡管不那麽令人舒服。
然而，量子力學的反叛卻遠遠超過了愛因斯坦的相對論。如果說相對論使得經典物理學大廈發生劇烈的震動和搖晃的話，那麽量子力學則是從根本上要摧毀經典物理學的輝煌。也正因為如此，量子力學的出現才引起了物理學界的世界大戰。
當量子力學剛出現的時候，她的反叛思想深深地吸引了具有非凡反叛精神的愛因斯坦，愛因斯坦為量子力學的初期發展做出了不可磨滅的貢獻。然而，隨著量子力學 的理論向縱深發展，她所表現出來的反叛令愛因斯坦也深為震驚，終於使得愛因斯坦走向了量子力學的反麵，成為反對量子力學陣營的精神領袖。
那麽，量子力學是怎樣出現和發展的？她又是怎樣反叛經典物理學的？何以能引起世界如此的震撼？
那就讓我們大概地領略一下量子力學的詭秘與迷茫，神奇與沮喪，以及成就與混亂。大家一定要記住創立量子力學的哥本哈根學派的精神領袖波爾的一句名言：
“假如一個人不為量子論感到困惑的話，那他就是沒有明白量子力學。”
1。
上麵說到，19世紀末，宏偉壯觀的經典物理學大廈落成，金碧輝煌，天空一片湛藍，這使得物理學的大廈更加光彩奪目。然而，不知何時，卻有兩朵小小的烏雲在 不經意間，慢慢地出現在了瓦藍的天邊。因為人們還沉浸於剛剛落成的經典物理學大廈，所以沒有太多的人注意這兩片小小的烏雲。
然而，這兩朵烏雲卻被德高望重的物理學家開爾文注意到了，那年他76歲，是1900年的4月27日，他發表了著名的演講《在熱和光動力理論上空的19世紀 烏雲》。他白發蒼蒼，以這句話開頭： “動力學理論斷言，熱和光都是運動的方式。但現在這一理論的優美性和明晰性卻被兩朵烏雲遮蔽，顯得黯然失色了”。
其實，這兩奪烏雲在當時看來並不起眼，是物理學中在19世紀末遇到的難以理解的兩個問題。
一個是物理學家邁克爾遜和莫雷心血來潮，於1886年安排了更精確的實驗，想測量“以太”相對於地球的相對速度，而這個以太當時被認為是一個絕對靜止的參 考係，地球穿過以太運動。他們的設想是，地球在以太中運動，如果在不同的運動方向上測量兩束光在以太中的速度，從它們的差別中就可算出以太相對與地球的速 度。
大家沒有必要去考慮他們到底是怎麽計算的，而關鍵是當他們完成了多次的實驗後，他們驚異的發現，以太似乎對穿越於其中的光線速度毫無影響。他們認為這是一 個“失敗的實驗”，因為這個實驗似乎在否定以太作為絕對靜止參照係的存在，而以太這個絕對靜止的參照係是經典時空觀在經典物理學的一個基石，誰吃了熊心豹 子膽敢動這個基石？
第二朵烏雲來自黑體的輻射問題。19世紀末，人們開始對黑體輻射發生了濃厚的興趣，發現黑體輻射的能量與溫度有明確的函數關係。但究竟這個關係在理論上應該是什麽呢？
德國帝國技術研究所的物理學家維恩從從經典熱力學的思想出發，假設黑體輻射是由一些服從麥克斯韋速率分布的分子發射出來的，然後通過推演在1893年提出了一個輻射能量與溫度的分布公式。但這個公式卻隻在短波範圍內與實驗數據吻合很好，在長波範圍就出現很大偏差。
後來英國的物理學家瑞利和意大利物理學家金斯共同努力從類波的角度出發推導出了另外一個公式，計算黑體輻射的公式。遺憾的是，這個公式與維恩的公式正好相反，隻在長波範圍內與實驗數據吻合很好，在短波範圍會出現很大偏差。
大家可以不理會這朵烏雲具體是什麽，隻要知道物理學家從經典物理學裏推導出了兩個公式來描述同一物理現象 – 黑體輻射，一個從經典粒子的角度出發去推導，另一個從類波的角度去推導，得到的公式隻分別適用於短波或者長波，不能通用，很難解決。這就是個問題，說明經 典物理學缺了些什麽。
盡管這兩朵烏雲令人百思不解，但由於它們不合時宜地出現在了經典物理學輝煌大廈的落成之時，物理學界還是充滿了樂觀，認為必定能在當時已有的理論框架內得以解決，不必擔心。
然而，令人料想不到的是，正是這出現在19世紀末的兩朵不起眼的烏雲，在短短20多年的時間內，先是在經典物理學大廈上空形成了滿天烏雲，繼而電閃雷鳴， 很快便刮起了狂風暴雨，將經典物理學的宏偉大廈連根拔起，摔得七零八落，同時也使得理論物理學走進了迷宮，至今沒有完全突圍出來。
第一朵烏雲導致了相對論的誕生，把人們拉入了時空物質相互糾纏的玄妙世界，迫使我們思考從沒有時間、沒有空間、沒有物質的狀況怎樣幻化出時間、空間和物質，並形成我們所處的這個豐富多彩的的世界，當然還包括我們人類的生命和精神意識。
第二朵烏雲導致了量子力學的誕生，由哥本哈根學派創立，在他們的解釋裏，它衝擊我們原有的因果律，否定我們身外存在一個客觀的物理實在，在其推論中更將精神意識引入了物理學的領域裏麵來。這個理論倔強地與相對論發生衝突，倔強地與很多其它解釋爭奪在物理學中的霸主地位。
限於篇幅，我們不去關注第一朵烏雲，就讓我們隻關注第二朵烏雲吧，看它怎樣演變成了滿天烏雲，怎樣演變成了狂風暴雨，怎樣衝擊經典物理學的根基。
2。
對大學物理有些概念的人肯定都會記得大名鼎鼎的普朗克。普朗克當時是德國柏林大學(柏林一所大學？)的物理學教授，他對黑體輻射問題發生了興趣，他想一舉 解決這個難題。雖然他當時隻知道維恩的公式(適合短波)，但他也知道黑體輻射在長波時的關係，雖然他不知道瑞利-金斯公式。
然而，經過了六年的艱苦努力，他沒有成功，這很令他沮喪。那時他已從朋友那兒知道了在長波時的瑞利-金斯公式。後來普朗克想，要不我先玩個小聰明，利用數 學的內差法，先湊一個通用的公式出來，在短波時變成維恩公式，在長波時變成瑞利-金斯公式，其它以後再說。當然，這個不用有物理理論支持，細心湊就行了。
很快普朗克就湊了一個公式出來，他把新鮮出爐的公式發表在1900年10月在柏林召開的德國物理學會的一個會議上。令人驚訝的是，他的公式很快就被證實與實驗數據十分精確的符合。普朗克自己也很驚訝，沒想到他僥幸湊的公式竟然有這麽大的威力。
雖然普朗克不知道這個湊出來的公式背後到底隱藏著什麽樣的秘密, 但普朗克通過六年的探索已經敏銳地感覺到那是個驚人的大秘密，會對整個熱力學和電磁學至關重要。他決定背水一戰，破釜沉舟，除了熱力學的兩個基本定律不能 動外，他決定什麽都可以去挑戰。但他萬萬沒有想到的是，當他找到了那個秘密後，他自己先給嚇得魂不附體。
經過了一段時間的艱苦奮戰，普朗克終於找到了那個他後來得諾貝爾獎時說的“意想不到”的東西，就是：
“僅僅引入分子運動理論還是不夠的，在處理熵和幾率的關係時，如果要使得我們的新方程成立，就必須做一個假定，假設能量在發射和吸收的時候，不是連續不斷，而是分成一份一份的。”
大家可能覺得這並沒有什麽了不起的，就“假設能量在發射和吸收的時候，不是連續不斷，而是分成一份一份的”不就行了嗎？但當你真正了解了這句話的含義後，你也就會膽戰心驚了。
大家要特別注意普朗克假設中的“不連續性”，因為連續性和平滑性假設是數學微積分的堅實基礎，而經典物理學的龐大體係就是建立在這個數學體係之上。在經典 物理學中，有了任何難以解決的問題，你動什麽都可以，唯獨這個基礎你連要碰的想法都不能有。就象普朗克最後想的那樣，他豁出去了，拚命了，他除了熱力學中 的兩個基本定律不能動外，他在熱力學中什麽都願意去挑戰。但那隻是熱力學啊，他連那個基礎都不敢動。現在，他發現自己被迫要動整個經典物理學大廈的根基， 他能不嚇壞嗎？
最後，普朗克還是在1900年12月14日在德國物理學會的學術會議上發表了他的論文，提出了自己的假設。
他的假設令所有聽到這個假設的物理學家都震驚不已。但人們沒有想到的是，正是普朗克的假設啟動了量子力學的革命，而更多更大的震驚便接踵而來，一發而不可收拾。
量子力學革命在20世紀的第一年的最後一個月就爆發了，而能量的不連續性就是後來講的能量的量子化。
如果能量真是量子化的，那麽首當其衝受到質疑的就應該是麥克斯韋爾的電磁理論，在普朗克看來，這是不可能的。他寧願相信能量的量子化隻是數學上為了方便引入的一個假設而已，不是物理上的真實。
但很快，普朗克的量子化假設便被廣泛傳播，具有反叛精神的物理學家們開始把普朗克開創的量子化假設不斷推向前進，十幾年就出現了一個個意想不到反傳統的結果。普朗克則越來越害怕，終於拋棄了自己開創的量子化領域，並一再提醒大家，不到萬不得已，不要在量子化領域胡思亂想。
然而，普朗克一旦放出了”量子化“這個幽靈，他就再也收不回去了，也就注定了“量子化” 這個幽靈要將經典的物理世界攪個天昏地暗。
後事如何，下回分解。
量子江湖風雨錄 (2)
3。
量子化的幽靈被偉大的普朗克放了出來，他自己被這個幽靈所展現的魔力所嚇倒，而想千方百計趕走這個幽靈。但為時已晚，這個幽靈落在了極具反叛精神的愛因斯坦手裏，愛因斯坦如獲至寶，要借著“量子化” 的幽靈給江湖一個震驚，比他震驚江湖的相對論更甚。
這要從一個著名實驗的附屬品說起。
1887年到1888年間，德國卡斯魯爾大學的物理學家赫茲做了一係列著名的光電實驗，證明了電磁波的存在，從而證實了買克斯韋的電磁理論，光也作為一種 電磁波很好地納入了電磁理論的解釋範圍，為經典物理學的成功寫上了重重的一筆。這時，光的波動說憑借著電磁理論的強大威力，很快就統治了物理學界，老老年 前光的粒子說不得不銷聲匿跡。
然而，正是赫茲的實驗也打下了挑戰麥克斯韋電磁理論的伏筆，隻是他當時沒有意識到罷了。
因為，當時赫茲的實驗主要是觀察電火花以驗證電磁理論，但偶然間他卻觀察到了一種怪現象，當有一定的光線照射到金屬表麵電火花的發生處時，電火花的出現就 更容易一些，就會產生更多的電火花。赫茲把這個附帶的發現寫在了論文中，但沒人注意，大家都沉浸於麥克斯韋電磁理論成功被驗證的喜悅之中。
到了1897年，電子被發現了。
人們也很快發現當年赫茲不可理解的附帶現象是有由於光線照射到金屬表麵時，打出了金屬表麵的電子，產生了電火花。後來很多實驗室對此現象進行了深入研究， 發現不同種類的光線打到給定的金屬表麵上時，有些能打出能量很高的電子，有些甚至打不出任何電子。也就是說，光能否打出電子，與光的頻率有關。這就是著名 的“光電效應”。
這時，經典的電磁理論解釋不了這個現象了。照理說電子是被束縛在金屬表麵上的，要它脫離金屬表麵，外部就要給予電子足夠的能量讓它逃出。而光這時被公認為 是波，那麽增強光的強度，就有更多的能量，為什麽有些光再增強它的強度也打不出電子，而對能打出電子的光來說，即使強度很弱也能打出電子？
沒人知道為什麽，偉大的麥克斯韋電磁理論不靈光了，這令物理學家很沮喪。一個小小的電子和光竟然不順服電磁理論！
該當量子理論要橫空出世，這時就是顯伸手的時候，給物理學界一個震動的時候到了。愛因斯坦來了，他要以反叛的麵目給世人一個驚人的亮相，把量子革命的浪潮推向前進。
4。
愛因斯坦認真研究了那個令物理學家們沮喪的光電效應問題，1905年他在《物理學紀事》雜誌上發表了一篇劃時代的論文，題目叫做《關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點》，這篇論文一舉解決了令電磁理論失色的光電效應難題。
愛因斯坦正是借助了前麵說的普朗克放出來的“量子化”的幽靈，這個量子化是把能量看成不連續的，分成一份一份的，能量子就是能量的最小單位，叫量子。愛因 斯坦深深地理解了普朗克量子化的精義，認為光電效應是個瞬間的過程，某種量子化的東西在起作用，而麥克斯韋的電磁理論是描述平均現象的，不能適用於瞬間過 程。愛因斯坦決定反叛電磁理論。
愛因思坦順著普朗克的思路，把光也看成不連續的，其能量的最小單位就是“光量子”，正是這些單個的光量子與電子進行能量交換，從而打出電子。光量子強的光 線就能打出能量高的電子，而光量子弱的光線甚至不能打出電子。這就是為什麽能否打出電子跟光的頻率有關，因為從普朗克的能量分布的公式出發，一個光量子的 能量與光的頻率有關。由此，愛因斯坦推導出了一係列光電效應的公式。
愛因斯坦的這個假設把光電效應一下解釋得清清楚楚，他的光量子概念後來叫做“光子”。
愛因斯坦解決了這個難題，可能大家都很高興，心想一個難題終於解決了。然而大家可能沒有想到，愛因斯坦在這裏捅了一個天大的簍子，他把光線量子化後成為一個一個不連續的光子，分明是在說光是“粒子”。
但在經典物理學裏，不是才剛剛由麥克斯韋理論和赫茲的實驗把光定性為波了嗎？怎麽又由赫茲的附帶實驗結果和量子化概念搞出光是“粒子”呢？
愛因斯坦的光量子假設雖然提出來，但不被物理學界接受，光是一種電磁波已經被實驗證明，並有偉大的電磁理論作後盾，想輕易挑戰這些談何容易。人們要實驗證實愛因斯坦的假設。
到了1915年，美國物理學家密立根想要用實驗證明愛因斯坦的光量子假設是錯誤的，但他的實驗偏偏證明愛因斯坦的假設是對的。到了1923年，物理學家康 普頓才由X射線實驗證明了光子象小球一樣不但有能量，還有衝量，這樣光子和電子相撞才能發生能量交換，打出金屬表麵的電子。
看來，麻煩大了！後來愛因斯坦用“非常革命”的字眼來描述他的光量子概念，而對他的革命性成果相對論他也沒有用這些字眼。
一方麵，光作為一種電磁波有實驗支持，有電磁波理論支持；另外一方麵，光作為粒子現在也有實驗支持，也有量子化的理論支持。新一輪的“波-粒”大戰開始 了。這次大戰與以往不同，它從光的領域開始慢慢延伸到一切微觀粒子的領域，最後演變成了物理學界一場慘烈的混戰。而愛因斯坦自己最後也害怕了，象偉大的普 朗克一樣，終於走到了量子化的反麵，成了對抗量子革命的反對派精神領袖。但量子革命本身卻以迅雷不及掩耳之勢迅速發展，“徹底的革命者”，後來成為哥本哈 根學派“教皇”的玻爾要粉墨登場了。
5。
1897年，英國劍橋的物理學家湯姆遜在研究陰極射線的時候，發現了原子中電子的存在。湯姆遜就假設了一個原子的結構模型。後來到了1910年姆湯遜的門生盧瑟福在曼徹斯特做教授，由於實驗中的新發現，不滿意恩師的模型而提出了自己的新原子模型，既“行星係統原子模型”。
這個新模型，他假設，有一個占據了絕大部分質量的“原子核”在原子的中心。而在這原子核的四周，帶負電的電子則沿著特定的軌道繞著它運行，像 一個行星係統（比如太陽係），原子核就像是我們的太陽，而電子則是圍繞太陽運行的行星們。
但其他物理學很快就發現這個新模型有致命的缺陷。因為如果他的模型是正確的話，那麽他要麵對一個不可能的結果，那就是，“帶負電的電子繞著帶正電的原子核 運轉，這個體係是不 穩定的。兩者之間會放射出強烈的電磁輻射，從而導致電子一點點地失去自己的能量。作為代價，它便不得不逐漸縮小運行半徑，直到最終‘墜毀’在原子核上為 止，整個過程用時不過一眨眼的工夫。換句話說，就算世界如同盧瑟福描述的那樣，也會在轉瞬之間因為原子自身的坍縮而毀於一旦。原子核和電子將不可避免地放 出輻射並互相中和，然後把盧瑟福和他的實驗室，乃至整個英格蘭，整個地球，整個宇宙都變成一團混沌”。
但我們的世界並沒有坍縮，是盧瑟福的原子結構模型有大問題，卻不能解決。這時年輕的丹麥籍留學生玻爾，來到了盧瑟福的實驗室，對這個原子模型難題產生了很大興趣。正是以這個問題為契機，玻爾走上了量子革命的不歸路。
作為年輕的革命青年，玻爾從一開始就把目標定在了量子假設這一目標上，他要用快速發展起來的量子觀念研究原子模型。到1912年他就發表了自己的第一篇關於原子結構方麵的論文，雖然後來證明這篇論文並不那麽有意義，但量子革命的火種從此在玻爾的心裏紮下了根。
他在同年完成了學業，回到了丹麥的哥本哈根，在那裏他開始創造哥本哈根學派在量子革命中輝煌。
6。
玻爾在原子模型上遇到的困境和愛因斯坦在光電效應難題上遇到的困境在思想方法上有非常相似的地方，那就是是否要放棄偉大的麥克斯韋和他的偉大理論 – 電磁理論。玻爾毅然決然地選擇了放棄電磁理論和他的創立者。
年輕的玻爾很有直覺和敏銳的洞察力，他非常善於捕捉那些在別人看來不起眼但卻真正有價值的東西。
一次偶然的機會，玻爾認識的一個人與玻爾談起了原子光譜的問題，那人說原子光譜雖然繁多，但有一定規律可循，瑞士的一位數學教師巴爾末就從中總結出了一個簡單明了的公式，其中有一個至關重要的數N是大於2的正整數。
這是一個經驗公式，從來沒有人知道這個公式背後隱藏的含義，也不知道用什麽理論才能推導出這個公式。但當玻爾看到這個公式後，他一下驚呆了，他馬上就把巴 爾末公式與普朗克提出的能量的量子化公式聯係了起來。很快他就形成了一個革命性的想法：“原子內部隻能釋放特定量的能量，說明電子隻能在特定的‘勢能位 置’之間轉換。也就是說，電子隻能按照某些‘確定的’軌道運行，這些軌道，必須符合一定的勢 能條件，從而使得電子在這些軌道間躍遷時，隻能釋放出符合巴耳末公式的能量來” ，而這些能級是離散的，量子化的，被神秘的規律控製著。
隨後他把這種量子化的大膽設想轉化成了理論推導和數學方程，一舉發表了三篇論文論原子結構的量子化解釋，於1913年發表在了《哲學雜誌》上。玻爾完成了量子革命的第三部曲，使得量子革命走到了青年時期，盡管還沒有完全擺脫舊的經典體係，但她已經顯示了震驚世界的力量。
玻爾推導的公式完全符合巴爾末經驗公式描述的原子譜線，其跟實驗誤差僅為千分之一。玻爾的公式更預測了一些新的譜線，後來都得到了實驗的證實。而且，玻爾的理論描述的更多，解釋力達到了空前的程度。他後來在1922年以他的量子化原子理論獲得了諾貝爾獎。
但在當時，這個理論卻不被正統的物理學界接受，有物理學家公開表示“如果這些要用量子力學才能解釋的話，那麽我情願不予解釋。”另有人聲稱，要是量子模型 是真實的話，他們寧願退出物理學界。因為，他們覺得玻爾的理論有推翻傳統電磁理論的企圖。但玻爾的量子化原子理論是那樣的成功，兩年後就被大家普遍接受 了。
玻爾的理論雖然很成功，卻仍然不能完全取代麥克斯韋的電磁理論。在被迫無奈的情況下，玻爾企圖調和他的量子理論與經典的電磁理論，提出了一個折衷的“對應”模型。他折衷的對應模型注定是短命的，因為量子革命的大潮不能容許這種妥協。
從根本思想上，量子化的離散性與傳統的連續性是對立的，而且，玻爾的量子化原子結構理論體係已經蘊藏了“隨機性”這個不見容於經典力學的重大思想。在玻爾 的量子化體係中，我們不能判斷一個電子何時何地會發生躍遷，從一個能級到另外一個能級，它是自發的，它表現為一種理論上不可能描述的隨機過程，而這個過程 不同於一般的隨機過程。一般的隨機過程，是有原因的，隻是我們沒有足夠的信息描述這種原因，但理論上不排除描述的可能性。而玻爾量子化原子結構中電子的躍 遷的隨機性是無因之果，是自發的，至少從理論上沒有計算電子躍遷條件的可能性。這實際上是在衝擊傳統的因果律，是相當嚴重的問題。
據說1919年，當時量子物理的三大巨頭，玻爾，普朗克和愛因斯坦，聚集柏林就這個問題進行了探討。愛因斯坦對玻爾理論中衝擊因果律的反叛思想大為不滿，也埋下了玻爾與愛因斯坦這兩位科學巨匠長達幾十年大辯論的種子。
正因為這樣，玻爾折衷理論的短命就是是不可避免的，而玻爾也最終跨過了他那個折衷理論的屍體，領導他的團隊創立了量子革命正宗的“哥本哈根”學派。 1921年哥本哈根物理研究所成立，36歲的玻爾任所長。那些在量子力學中赫赫有名的大師們，就要正式登場了，他們將演繹一場驚心動魄的量子江湖戰爭。
7。
首先登場的叫德布羅意，一個法國物理學家曾經師從鼎鼎大名的朗之萬。就是這個德布落意，在玻爾量子化原子結構理論遇到困境時，提出了一個革命性的設想，把電子也納入了波動的範疇，後來成為愛因斯坦陣營的一員猛將，與玻爾的哥本哈根陣營拚死角鬥。
前麵說到玻爾的量子化原子結構模型雖然取得了巨大的成功，為量子革命立下了汗馬功勞，但他的理論還不足以替代經典的麥克斯韋電磁理論，迫使玻爾走與電磁理論的折衷路線。
正是在這種困境中，德布羅意劍走偏鋒，力圖完全甩開麥克斯韋的電磁理論，考慮如何能夠在玻爾的原子模型裏麵自然地引進一個周期的概念，以符合觀測到的數據。而這個條件在玻爾的模型裏是被是強加在電子的量子化模式裏的，不是理論的推導。
德布羅意的思想很奇特。他從愛因斯坦的相對論出發，開始推論：把愛因斯坦的相對論用到電子身上，愛因斯坦相對論的著名公式把電子的能量與電子的質量和光速 連接了起來，而普朗克著名的能量量子化公式又把能量和頻率連接了起來，這樣把兩者一合並，用公式一推導，對一個電子來說，就有一個內稟的頻率與之相隨相 伴。
這樣就不得了！德布羅意繼續推算，電子有一個內稟的頻率，可以換算成電子在運行時必定伴隨一個波！
結果便開始令人震驚了。
在此之前，無論是經典力學還是玻爾的量子化原子理論，都把電子看作是一個粒子，天經地義。但到了德布羅意這裏，怎麽七拐八拐把電子跟波扯到一塊去了？這不 麻煩大了嗎？在前麵，我們看到愛因斯坦反叛傳統，用量子化思想挑戰傳統認定的光的波動性，引出了光的粒子性，使得光的波 - 粒對決空前火熱，氣氛相當火爆。而在光特性上的大戰硝煙正濃的時候，德布羅意卻在電子上把電子引向了波動的特性上來。
如果說光的波-粒大戰已經夠麻煩的了，那麽電子的波-粒大戰一定是不可收拾的爛攤子，因為電子是構成我們整個實實在在的宏觀物質的一種微觀粒子啊！當然，在後麵我們可以看到，量子革命把構成實在物質的所有微觀粒子都拉入了這一範疇，發動了名符其實的世界大戰。
伴隨電子的這種波，後來被成為“德布羅意波”，盡管它的速度可以比光速快很多，但據說由於這種波被德布羅證明不攜帶能量和信息，所以不違背愛因斯坦相對論。
當德布羅意宣布他的理論說明電子是個波的時候，幾乎沒人相信。德高望重的物理學大師們，為年輕一輩的反叛精神而大搖其頭，直呼“人心不古，世道亂了”。據 說德布羅意的恩師朗之萬也對弟子的出格很傷腦筋，但還是把弟子的論文轉交給愛因斯坦。令人沒想到的是，愛因斯坦對德布羅意的理論卻給予了高度評價。
有愛因斯坦撐腰，電子的波動性才得到學術界的重視。現在需要是實驗證據，證明電子是波。
該當德布羅意成名，後來在1925年美國紐約的貝爾電話實驗室的一個失敗實驗，卻奇跡般地證明了電子的波動性，電子能夠象光波一樣發生衍射圖案，其波動性數據與德布羅意的理論符合的非常好。
德布羅意成功了，理論和實驗都證明了電子是波。但物理學麻煩了，光到底是波還是粒子？電子到底是波還是粒子？它們都有實驗做自己的後盾，都有理論做自己的後盾。各路人馬一起加入了這場的火熱的大戰，戰局正酣。但問題是，這場戰爭怎麽收場？
就在這個時候，玻爾哥本哈根陣營的一員猛將，海森保，要揚名立萬，威震江湖了。由於海森堡的加入，使得戰局更加混亂，更撲朔迷離。
後事如何，下回分解
量子江湖風雨錄 (3)
8。
那是1925年，哥本哈根，慕尼黑和哥廷根成為量子革命的“金三角”。無疑哥本哈根是龍頭老大，由德高望重的玻爾執掌，聚集了一批精英天才。
當時，海森堡在哥廷根，但跟哥本哈根的玻爾有很深的淵源，並在哥本哈根訪問工作過，深受玻爾的賞識，他們關係很密切。
年輕而天才的海森堡決定對量子物理動大手術，徹底改變玻爾量子化原子結構理論的困境。他對當時玻爾的理論提出兩方麵的革命性思想。
一個是不能把不能觀察的想象圖像引入到理論中來，其實這也是當時哥本哈根學派內部慢慢出現的一種學術思想傾向。例如在玻爾的量子化原子模型中，就假定電子 沿著不同的“軌道”以不同的頻率繞原子核運轉，而不同“軌道”有不同的能級，電子可以在這些不同能級的“軌道”間隨機躍遷。這裏海森堡要問的問題，誰證實 過電子繞原子核運轉的“軌道”？誰證實過電子繞原子核運轉的“頻率”？
海森堡的第二個革命性思想是，量子力學不同於經典力學，量子力學根本上要從數學來著手建立，而暫時不管其物理圖像是什麽，在這裏，數學說了算。這個思想那 是相當地革命。因為我們知道，在經典力學中，我們都是先從物理意義出發，尋求相關物理量之間的關係。例如，我們知道物體的運行速度(假設勻速運動)，再知 道物體的運行時間，然後我們尋求物體運行的距離等於速度乘以時間來獲得距離的關係式。而在量子力學中，海森堡要先把數學描述引進來，然後再去尋求各個變量 的物理意義。
這個革命性思想是一個雙刃劍，可以給量子革命打開廣闊的前景，也會給量子革命帶來巨大的困惑。而這裏的問題是，不采用這些革命性的思想，量子力學就不能有突破。與其停滯不前，還是先突破為好。
當時海森堡要找出原子結構中能量體係的基本原理，他認為的突破口還應該是研究原子的譜線問題，引入數學的虛振子方法。但當他把電子輻射按照虛振子的代數方法展開時，遇到了數學上幾乎難以突破的困難，最後他不得不放棄了這個方向。
被逼無奈，海森堡把眼光放到了電子的運動上，他要通過數學來建立電子在原子中的運動方程，這就是後來稱為量子力學的新體係，是相對於玻爾的老理論而言。
作為一個年輕的物理學家，海森堡開始擺弄一種奇怪而神秘的數學形式 - 矩陣。在當時的物理學界，真正懂得矩陣的人並不多，實際上聽說過這種數學形式的人都不多。海森堡自己對矩陣也不熟，也在摸索。
無疑，矩陣這種數學形式是艱澀的，令人望而生畏的，至少對當時的物理學家來說。但是，矩陣最大特點是離散化，正好特別適合量子化的思維模式。所以當海森堡將矩陣這種數學形式應用到描述電子在原子內的運動方程時，很快就獲得了巨大的成功。
他把所有物理規則都按照矩陣形式書寫，把已有的經典動力學方程和許多傳統的物理量都按照矩陣數學來處理。在玻爾的量子化原子模型裏，已經有了電子的運動方 程和量子化條件。原來是用傅立葉變換化作一係列簡諧運動的疊加，展開式的每項都代表了特定的頻率。現在，海森堡把它們徹底地改變成了矩陣形式。
這樣，描述原子中電子的運動就有了一套矩陣數學形式的堅實基礎。從海森堡建立的量子力學體係裏，可以很自然地推導出量子化的原子能級和輻射頻率，不需要象 玻爾的模型要強加進去這些東西。更重要的是，量子力學的基本形式已經在海森堡這裏得到了突破性的進展，為量子革命的氣勢磅礴奠定了堅實的數學基礎。海森堡 建立的量子論基礎後來被成為“矩陣力學”，海森堡後來去劍橋講學，他的革命性工作由他的前輩波恩於1925年寄給了《物理學雜誌》得以發表，標誌著量子力 學體係首次公開亮相。那年海森堡才24歲！
然而，海森堡的“矩陣力學”導致的一個奇特現象令人百思不解，那就是把傳統的動量P和位置Q這兩個變量寫成矩陣形式後相乘所得到的奇妙結果。
在經典力學裏，如果要把兩個量相乘，就是簡單的乘法，與這兩個量在乘法中的次序沒有關係，這就是乘法的交換律。例如，牛頓第二定律：f = am 和f = ma 是等同的。但在海森堡的矩陣力學裏，動量P與位置Q相乘的次序卻對結果有很大影響，也就是說，P X Q 不等於 Q X P，不遵守乘法交換律。
這給海森堡提出了很大的挑戰，質疑矩陣力學的人以此來發起攻擊。而海森堡的回答是，量子力學不同於經典力學，在量子力學裏，數學壓倒一切。既然計算表明動 量和位置的乘積與次序有很大關係，我們就應當相信。至於其背後隱藏的意義，再慢慢尋找。也就是說，在量子力學裏遊戲規則變了，數學前行，物理意義在後。
但人們沒想到的是，這個P與Q相乘不遵守乘法交換律的數學背後隱藏著一個驚天大秘密，後來才被證明它就是大名鼎鼎的“測不準原理”。“測不準原理”這個中 文翻譯有誤，容易引起誤導，準確地翻譯應該是“不確定性原理”(UNCERTAINTY PRINCIPLE)。這是後話。
海森堡離開哥廷根一段時間, 去劍橋講學。海森堡不在哥廷根的日子裏，海森堡的矩陣力學迷住了前輩波恩，波恩很快就找到了與他一起工作的年輕的數學天才約爾當一起合作發表了另一篇論 文，《論量子力學》，用大量篇幅來闡明矩陣運算的基本規則，並把經典力學的哈密頓變換統統改造成為矩陣的形式。他們也算出了P X Q 和 Q X P 之間的差值。後來，海森堡回來後，他們三人又合作在1925年年底發表了《論量子力學II》，從而徹底建立了新量子力學的主體。
“在這種新力學體係的魔法下，普朗克常數和量子化從我們的基本力學方程中自然而然地跳了出來，成為自然界的內在稟性。如果認真地對這種力學形式做一下探 討， 人們會驚奇地發現，牛頓體係裏的種種結論，比如能量守恒，從新理論中也可以得到。這就是說，新力學其實是牛頓理論的一個擴展，老的經典力學其實被‘包含’ 在我們的新力學中，成為一種特殊情況下的表現形式。”
新生的矩陣力學一出世，就有雷霆萬鈞之力，很快就解決了電子自旋的難題，解決有著兩個電子的原子——氦原子的問題，其威力很快擴大了前所未知的領域中。注定了要在物理學的曆史上留下色彩斑斕的一頁。
如果說海森堡將成為玻爾哥本哈根學派的一員猛將的話，那麽愛因斯坦陣營也將出現另一員猛將，他就是赫赫有名的薛定諤。薛定諤要推出他的波動方程與海森堡的 矩陣理論相抗衡，其威力很快就蓋過了海森堡的矩陣理論，而他後來他馴養的“薛定諤的貓”更是令量子江湖中人聞“貓”喪膽，談“貓”色變。
9。
哥本哈根陣營推出了矩陣力學建立了量子力學的基本體係，威震江湖。愛因斯坦陣營也不是吃幹飯，薛定諤出場了。
那時，薛定諤已經是瑞士蘇黎世大學的一位知名教授。他不在原子結構裏折騰，而是另辟蹊徑，很自然地從本陣營的德布羅意“相波”為出發點，建立理論。薛定諤 在1925年底對愛因斯坦表達了他對德布羅意工作的極大興趣和信任，決心創立他偉大的波動力學來與海森堡等創立的矩陣力學一較高下。
薛定諤仔細研究了德布羅意的思想，然後比較了玻爾當年的量子化原子理論和海森堡的矩陣理論。他意識到，玻爾當年是強加一個“電子分立能級”的假設，而海森 堡用複雜的矩陣力學推出這一結果。海森堡想，老夫不走你們的路，也不用引入外部假設，隻要把電子看成本門的德布羅意波來建立方程，就可大功告成。
薛定諤最後從經典力學的哈密頓-亞可比方程出發，利用數學的變分法和德布羅意方程，求出了一個非相對論的波動方程。後來這個方程成了20世紀威震整部物理學史的薛定諤波函數。
在薛定諤波函數方程裏包含波函數，普朗克常數，體係的總能量，勢能，等等。該方程的解是不連續的，依賴於整數N，其結果很精確地與實驗結果吻合。這樣，原子的光譜也同樣可以從薛定諤的波動方程裏被推導出來。
到1926年6月，薛定諤連續發表四篇重要論文，徹底建立了一種全新的量子力學體係 --- 波動力學，與海森堡等的矩陣力學爭霸龍頭老大。
薛定諤的波動力學體係，從它一出世，就贏得了物理學界的一片讚揚，守舊的老夫子們，似乎看到了薛定諤的波動力學體係能夠回歸傳統，而其他物理學家則喜歡其體係的形式 – 微分方程，比起矩真力學的艱澀要可愛多了。愛因斯坦更是稱讚薛定諤的體係是“源自於真正的天才”。
也正因為薛定諤的成功，把波-粒大戰的戰火燒的更加猛烈。因為現在量子力學有了兩套完整的理論體係，一個是海森堡等的矩陣力學，它明顯地擁抱電子的粒子 性；另外一個就是薛定諤的波動力學，它明顯地擁抱電子的波動性。在這兩種理論的支持下，波-粒大戰分外慘烈，大有魚死網破之勢。
盡管矩陣力學和波動力學彼此仇視，互不買賬，但似乎它們有一個共同點，就是從數學出發建立理論體係，完全區別於傳統的從物理意義出發建立理論(隻是波動力學方麵更願意談論物理圖像)。這就給它們帶來了一個共同的尷尬，有時不知道自己的理論表達的是什麽意思。
在海森堡的矩陣力學裏，我們不知道動量P與位置Q不遵從乘法交換律蘊藏著什麽稀世珍寶。同樣在薛定諤的波動力學裏，也沒人知道其波動函數隱藏什麽驚天秘 密。這就導致這輪波-粒大戰既慘烈又神秘，而令人驚奇的是，薛定諤用來對抗敵手的波函數最後卻成了地方陣營大廈的基石之一。
10。
“回顧一下量子論在發展過程中所經曆的兩條迥異的道路是饒有趣味的。第一種辦法的思路是直接從觀測到的原子譜線出發，引入矩陣的數學工具，用 這種奇異的方塊去建立起整個新力學的大廈來。它強調觀測到的分立性，跳躍性，同時又堅持以數學為唯一導向，不為日常生活的直觀經驗所迷 惑。但是，如果追究根本的話，它所強調的光譜線及其非連續性的一麵，始終可以看到微粒勢力那隱約的身影。這個理論的核心人物自然是海森堡，波恩，約 爾當，而他們背後的精神力量，那位幕後的‘教皇’，則無疑是哥本哈根的那位偉大的尼爾斯·玻爾。這些關係密切的科學家們集中資源和火力，組成一個 堅強的戰鬥集體，在短時間內取得突破，從而建立起矩陣力學這一壯觀的堡壘來。
而沿著另一條道路前進的人們在組織上顯然鬆散許多。大 致說來，這是以德布羅意的理論為切入點，以薛定諤為主將的一個派別。而在波動力學的創建過程中起到關鍵的指導作用的愛因斯坦，則是他們背 後的精神領袖。但是這個理論的政治觀點也是很明確的：它強調電子作為波的連續性一麵，以波動方程來描述它的行為。它熱情地擁抱直觀的解釋，試圖恢 複經典力學那種形象化的優良傳統，有一種強烈的複古傾向，但革命情緒不如對手那樣高漲。打個不太恰當的比方，矩陣方麵提倡徹底的激進的改革，摒棄 舊理論的直觀性，以數學為唯一基礎，是革命的左派。而波動方麵相對保守，它強調繼承性和古典觀念，重視理論的形象化和物理意義，是革命的 右派。這兩派的大戰將交織在之後量子論發展的每一步中，從而為人類的整個自然哲學帶來極為深遠的影響。”
作為創立矩陣力學和波動力學的兩位中心人物的海森堡和薛定諤互相極其厭惡對方的理論體係。哥本哈根學派的精神領袖玻爾為了消除矛盾，特意把薛定諤邀請到丹麥去進行討論，但直到由於雙方爭論過於激烈，把薛定諤累病倒了，也沒能消除隔閡。
到了1926年4月，兩派的天才們如薛定諤，泡利，約爾當，都各自證明了雖然矩陣力學和波動力學看起來在形式上差異很大，但在數學本質上卻是完全等價的， 實際上它們都從經典的哈密頓方程而來，隻是一個從粒子的運動方程為起點，一個從波動方程為起點。這樣，兩種力學實際上是可以互換的。
這雖然在表麵上緩和了兩派的矛盾，但對這些數學的詮釋卻難統一，而且隔閡越來越深。首先，他們的較量就從波動方程中神秘的“波函數” 展開。
“波函數” 是薛定諤建立自己理論體係時從數學上引進的一個函數形式，他自己根本不直到這個函數在物理上代表什麽。實際上，大家誰也不知道這個波函數到底是什麽東西，雖然大家都同意它是一件無價之寶。
這些物理學的天才們隻有靠猜謎來探究這個神秘而無價的寶物“波函數”到底是什麽了 (很好玩哈，物理學家竟然不知道自己發現的東西是什麽，要靠猜謎來解決)。
他們大概隻知道這個神秘的“波函數”一些特性；
(1)。不知其名，強曰之“波函數”。
(2)。它連續不斷。
(3)。它沒有量綱，卻與電子的位置有聯係。對於每一個電子來說，它都在一個虛擬的三維空間裏擴展開去。
就是說，這個神秘的波函數如影隨形地伴隨著每一個電子，在電子所處的位置上如同一團雲彩般地擴散開來。這雲彩時而濃厚時而稀薄，但卻是按照某種確定的方式演化。而且，這種擴散及其演化都是經典的，連續的，確定的。
這些特性神秘莫測，撲朔迷離，使得當時的物理學家們如墜雲裏霧裏。
薛定諤自然猜自己發現的波函數是電子作為波在空間中的分布，因為把這個神秘的波函數與電子的電荷相乘，就代表了電荷在空間的分布。薛定諤把電子(或者不管 什麽微觀粒子)看成是一團波，象雲彩一樣在空間中擴展開來。而波函數就是描述這種電子雲彩在空間的分布的。很明顯，薛定諤要強調一種傳統的連續，他很不喜 歡自己對手倡導的不連續性，諸如，光譜，躍遷，能級，矩陣，等這些概念。
幾個月後薛定諤在慕尼黑大學演講時提出了自己的猜測。薛定諤把電子和其它亞原子都說成是雲彩一樣的波，這很駭人聽聞的。試想，那些組成我們的物質的“子們”都是雲彩一樣的波，那我們的物質世界是什麽？是由波組成的？
盡管薛定諤說法很駭人聽聞，但被哥本哈根學派的觀點卻要那麽不駭人聽聞，所以薛定諤的解釋博得了台下聽眾的熱烈掌聲。
但就在這些掌聲還沒有平息的時候，哥本哈根學派的波恩教授(也就是海森堡的老師)站了起來，和藹可親地問薛定諤，你能肯定你發現的希世珍寶“波函數”就是彩雲般電子波的空間分布嗎？
這樣的問話令薛定諤很是尷尬，他隻能猶猶豫豫地說，不確定。聽眾便覺得驚異。薛定諤便反問波恩教授，那您說那“波函數”是什麽？
波恩便說出了他的猜測，他的猜測令所有的物理學家都大吃一驚，他的猜測成了哥本哈根學派的基石之一，他的猜測在28年後才獲得了諾貝爾獎。
波恩的猜測是：那個神秘的波函數是“骰子”！
11。
波恩說薛定諤發現的神秘“波函數”是骰子，是說它並不是象薛定諤猜測的，電子是象彩雲般在空間分布的波，而這個波按“波函數”分布。波恩認為這個神秘的波 函數是電子出現在空間某個位置上的概率分布(嚴格說這個波函數的平方是概率分布)，也就是說一個電子出現在空間某個位置上完全是隨機的，不確定，不可預測 的。我們從理論上隻能知道電子在某個給定位置上出現的概率是多少。
同學們可能覺得不以為然，說我們在現實中遇見的概率分布多了，就說擲骰子，每次擲出來幾點就是個概率分布的問題。但是波恩說的概率分布卻是真正比擲骰子要離奇的多得多。
從理論上講，既是對於真正的擲骰子，隻要我們知道骰子的大小，質量，質地，初速度，高度，角度，空氣阻力，桌子的質地，摩擦係數，等等一切所需要的信息，並且假定我們擁有足夠的運算能力，理論上我們就可 以預計這個骰子將會擲出幾點來。
但波恩說的電子出現的概率分布和隨機性，不是象上麵所說的真正擲骰子的概率，而是說，從理論上無論我們的計算能力多麽強大，無論我們有多少必須的信息，我們都不能準確預測一個電子出現的位置，隻能由這個神秘的概率分布來控製電子的出現。
波恩的這個概率解釋是個非常嚴重的問題，他在這裏宣布了一個令人絕望的思想，那就是，從理論上講我們的物理學在精細的結構裏麵不能準確地預測這個世界。當 然，這不是說，我們不能發展高精尖的技術。就技術層麵來講，我們可以用各種理論獲得我們想要的東西。但在對世界的深刻理解方麵，我們從理論上有不可逾越的 障礙。
波恩當年自己在論文中就指出了這一點，說波函數的概率解釋是關於科學上“整個決定論”問題。也就是說對傳統的認為隨著科學的發展，世界在深層次上是可以預 測的，宇宙的走向也是可以預測的這樣的決定論的挑戰。當然，後來其它科學領域挑戰決定論的還有例如混沌理論裏麵著名的“蝴蝶效應”，是說哪怕一隻蝴蝶輕微 地扇動它的翅膀，也能給整個天氣係統造成戲劇性的變化。所以，現在的天氣預報已經普遍改用概率性的說法.
波恩的概率解釋當然不能被當時的對手，也就是愛因斯坦陣營所接受。在愛因斯坦看來，如果接受波恩的概率解釋，就等於放棄了傳統的因果率，因為電子出現的嚴 格位置從理論上是不可預測的，也就是說沒有一個緊緊相連的原因可以讓你去追尋，是這個原因造成了電子出現在那個位置。這種不遵循因果律的解釋，是絕對不能 被愛因斯坦接受的。所以，愛因斯坦的那句名言“上帝不擲骰子”就是針對哥本哈根學派打破因果律的解釋提出來的。
然而，愛因斯坦錯了。波恩28年後由於他的概率解釋獲得了諾貝爾獎，而這個概率解釋構成了哥本哈根學說的三大支柱之一。
我們怎麽知道波恩的解釋是對的呢？
這裏讓我們考慮那個著名的電子或者光子的雙縫幹涉實驗。這個實驗是說，當大量電子穿過兩道狹狹縫後，便在感應屏上組成了一個明暗相間的圖案，展示了波峰和 波穀的相互增強和抵消。盡管這個實驗是電子具有波動性的最好證明，但它卻不是象薛定諤解釋的那樣，說每個電子本身是雲彩般的波。
如果薛定諤是對的，那我們就可以做一個思維實驗，想象我們有一台儀器，它每次隻發射出一個電子。由於這個電子是在整個空間分布的波(當然強度按波函數分布) ，這個電子穿過雙縫，打到感光屏上，感光屏上應該出現一團模糊不清的圖像，其強度按波函數分布。
而實際情況不是這樣，實際情況是每個穿過狹縫的電子隻在感光屏上出現一個點，而這個點的位置卻是按波函數的平方形成的概率分布的，也就是我們看到的幹涉圖案。
這樣，我們是否就能說電子就隻是一個粒子呢？也不能，如果電子隻是一個粒子，那麽問題也就來了。假設單個的電子穿過狹縫後，它怎麽知道它的行動要按照波函數的概率控製，在某些地方出現的機率大，而在某些地方出現的機率小，還形成幹涉條紋呢？
這些難題需要解釋，哥本哈根學派還需要更多的理論支柱。下個出現的就是更加令人驚奇的“不確定性原理”，它的發現者就是矩陣力學的創始人，哥本哈根學派的虎狼之將海森堡。
後事如何，下回分解。
量子江湖風雨錄 (4)
貼一集吧。古人有雲：心急吃不了熱豆腐。卡卡！
12。
哥本哈根學派的海森堡，波恩和約爾當共同建立了量子理論的矩陣力學體係，愛因斯坦陣營的薛定諤另辟蹊徑也建立了量子力學的波動力學體係，兩派互相對峙，爭奪霸主。
幸好，從數學上證明這兩個係統在本質上是一致的，隻是兩種不同的表達形式，可以互相轉換，原來他們本是一家人。但數學本質上的一致並沒有使得他們兩派言歸 於好，而真正的困難是對數學表達的解釋，這才是量子論不同於經典理論的最具區別的地方。正因為對數學解釋的不同，他們才打得天翻地覆，日月變色。
海森堡在哥廷根創立了矩陣力學後，有幸來到哥本哈根“教皇”玻爾的身邊工作，成了他的得力助手。
科學家也和我們一般人一樣，比較喜歡簡單明了，明快易懂的數學表達形式。薛定諤的波動力學體係就是這樣討人喜歡的理論，它用了科學家們喜歡並熟悉的微分方程的形式，就被艱澀難懂的矩陣力學體係占盡了優勢，反正大家覺得數學本質上他們是一樣的，何不采用簡單易懂的形式呢。
這使得矩陣力學的創始者海森堡很是生氣，他就是看不慣對手的理論。後來，自己陣營(哥本哈根學派)的波恩和玻爾也都開始喜歡薛定諤的理論形式，這使得海森堡更加鬱悶，他對自己精神領袖們對自己引以為驕傲的矩陣力學的“背叛”感到很傷心。
然而，海森堡大可不必過份傷心，因為雖然自己的精神導師們喜歡薛定諤的理論形式，但不代表他們接受薛定諤的解釋，象波恩對波函數的概率解釋就是例子。但海森堡可能當時還沒有深刻意識到這點，所以他很傷心。
1927年2月，玻爾出外度假去了，海森堡懷著複雜的心情反思自己的矩陣力學，他感覺矩陣力學在某些方麵的優點是對手薛定諤那“該死”的波動力學所不能取 代的。他慢慢地想到了那個令人難以理解的不遵守乘法交換率的難題，也就是在矩陣力學裏麵，動量P和位置Q相乘的次序不同會帶來不同的結果。
這時，愛因斯坦的一句話反複在海森堡的腦海回蕩，那就是：“理論決定了我們能夠觀察到的東西。”正是愛因斯坦的這句話，使其對方陣營的海森堡發現了一個驚天大秘密。
海森堡順著這個思路想下去。
理論說，P X Q 不等於Q X P，這是想要我們觀察什麽呢？他的腦海一亮，滑過了一道閃電。難道理論是在告訴我們先觀測動量P後再觀測位置Q，和先觀測位置Q後再觀測動量P，兩者的結果是不一樣的？
當這個念頭一出現，他就大吃一驚。在宏觀世界裏，對一個物體來講，你無論是先觀測其動量P或者其位置Q，不都是一樣的嗎？因為P和Q都是確定的，跟你先觀 測哪個沒關係。難道，這在微觀世界裏不成立？難道說在微觀世界裏，動量P和位置Q不能同時確定和觀測嗎？也就是說先確定了P，Q就不能確定了，或者先確定 了Q，而後P就不能確定了？
對這一不可思議的理論結果，海森堡首先能想到的就是測量本身對測量對象的幹擾，他用思維實驗設計了各種情況，都證明同時準確測量微觀例子的動量P和位置Q 是不可能的。這更堅信了他對理論的解釋。最後，他更是從理論上推導出了觀測P和觀測Q的誤差，其乘積必定大於一個常數，與著名的普朗克常數有關。也就是說 隨著對動量P或者位置Q中任何一個變量知道的越精確，另外一個就越模糊，其模糊程度急劇曾大。當100%地確定其中某一個量時，另一個就無窮大的模糊，也 就是完全不知道怎麽回事了。
這就是後來名震整個科學界的“不確定性原理”，其表述是：我們沒法同時既準確知道一個微觀粒子的位置，同時又準確知道其動量，反之亦然。這是繼波恩對波函數的概率解釋之後，哥本哈根學派的第二個基本支柱。
象薛定諤發現了波函數卻對波函數的解釋錯誤一樣，海森堡發現了“不確定性原理”也對該原理的解釋存在很大的偏差。
在海森堡那裏，他一直鍾愛他的矩陣力學係統，在他的腦海裏一直有一個傳統的“粒子”形象，所以他起初對“不確定性原理”的解釋就停留在“測量的幹擾”這個 層次。他認為微觀粒子是有確定的動量P和確定的位置Q的，隻是我們的任何測量手段都會對微觀粒子本身造成很大的幹擾，所以，測量結果就存在不確定性。
然而，哥本哈根學派的精神領袖波爾對海森堡的這種錯誤理解給予了嚴厲的批評。玻爾敏銳地指出，海森堡應該放棄傳統粒子的觀念，“不確定性原理”告訴我們的 是更深層次的東西。也就是說，理論告訴我們不能同時準確知道電子的動量P和位置Q，就象理論告訴我們沒有永動機一樣，而實驗觀測的不可能性隻是驗證了理 論，而不是實驗誤差造成的。在任何時候，大自然都固執地堅守這一底線，絕不讓我們有任何的花招得逞，同時準確知道電子的動量和位置。
更進一步，玻爾認為：沒有確定動量P同時有確定位置Q的粒子，我們要麽看一個有確定動量P的粒子，要麽看一個確定位置Q的粒子，魚與熊掌不可兼得。
玻爾的思想不容易理解，我們在介紹玻爾天才而偉大的的“互補原理”時再詳細討論，而這個“互補原理”與“波函數的概率解釋”和“不確定性原理”共同構成哥本哈根學派量子論的正宗解釋，一直出於霸主地位。
當然，在“不確定性原理”的解釋上，海森堡最後接受了玻爾的思想，他的論文發表在1927年3月份的《物理學雜誌》上。
後來我們知道，在物理上這種奇特的魚與熊掌不可兼得的物理量叫“共軛量”，有不少，海森堡很快就發現了微觀世界的能量E與時間T，也是一對冤家，也不共戴天，同樣遵守“不確定性原理”。
這個“不確定性原理”給我們深刻理解宇宙帶來的問題不是很嚴重，而是相當相當的嚴重。
首先，波恩對波函數的概率解釋將傳統理論的“決定論”拉下了馬，也就是說，即使我們知道目前宇宙中所有粒子的信息，並且我們擁有無限能力的計算機係統，從 理論上我們也不能準確預測宇宙的行為，隻能有個概率可能性。然而，到了海森堡的“不確定性原理”這兒，事情幹的更絕，這個原理告訴我們，我們宇宙中粒子的 目前狀況的準確信息從理論上你也永遠都沒有，那你想要準確預測宇宙的將來，不是癡人說夢嗎？
第二，海森堡的這個“不確定性原理”和波恩對波函數的概率解釋，共同對傳統的因果律提出挑戰。波恩對波函數的概率解釋是說，一個電子出現的位置是真正隨機 的，概率性的，沒有原因可以追蹤，可以描述，所以就“電子出現的位置”這一事件來說就成了無因之果。如果有原因，理論上那我們就可以追蹤，隻要我們的信息 慢慢增多，我們就可以了解這些原因。而這裏說的是，理論上無因可尋。
同學們，我這裏要提醒大家一句，我們的描述會越來越不可思議，大家要做好思想準備，時刻記住玻爾的名言：“誰要不對量子論感到困惑，誰就是沒有真正理解量子力學”。
我們再看海森堡的“不確定性原理”帶來的對因果律的挑戰，以能量E與時間T這對冤家為例。
我們平時理解的“空”就是空無一物，但我們後來知道空無一物的空氣並不“空”，有大量的空氣分子。那我們就說真空是“空”，把空氣抽走。這也不行，因為真 空中有各種“場”，什麽電磁場啊，引力場啊，等等。那我們幹脆說，就隻有空間是“空”，也不行，愛因斯坦的相對論說空間是個東西，它能彎曲變形，引力就是 空間的彎曲變形。這些好像都是有原因可以追尋的東西。
到了海森堡不確定性原理這兒，我們才真正有了沒有原因的生成物，有了真正的“無中生有”。能量E與時間T是一對冤家，遵守不確定性原理。當時間T控製在極 其小的一刹那間時，能量就極其不穩定，會發生巨大的能量起伏，而這些瞬時出現的能量起伏並不是從我們這個世界現有的能量來的，而是完全靠不確定性原理憑空 出現的，在瞬間這個能量起伏是違背能量守恒原理的。這些巨大的能量起伏會瞬時有消失的無影無蹤，但在平均上維持能量守恒原理不被打破。這稱為“量子態能量 起伏”。
然而，這種量子太的能量起伏就是一個無因之果，違背傳統的因果律。也就是說微觀世界一直在沸騰著，到處都有神秘的能量產生來到我們的空間裏，很快又消失。由於愛因斯坦的相對論告訴了我們能量與物質的轉換關係，所以在微觀世界裏不斷有“幽靈”般的物質出現又很快消失。
這種巨大的量子態能量起伏在物理上被稱為“漲落”，著名的宇宙暴漲理論就是根據這種量子太的能量漲落原理提出來的，以解釋宇宙的“從無到有”和宇宙發展的 “各向同性”。他們的出發點是，宇宙起源時，沒有時間，沒有空間，沒有物質，當然也沒有能量，隻有數學控製的“不確定性原理”。在時間開始的一刹那間，產 生能量極其巨大的漲落，也可以說是產生物質的巨大漲落。由於物質，時間，空間和引力那扯不斷的關係，量子效應使得瞬間從“無”產生的宇宙迅速暴漲，然後就 一切都發生了。所以，從根本上說，我們的宇宙就是違背因果律的，是從“無”中來的，物理上沒有原因。
實際上，如果我們承認這種宇宙從無到有的生成論，我們看到的是不確定性原理產生了我們的宇宙，而不確定性原理隻是一個原理，一個數學表達，一個數學思維。難道是數學思維產生了我們的物質世界？
這裏我們還隻看到的是不確定性原理和波函數的概率解釋對因果律的衝擊，不確定性原理還會引起更不可思議的結果，它將與後來的“互補原理”對我們傳統理解的客觀物理實在構成巨大的威脅。下麵我們就要討論玻爾的天才思想 – 互補原理，看看它是怎樣更把這個世界攪的天昏地暗。
13。
光是波還是粒子，牽動了量子力學出現前從牛頓開始的物理學界幾乎所有的牛派泰鬥，到出現量子力學時，更是火上加油，連電子和一切微觀粒子都被拉下了水，都成了波-粒大戰的對象。
這很可怕！
當隻是爭論光時，我們還好受些，那就去爭論光吧。但當把所有的微觀粒子拉下水後，我們的處境就極其不妙了。我們這個世界的一切物質包括我們自己都是這些微粒組成的，如果組成我們的粒子是波，我們是什麽？
我們就以電子為例。玻爾的電子躍遷，原子裏的光譜，海森堡的矩陣力學的不連續性，更有電子通過狹縫打到感光屏幕上的小點，都說明電子是個粒子。但薛定諤的波動力學的連續性，還有電子在雙縫實驗中形成的幹涉條紋，又都說明電子是波。
那麽，電子到底是粒子還是波？你怎麽看，電子都沒法不是個粒子；你怎麽看，電子都沒法不是波。在這裏，我們陷入了絕境。而波-粒大戰又打得不可開交。
這時，天才的玻爾出手了。
他認為，既然電子沒法不是個粒子，既然電子沒法不是波，那麽隻有一種可能性，那就是：電子既是粒子，同時又是波！很簡單，這就是玻爾提出的微觀粒子的“互補原理”。
問題是，你不認為玻爾的說法過分嗎？你能理解電子既是粒子，同時又是波這樣的圖像嗎？粒子是硬棒棒的實體，波是一片難以琢磨的彩雲般的幽靈，這能統一嗎？
實際上波爾是在海森堡發現了微觀粒子的不確定性原理後，逐漸發現了了這個驚世駭俗的互補原理。玻爾敏銳地意識到海森堡的不確定性原理，不光是在討論不能同 時確定粒子的動量和位置的問題，其背後隱藏著更加秘密，更加深遠的意義。也就是說不確定性原理是個根本的普適的原理，在電子的動量和位置那裏，一個量出現 的越清晰，另外一個量就越模糊，此消彼長，不共戴天，又不可分離。在電子的波-粒兩種特性方麵，也是遵循不確定性原理，電子的粒子性越清晰，電子的波特性 就越模糊，反之亦然，他們不共戴天，又不可分離，互補互存使得電子的特性成為完整。
繼續，玻爾的思想是：電子在沒有觀察時是處於粒子性和波動性的一個混合疊加狀態,而電子要表現出粒子性還是波動性，完全取決於我們想看到什麽，也就是我們 的測量方式。你要看到粒子性，就把電子打到熒光屏上，你就看到一個小點，你看到了粒子。如果你要看電子是波，也成，讓電子通過雙縫，你就看到了幹涉圖樣， 你看到了波。
這時候你可能要說，玻爾同學，你別給我這樣胡攪蠻纏，照你說的，電子就是個幽靈，一會是粒子，一會兒又是波，完全取決於我們的觀察方式，沒有一個客觀實在。你倒是告訴我，電子到底根本是什麽吧，我不想跟你泡蘑菇。
玻爾的回答會使得你很憤怒，很想發瘋。
玻爾的觀點是：電子本來就沒有一個客觀實在，就是個幽靈，就是粒子性和波動性疊加起來的一個混合態幽靈。那種特性出現就是取決於我們的觀察，而“電子真正的客觀實在是什麽”這樣的提法根本就沒有意義，我們的觀察決定了電子是粒子還是波。
或許你認為玻爾這家夥肯定是瘋了，這樣的思維怎麽能搞科學。但是，且慢下這樣的結論，我來舉個簡單的例子，我們來看看玻爾的理論是否有道理。
著名的藝術家風滿樓同學(綠島掌櫃)畫過一幅白馬圖，曾經名動江湖。如果我要問大家，風同學畫的那匹馬顏色是什麽？大家肯定異口同聲回答：白色，如果你不是色盲的話。
但問題恰好就出在這裏。
我們一般人，如果不是色盲，我們在普通光線下，也就是我們能感受的可見光波長在400 到760納米左右，在這個範圍內，我們看到那匹馬是“白色”。也就是說，我們首先選定了一個感受400到760納米左右波長範圍的儀器(我們的眼睛)來觀察那匹馬是“白色”。
現在我們把觀察那匹馬的觀察者換了，換成了蜜蜂。蜜蜂的眼睛感受的光譜與我們正常人差別很大，它看不見比黃光波長還長的光，但對紫外線很敏感。蜜蜂看了半 天那匹馬，看到的是一匹“藍紫色”的馬。這時，如果蜜蜂會說話，我們就和蜜蜂爭論了。我們說馬是“白色”，蜜蜂說馬是“藍紫色”。我們說我們明明看是“白 色”，蜜蜂說它明明看是“藍紫色”。這樣，從科學的角度講，我們並沒有比蜜蜂有優先權決定馬是什麽顏色，我們確實看到的“白色”，蜜蜂確實看到的是“藍紫 色”。
這兒的關鍵問題是，當選取了不同的觀察儀器(我們的眼睛和蜜蜂的眼睛)，就得到了不同的顏色“白色”和“藍紫色”。而馬的顏色則完全取決於我們怎樣觀察馬。當然，如果改變儀器的感光波長範圍，我們就會得到其它不同的顏色。
這裏，一個深刻的問題是，你已經不能說那匹馬的“本來”顏色是什麽了，它沒有本來顏色。你說是“白色”，前提是在人類眼睛的正常感光波長範圍；而蜜蜂說是 “藍紫色”，前提是在蜜蜂眼睛的感光波長範圍；在其它感光波長範圍的儀器觀察下，馬呈現不同顏色。所以，馬“本來是什麽顏色”這樣的客觀描述是不存在的， 是沒有意義的，馬的顏色完全取決於觀察方式。
這個思想又是一個很可怕！
當玻爾說電子(其實包括所有的微觀粒子)是呈現粒子性或者波動性取決於我們想看到什麽時，他是在告訴我們微觀粒子根本就沒有原本的客觀存在，而微觀粒子存 在的表現形式完全取決於我們的觀察方式。這種天才的思維在量子力學裏會推廣到我們整個的外部世界，都與我們的觀察方式有關, 我們看看玻爾具體是怎麽說的:
“電子的‘真身’？或者換幾個詞，電子的原型？電子的本來麵目？電子的終極理念？這些都是毫無意義的單詞，對於我們來說，唯一知道的隻是每次我們看到的電 子 是什麽。我們看到電子呈現出粒子性，又看到電子呈現出波動性，那麽當然我們就假設它是粒子和波的混合體。我一點都不關心電子‘本來’是什麽，我覺得那是沒 有意義的。事實上我也不關心大自然‘本來’是什麽，我隻關心我們能夠‘觀測’到大自然是什麽。電子又是個粒子又是個波，但每次我們觀察它，它隻展現出其中 的一麵，這裏的關鍵是我們‘如何’觀察它，而不是它‘究竟’是什麽。”
一旦我們的觀察方式確定了, 電子就必須做出選擇, 表現一種特性, 再也不能處以混合疊加特性的幽靈方式了。但究竟怎樣定義這個“觀察方式” ，大有學問, 是另外一個難纏的問題, 它會把“精神意識”引進物理學中來, 這個我們以後再論述。
玻爾的思想很難理解，很難被接受。你大可不必為自己的不能理解它而生氣，而憤怒。實際上，比我們更憤怒的大有人在，他們的腦袋瓜比我們要聰明不知多少倍，他們就是以愛因斯坦為精神領袖的反對派陣營。
到此為止我們介紹了哥本哈根學派創立的正統量子力學的三大支柱：波恩對波函數的概率解釋，海森堡的不確定性原理，以及玻爾的互補原理。前兩個支柱挑戰傳統的因果律，後兩個支柱挑戰我們外部世界的客觀實在性。
而以愛因斯坦為精神領袖的反對派陣營要為“因果律”和“外部世界的客觀實在性”做“強有力的辯護”，要與哥本哈根的正統量子力學陣營決一死戰。一場震驚量子江湖的大決戰即將拉開戰幕，就是那個傳說中的超一流“華山論劍”。
14.
哥本哈根學派以三大原理為根基,構築了量子力學的堅實堡壘. 這三大根基是: 波恩的波函數的概率解釋, 海森堡的不確定性原理, 和玻爾的互補原理. 前兩個根基挑戰傳統的因果律, 後兩個根基挑戰物理世界的客觀實在性. 正宗量子力學的解釋就圍繞這三大根基展開.
讓我們看看哥本哈根學派對電子通過雙縫的行為解釋.
一個電子在雙縫前受不確定性原理和互補原理控製,它沒有行蹤, 沒有軌跡,是疊加態的”幽靈”. 我們可以選擇不同的觀察方式讓電子顯出不同的特性來.
首先,我們選擇任其通過雙縫, 則電子的波動性占上風,它以某種方式同時通過了左狹縫和右狹縫,完全按照波動方程的波函數在空間,自我發生幹涉.
然後,我們在雙縫後放一個感應屏幕, 改變了觀察方式, 這也就迫使以波為形式的電子轉換它的特性, 因為我們要看電子的位置, 粒子性必須接管電子的特性. 這時在一刹那間, 電子突然從波動的分布狀態凝聚成一個點出現在了屏幕的一個確定的位置上, 我們看到了粒子性. 這個位置遵守波恩的概率分布. 而電子從波動的空間分布突然凝聚成一點, 叫波函數的”坍縮”
實際上, 上麵我們隻是電子為例, 一切微觀粒子都遵守這個規則. 由於我們的物質世界是由微觀粒子組成的,那麽我們的物質世界也是去取決於觀察測量嗎? 也沒有客觀實在性嗎?
哥本哈根創立的量子力學對這些問題的回答是肯定的, 也就是說我們的物質世界也是去取決於觀察測量, 沒有客觀實在性.
可想而知,這些革命性的思想受到人們巨大的反擊是百分之一萬二千肯定的.
15.
哥本哈根學派提出了他們的三大理論支柱, 完成了量子力學的解釋框架. 其反對派陣營也積極地集聚力量, 要與哥本哈根學派決戰. 對於反對派陣營的精神領袖愛因斯坦來說, 一個沒有嚴格因果律的物理世界是不可想象的. 愛因斯坦認為, 物理規律應該統治一切, 物理學的簡單明確性不可置疑: A導致了B, B導致了C, 而C又導致了D, 等等, 應該構成一個嚴格的鏈條. 他不能接受一個沒有明晰原因的”隨機性”, 象哥本哈根學派的什麽”概率解釋”就沒有原因, 什麽”不確定性原理”就從理論上排出你同時準確知道微觀粒子的動量和位置的可能性, 完全沒有原因可尋. 令愛因斯坦更不能接受的是什麽”不確定性原理”和”互補原理”聯合起來否定物理世界的”客觀實在”性, 而要依賴於什麽”觀察測量方式”.
當年玻爾的原子模型提出電子在不同能級間的躍遷就是這種可惡的”隨機性”而不遵守因果律, 愛因斯坦就非常反感, 他在1924年給波恩寫信嚴厲地聲言: “我決不願意被迫放棄嚴格的因果性，並將對其進行強有力的辯護。我覺得完全不能容忍這樣的想法，即認為電子受到輻射的照射，不僅它的躍遷時刻，而且它的躍 遷方向，都由它自己的‘自由意誌’來選擇。” 現在以玻爾為首的哥本哈根學派創立的量子力學以三大理論支柱為堡壘, 更加瘋狂, 竟然要否定物理世界的客觀實在性, “是可忍, 孰不可忍”!
哥本哈根學派門前遇到的挑戰從此便層出不窮，永無寧日，誰叫他們要與這些超一流的高手為敵呢？
以電子為例。哥本哈根學派不是說電子在屏幕上打出一點是完全隨機的，是完全概率分布的嗎？這說明什麽？這說明電子在屏幕上出現之前是沒有連續軌跡的，如果 有連續軌跡，我們就可以追尋這個軌跡，那麽電子出現在屏幕上的點就是可以往前追尋原因的，那就不是完全隨機的，是有連續原因的。如果可以追尋這個連續的原 因，那麽哥本哈根學派的純粹“概率解釋”理論上就不成立。而且，我們通過電子的這個連續軌跡，就可以既不但可以精確知道電子的瞬間位置，通過經過的時間記 錄我們也可以計算電子的精確速度(即動量)。這樣，哥本哈根學派的第二大支柱“不確定性原理”也就跟著破產。
這可真是一箭雙雕的高招阿！而現成的實驗就有，反對派大喜過望，“真是天助我們也！”
那是在1911年，英國的科學家威爾遜發明了一種儀器，叫雲室。它的工作原理是讓微觀粒子通過水蒸汽，當微觀粒子過後，會以它們為中心凝結成一串水珠，而形成一條清晰可辯的軌跡，就象天空中的噴氣式飛機在天空中留下一條白霧帶一樣。
反對派很高興說，看，在威爾遜雲室實驗中，電子有連續的軌跡可尋，哥本哈根的解釋宣告破產。然而當人們興致勃勃地深入研究這種水珠的電子軌跡時，才發現大 謬不然。原來宏觀清晰可見的水珠式電子軌跡到了微觀放大後不但變的模糊不清，而且再也不是連續的了，成了間斷跳躍的虛線。這樣不但沒有打倒哥本哈根學派的 理論，反而從某種意義上證明了人家的觀點。
一計不成，再來一計。反對派這下就從電子通過雙縫的實驗著手。
哥本哈根學派不是說了嗎？一個電子在雙縫前受不確定性原理和互補原理控製,它沒有行蹤, 沒有軌跡,是疊加態的”幽靈”. 如果我們任其通過雙縫, 則電子的波動性占上風,它以某種方式同時通過了左狹縫和右狹縫,完全按照波動方程的波函數在空間,自我發生幹涉. 現在我們就不信這個邪，不信電子以某種方式“同時”通過了左狹縫和右狹縫，我們要用實驗揭穿這個謊言。
實驗是這樣，在兩個狹縫的任意一個上麵安裝儀器, 我們來測量電子通過了哪一個狹縫，看是否一個電子同時通過了雙縫，就可以很容易揭穿哥本哈根學派的謊言。當然，這樣的實驗你肯定確實發現電子隻通過了一個 狹縫。反對派很高興說, 看, 電子並沒有同時通過兩個狹縫，而是隻通過了一個狹縫。
然而, 反對派又高興的太早了。哥本哈根學派的解釋給他們有力地回擊出去。哥本哈根學派說，因為, 當你在一個狹縫上安裝了儀器後, 你就是選擇了另外一種觀察方式, 暗示電子你要看電子的粒子性, 因為你要探測電子的位置是在哪個狹縫.。由於你想看電子的粒子性, 電子就顯示其粒子性,隻在一個狹縫出現。這時, 你會驚訝地發現, 由於你要看電子的粒子性, 電子就不會再顯示波動性了, 你就看不到電子的幹涉現象了。果然，電子不再形成幹涉圖案，而成了一個白條。 反對派又輸了一招。這個實驗又從某種意義上說明了我們的測量意圖規定了電子顯示什麽特性, 電子也善解人意, 就順著我們的意圖顯示我們想看的。
當然反對派的招數是層出不窮的，都讓哥本哈根學派的解釋給無情地反擊了回去。反對派又在想，你們哥本哈根學派認為沒有確定位置和動量的微觀粒子，我們也好 像是沒有本領同時準確測量微觀粒子的位置和動量(在花樣繁多的各種嚐試之後)，但或許微觀粒子是同時具有確定的位置和動量的，隻是我們沒辦法測量罷了。
對反對派的這些意見，哥本哈根學派給予了有力的回擊。他們認為，在物理上如果一個物理量不能被測量到，那麽它就應該認為是不存在的，就象有人說他車庫裏有 一條龍，但你摸不見，看不見，它也不留下任何痕跡，那我們就認為那條龍是不存在的。既然我們不能同時準確測量到微觀粒子的位置和動量，我們就認為電子同時 沒有位置和動量。實際上，哥本哈根學派走的更遠，他們把外界物理世界和我們的測量方式連接起來，連存在一個脫離我們的觀察測量的客觀外部世界都不承認。
哥本哈根學派與反對派的不斷衝突和局部戰爭終於釀成了一場麵對麵的激戰，華山論劍的日子終於來臨了。
後事如何，下回分解。
量子江湖風雨錄 (5) [引用]
各位掌櫃請注意，看本集時一定要穩住神，別害怕，別生氣。如果描述的與你原來的理性思維大相徑庭，那就對了。你將看到：量子江湖的華山論劍，撕裂我們理性 的薛定諤的貓，精神意識被引入到量子革命的解釋中，為了排除精神意識的解釋，靈魂永生又被引了進來。。。。最後我自己的思維也都太累了，都要停止了一 樣。。。
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16。
華山論劍的地方選在了美麗的歐洲名地布魯塞爾，雖然不在西嶽華山。時間是1927年，在那個載入史冊的第五屆索爾維會議上。
哥本哈根學派出動了強大的陣容參戰，以玻爾為領袖，波恩，海森堡，泡利等戰將一同前往，劍橋的約爾當因故未能出席。反對派陣營也有同等強大的陣容，以愛因 斯坦為領袖，赫赫有名的德布羅意和薛定諤為戰將。初了這兩派勢不兩立的勢力外，當然還有其它各色門派，我們不去管他們了。這些量子物理學方麵的重量級人物 麵對麵較量，從一開始就注定了這場華山論劍必定震動江湖，也必定青史留名。據說後來江湖上一直流傳的那張神秘的“物理學全明星夢之隊”的照片就是這次華山 論劍的見證。
比劍從一開始氣氛就很火爆，真是仇人相見，分開眼紅。想想從前，都是打的筆墨官司，你來我往，總要借助學術雜誌等媒體，費時費力，又多有誤會，使人總覺得不那麽痛快淋漓，不能過癮。現在，同處一室，短兵相接，兵來將擋，水來土淹，滄海橫流，方顯英雄本色，好不暢快。
開始時，雙方的主帥都在冷靜觀陣，任憑各自的戰將互相撕殺。
愛因斯坦陣營的戰將德布羅意首先挺槍出馬，來個精彩的陣前亮相。他狠狠地抨擊哥本哈根學派的關於電子粒子性和波動性的互補解釋，完全不同意這種放棄客觀存 在性的離經叛道思維。德布羅意亮出他多年的看家本領，認為電子本身就是一個波，而粒子性可以看作是波動方程的一個奇點，他提出一種“導波”的思想，正是這 個緊緊圍繞電子的“導波”在無限空間中隨處分布，來指導電子的一切行為。
德布羅意的思想受到了哥本哈根學派第一狙擊手泡利的淩厲反擊，泡利旁征博引，從理論從實驗兩方麵對德布羅意猛烈轟擊，德布羅意招架不住，一路敗下陣來。
愛因斯坦陣營的薛定諤眼看己方的德布羅意兄狼狽敗北，急忙催馬出陣來援。遺憾的是，哥本哈根的泡利火力太猛，又有波恩和海森堡在旁助陣，薛定諤對德布羅意兄也無力回天。薛定諤的助陣力度連德布羅意自己也不滿意。
隨著戰局的深入，哥本哈根學派逐漸占了絕對的上風，他們竟然揚言：“量子力學是一種完備的理論，它的基本假設和數學假設是不能進一步修改的。”在反對派的 敗相麵前，哥本哈根學派更是乘勝追擊，對薛定諤的“電子雲”思想大加抨擊。最後迫使薛定諤承認自己的“計算還不太令人滿意”。
對這場硝煙彌漫的混戰中，愛因斯坦開初一直保持著可怕的沉默。但他最後忍不住了，便迅猛出擊。
愛因斯坦不愧是個久經戰陣的超一流好手，一出手便劍法淩厲，快捷，有力。他首先提出了一個模型：一個電子通過一個小孔得到衍射圖像，對哥本哈根的電子概率 分布解釋進行無情的攻擊。他指出，哥本哈根的隨機性解釋表明，“同一個過程會產生許多不同的結果，而且這樣一來，感應屏上的許多區域就要同時對電子的觀測 作出反應，這似乎暗示了一種超距作用，從而違背相對論。”不光這些，愛因斯坦在後麵幾天的會議中不斷地提出各種思想實驗來證明量子理論有重大錯誤。
在愛因斯坦的精純劍法麵前，哥本哈根陣營的波恩，海森堡和泡利基本都退居二線，愛因斯坦陣營的德布羅意和薛定諤也退居二線，隻有哥本哈根陣營的主帥玻爾從 幕後走向前台力敵敵方主帥，成了兩大巨頭的單挑決鬥。一時間兩大掌門龍虎相爭，各出奇招，變幻莫測，打得是天昏地暗，月落星稀。
然而，盡管愛因斯坦當年憑一己之力就提出了震驚江湖的相對論，在量子革命初期也是一招驚江湖，其內力其劍術已經是爐火純青，如入化境，但敵方主帥玻爾總能在煙霧繚繞的險境中找到反擊的招數，將愛因斯坦的攻擊化為烏有。在這些思維較量中，愛因斯坦終於敗下陣來，他輸的很慘。
但愛因斯坦並不服氣，盡管從量子理論的自洽方麵，他沒能攻破敵方的陣營，但他認為量子力學是錯的，他虔誠地堅信因果律，他不相信“上帝會擲骰子”，他不相 信量子力學的概率解釋，不確定性，和互補原理。在1926年寫給波恩的信裏，他說：“量子力學令人印象深刻，但是一種內在的聲音告訴我它並不是真實的。這 個理論產生了許多好的結果，可它並沒有使我們更接近‘老頭 子’的奧秘。我毫無保留地相信，‘老頭子’是不擲骰子的。”
夕陽西下，古道秋風，殘陽如血。愛因斯坦和他的勇士們擦幹了身上的血跡，提槍上馬，他們要苦練神功，再戰哥本哈根學派，與量子理論不共戴天，誓與經典理論共存亡。
1930年，愛因斯坦在閉門苦練三年後，再度向哥本哈根學派的量子力學重拳出擊。他用自己的獨門絕技相對論，設計了一個電子箱思想實驗，力圖釜底抽薪從理 論上重創量子力學的核心基礎 – 不確定性原理。那成想，哥本哈根學派的掌門人玻爾，大智若愚，重劍無鋒，大巧不工，以其人之道還治其人之身，硬生生地用愛因斯坦的獨門絕技相對論把愛因斯 坦給擋了回去，砸的愛因斯坦吐血。
然而，愛因斯坦雖敗猶榮，讓我們見證了這位物理大師的精湛武功，精奇招數和橫溢才氣。也見證了玻爾這位量子力學開山鼻祖的致密思慮，深遠視野和敏捷才智。他們兩位曠世奇才的這次比拚實為江湖上所罕見。
既生愛，何生玻？
畢竟愛因斯坦不是周瑜，他不會給玻爾氣死。愛因斯坦還要向哥本哈根學派的量子力學投擲出一個威力無比的手雷 – EPR 佯謬，薛定諤也趁機放出了他那馴養多年的“毒貓”，量力江湖不斷地出現著高智慧的較量。有愛因斯坦在，哥本哈根學派就永無寧日，玻爾也永無寧日。直到愛因 斯壇去世，他和玻爾的論戰還沒有結束。到上世紀八十年代，一係列精巧的實驗才給玻爾和愛因斯坦的世紀之爭，做出了最後的決定性裁決，才真正用實驗解答了愛 因斯坦的EPR 佯謬，愛因斯坦徹底地錯了，但他卻不能看到那個決定性的實驗。這是後話，我們這裏暫且按下不表，我們先看看令量子江湖“談貓色變” 、“聞貓喪膽” 的薛定諤的“貓”。
17。
華山論劍及之後的較量，都沒能摧毀哥本哈根學派創立的量子力學及其解釋，量子力學反而更被很多人普遍接受。愛因斯坦也無力回天，當他和同事們提出EPR佯 謬時，不再提量子力學是錯誤的，而是改成量子力學是不完備的，存在解釋的漏洞。這時，薛定諤非常高興，趁機放出了他那馴養已久的“貓” ，要來撕裂哥本哈根學派的靈魂，其論文在1935年發表。
薛定諤這樣來建立他的挑戰：根據哥本哈根學派的解釋，一個微觀粒子在沒有被觀察測量前，這個粒子是處於一個模棱兩可的疊加態，象個幽靈。隻有觀察測量後，微觀粒子才從幽靈的疊加混合狀態坍縮成物理實在。很好，那我們就來設計一個實驗來拆穿這個謊言。
我們設計一個不透明的密閉箱子，箱子裏放一個貓進去，再放一個放射性原子進去，還放一瓶巨毒的毒氣。進一步，我們有一個非常巧妙的理想裝置也在箱子裏麵 (反正是思想實驗，你想是什麽裝置都成) ，這個理想裝置受放射性原子衰變出來的中子控製。如果放射性原子衰變出中子，這個中子就會啟動那個理想裝置，而理想裝置就把毒氣瓶打開，放出毒氣，貓就一 命嗚呼，魂歸西天。如果放射性原子不衰變，就不會有中子，理想裝置也不啟動，毒氣就不放出來，貓就幸福地活著。
現在我們用哥本哈根學派創立的量子力學來解釋這個實驗。放射性原子是微觀粒子，符合哥本哈根學派的量子力學描述對象。那麽在我們還沒打開箱子觀察測量之 前，這個放射性原子處於幽靈狀態，確切地說，它處於衰變與不衰變中子的疊加態，或者說兩可態。正因為這樣，那麽理想裝置也處於打開和不打開毒氣瓶的兩可混 合態，進而，貓也就處於被毒死和活著的兩可混合態。隻有當我們打開箱子觀察測量的那一瞬間，一切才從兩可的混合態坍縮，或者看到死貓，或者看到活貓，兩者 比居其一。
薛定諤這下高興了。他要看哥本哈根學派的笑話，他說，我就不打開箱子觀看，我就讓那個可憐的貓處於要死要活、半死不活、又死又活的兩可混合疊加態。要說這麽折磨這個可憐的貓，那全是哥本哈根學派的功勞，誰讓他們發明那些古怪的量子力學解釋呢？
同學們，你們大家能想象得出一個處於死和活的兩可混合疊加狀態貓嗎？薛定諤真是夠狠的，這種撕裂我們理性思維的絕活就他能幹出來。
在這個絕活麵前，哥本哈根學派也沒脾氣，隻能硬著脖子說：就是那樣，誰讓你用貓來做實驗呢？
其實，這不是用不用貓來做實驗的問題。薛定諤的貓隻是把哥本哈根學派的解釋從微觀粒子世界拉到了我們宏觀世界而已。哥本哈根學派的三大解釋，不確定性原 理、互補原理和概率解釋就以這樣的形式影響到了我們所處的世界，影響到了我們的生活層麵。也就是說，按照哥本哈根學派創立的量子力學及其解釋，我們周圍的 一切，如果沒有被觀察測量時，都是處於一個疊加的混合幽靈狀態，隻有觀察測量才使得這一切瞬間成為實在。
這也太玄了吧？
玄是玄了點，但想想也不太算離譜，因為有人早就這樣想過。據說中國文化中的心學大師王陽明就說過：“你未看此花時，此花與汝同歸於寂；你來看此花時，則此 花顏色一時明白起來” ，就是說你看花時花才是花，沒看時什麽都不是 。好象西方有位貝克萊主教也有句名言：“存在就是被感知” ，也就是說，你感知了才有了存在，你沒感知時就什麽都不是。這些都與哥本哈根學派創立的量子力學解釋有異曲同工之妙。
雖然我們這裏說著，覺得好玩，但在物理學上卻不象我們說說這麽愜意。悄悄地，一隻令玻爾也膽戰心驚的“意識猛獸” 站在了哥本哈根學派的麵前。
17。
前麵我們已經述及哥本哈根學派創立的量子力學有三大解釋理論支柱：不確定性原理，互補原理和概率解釋，這適用於任何微觀粒子，我們就特別以電子為例。
互補原理是說，在我們沒有觀察測量之前，電子本身什麽都不是，它就是一個“幽靈” ，按照薛定諤的波動方程發展 。當我們一旦采取某種方式觀察測量這個電子時，不確定性原理起作用，給我們展現電子的某一種特性，由概率解釋來跳出一個實際的結果供我們觀察。電子由幽靈 狀態突然變成可觀察的實際狀態的過程，稱為“波函數的坍縮” 。
這裏出現了兩種截然不同的圖景。在沒有觀察測量前，電子是一個幽靈處於各種特性的混合疊加狀態，嚴格按照方程發展，是個連續的過程，數學上是可逆的。但當觀察測量發生後，波函數坍縮了，一個確定的狀態出現了，是不可逆的，而這個確定狀態的出現是完全隨機的，概率性的。
現在的問題是，是什麽東西，或者什麽機理使得波函數坍縮，然後產生了這麽巨大的變化，使得一個幽靈變成了實在？
同學們可能說了，這不很簡單嗎？前麵不是說觀察測量使得波函數坍縮嗎？不是觀察測量使得幽靈電子出現了我們想看到的物理特性嗎？
你說的對，是測量觀察使得波函數坍縮了。但問題是這個觀察測量怎麽定義？我們拿眼睛看算觀察測量，還是要用儀器才算觀察測量？
首先我們考慮儀器的測量算觀察測量。其實這不用我們來考慮，有位天才的大腦已經為我們考慮過了，這個天才的大腦就是偉大的馮諾伊曼。他是現代計算機的奠基人之一，非常傑出的一位數學家，在量子力學的發展中貢獻卓著，於1932年出版了他的名著《量子力學的數學基礎》。
馮諾伊曼詳細考察了量子力學中遇到的這個觀察測量難題，提出一種理論叫“無限後退理論” 。他的理論大概是這樣的：假設電子波函數的坍縮是由我們觀察測量電子的儀器(例如儀器A)引起的，那麽這個儀器A就需要另外的儀器B來測量，才能使得A自 己的波函數坍縮成為實體，因為A本身也是由無數微觀粒子組成，有自己的波函數需要首先坍縮。這樣我們將B儀器拉進來了去坍縮A的波函數，但問題是，B儀器 的波函數也需要其它儀器C來坍縮。
這樣就麻煩了，我們需要一係列的儀器的波函數先坍縮，直到我們無限後退，總有儀器沒有別的儀器來坍縮它的波函數。這樣，整個鏈條就轟然倒塌了，波函數都沒法坍縮。如果我們繼續思考整個宇宙物質這個大體係，它的波函數由什麽儀器來觀察測量使其波函數坍縮？
真的麻煩了。顯然，認為一個電子的波函數坍縮是由測量儀器造成的這個論點在理論上站不住腳。
這裏大家要小心了，繼續的思考就會引出更大的麻煩，你會非常震驚，可能都不相信自己的理智推理能力了。
好，大家穩住神，我們繼續推理，管它刀山火海。
在我們的電子雙縫實驗中，當我們選取了一種測量方式，確定了我們想要看到電子的某種特性後，我們就看到了電子的這種特性，電子的波函數就從幽靈狀態坍縮 了，一切結束。如果我們排除了物理的測量儀器使得電子波函數坍縮這個可能性(前邊偉大的馮諾伊曼已經給我們做了) ，那還剩下那種可能性？
我們隻剩下“精神意識” ！對，是我們的“精神意識” 使得我們要觀察的電子波函數坍縮了！“精神意識”被引進了物理學中來，是它創造了物質的實在性！
我想現在很多同學已經很憤怒了，為我把“精神意識” 說成是微觀粒子幽靈變成物質實在需要的波函數坍縮的原因而憤怒。
我很理解同學們的憤怒，我也很憤怒。我憤怒的原因是，前麵的推論不是我的推論，那是一個鼎鼎大名的量子力學名家的推論，他獲得過諾貝爾物理學獎，他就是偉大的尤金·維格納！
這個維格納是20世紀最偉大的物理學家之一，也是量子力學的奠基人之一。他與前麵提到的天才馮諾伊曼是一對互補的搭檔，一個在數學上絕頂聰明，一個在物理上絕頂聰明。正是這兩個絕頂，一個排除了儀器使得波函數坍縮的可能性，另外一個把“精神意識” 引進來了。
維格納論證，精神意識作用於外部世界，使得波函數坍縮很好理解。因為外部世界能引起我們精神意識的改變，說明外部世界和我們的精神意識能發生某種微妙的作 用，那麽我們的精神意識能作用於外部世界也就不是什麽大問題，因為牛頓定律告訴我們，作用與反作用總是相輔相成的。維格納的論文題目是《對於靈肉問題的評 論》，收入他1967年的論文集裏。
實際上，精神意識與物質的相互作用問題是個非常有意義的科學問題。試想想我們的精神意識是怎樣與我們的身體行為相作用的。我們的頭腦中出現一個思想說想上 網，我們的手就去打開計算機，聯網，然後上網。現在的問題是，作為精神意識的思想，是通過什麽機理與我們身體的各種敏感元件作用的，去觸動這些敏感元件發 出信號，使得我們能完成各種動作？
不管怎麽樣，維格納從哥本哈根學派的正統量子力學理論中推論得出結論，精神意識使得微觀粒子從幽靈的量子疊加態坍縮成為真正的物理現實。但這使得我們要麵 對更加難纏的嚴峻問題，非常挑戰我們的理性思維的極限。因為我們馬上就會想到，當我們人類還沒有來到這個世界上時，我們的宇宙是怎樣從幽靈狀態坍縮成為物 理實在的？
對這個問題，愛因斯坦的同事，玻爾的密切合作者，著名物理學家約翰-惠勒提出了一個相當令人吃驚的構想，會使得各位同學們氣的閉過氣去。
那是1979年在愛因斯坦誕辰100周年的紀念會上，惠勒提出了一個獨特的實驗設想，使得電子雙縫實驗能出現一個驚人的結果，那就是當電子已經通過了雙縫之後，實驗人員再來選定是要電子通過一條縫還是兩條縫。
同學們沒有必要去思考他的實驗是怎樣設計的，我們隻要明白惠勒這個實驗的精髓就行，那就是當結果發生之後，我們再決定怎樣使得這個結果發生。一句話就是， 結果在前，引起這個結果的原因在後。這個實驗被稱為“逆動因果”或者“延遲決定”實驗。這個實驗如果成功，就意味著以玻爾為首的哥本哈根學派的量子力學解 釋是對的，而愛因斯坦是錯的。
是否大家的理性聽著這個思想就想發瘋？前段時間在一個論壇上，有人聽說了這個事後，就說“惠勒”是個神經病。
惠勒當然不是“神經病”，他是著名的物理學家。在他的天才思想提出後五年，美國馬裏蘭大學的物理學家就作出了這個實驗，結果與玻爾的量子力學預言相一致，與愛因斯坦的預言相反。很快，德國慕尼黑大學的一個研究組也作出了相似的結果。
根據這個思想，惠勒他們提出一個宇宙創生模型，叫“參與性宇宙”模型。就是說我們人類的精神意識以某種方式倒回去參與了還沒有我們人類時的宇宙實在生成過程，而後來才有了我們人類自己，包括我們的精神意識。
這個模型是個怪圈。盡管有那些“逆動因果”的實驗作為基礎，但我不相信這個宇宙生成模型。原因是，那些實驗室中的“逆動因果”的實驗是我們精心安排的，但現在是誰精心安排沒有我們人類之前的宇宙生成這樣的偉大實驗呢？
或許，上帝的精神意識才是宇宙實在生成的根本原因。
不管怎麽樣，“精神意識”創造了我們外界的物理實在的奇妙思想激起了不少物理學家的熱情和好奇心，他們沿著維格納的方向繼續前進，其中的佼者包括美國伯克 利勞倫斯國家物理實驗室的物理學家亨利？斯塔普和阿姆斯特丹大學的比爾曼，他們試圖用理論和實驗來支持他們的研究，我們隻能拭目以待。
雖然從量子力學的正統哥本哈根解釋出發，精神意識被引進了物理學的殿堂，但這令很多人不舒服，就像愛因斯坦一樣。一個新的思想被提了出來，要對抗這種“精 神意識”引起波函數坍縮的解釋，這就是“平行多宇宙”理論。但令人意想不到的是，這個理論卻導致了駭人聽聞的“量子自殺”和“靈魂永生”困境。
20。
根據哥本哈根學派的正統量子力學解釋，偉大的維格納堂而皇之地把“精神意識” 引入到了物理學的殿堂裏。雖然物理學家們沒有太多的理由去反駁維格納的前衛，甚至很有不少人順著這條路子摸索前行，例如惠勒提出的“逆動因果” 的“參與模型” ，及後來者包括美國伯克利勞倫斯國家物理實驗室的物理學家斯塔普和阿姆斯特丹大學的比爾曼等的理論及實驗。
但是，把“精神意識” 引入還是令很多物理學家不舒服，因為這與他們曾經信奉的客觀物理實在性不一致。雖然，愛因斯坦等科學大師們已經在反對量子力學的道路上一輸再輸，可以說頭破血流。但勇士們的信仰使得他們仍然會前仆後繼，奮戰不休。
也難怪，量子力學的思想太顛覆，太革命，太反傳統，無疑會受到無休無止的攻擊。可能從量子力學誕生的那天起，就注定了它要將物理學搞得天昏地暗，也注定對它的挑戰會綿延不斷。
我們仔細分析一下為什麽精神意識會被偉大的維格納堂而皇之地引入到了物理學的殿堂裏？就是因為量子力學提出了波函數坍縮這個解釋。那麽為了避免“精神意識” 的引入，那些反對派物理學家就認定，隻有從波函數坍縮這一概念下手方可成功。
按照哥本哈根學派的解釋，在波函數坍縮前，一切微觀粒子不是處於模棱兩可的線性疊加混合態嗎？那我們就假定這些模棱兩可的線性疊加混合態跟觀察測量沒有關 係，它本身描述的就是不同的實際狀態，隻不過我們隻能看到其中的某一態而已。每次對那怕一個粒子的小小的觀察測量都使得包含這個粒子的宇宙以眾多可能的狀 態分裂，成為多個宇宙。這個理論叫“平行多世界理論” ，是由物理學家埃弗萊特在1954年提出的，他是愛因斯坦的忠實信徒。
就以薛定諤的貓為例。在“平行多世界理論” 中，貓並沒有處於什麽死和活的疊加狀態，而是一旦原子衰變，就產生了兩個世界，一個世界裏貓是死的，另外一個世界裏貓是活的，因為貓死貓活就兩個狀態。我 們觀測是隻能看到一個狀態，要麽貓死，要麽貓活，因為宇宙分裂時我們也分裂了，要麽在貓死的世界裏，要麽在貓活的世界裏。
如果這個“平行多世界理論” 是正確的，那麽宇宙中的任何粒子的微小動作都有不同的可能狀態，宇宙就跟著分裂，這樣從宇宙創生到現在的一兩百億年中，宇宙已經分裂成了無窮無盡多的世 界，我們在有生之年也被分裂到無窮多其它世界中去了。在不同的世界裏，我們過著不同的生活，有不同的人生軌跡。
想想也挺好。如果在這個世界裏，我深深地、刻骨銘心地愛著一個人，但由於某種現實的原因，我不能與心愛的人結合，有了這個“平行多世界理論” ，我們就會出現在其它無窮多的世界裏，總有某些世界裏我們可以如願以償，結合在一切，過著甜蜜而美好的生活。
這個“平行多世界理論” 為了一個小小電子的躍遷，就把整個宇宙拖下水，讓宇宙分裂，也沒有太多令人信服的理由，更沒有實驗上的任何支持，但是由於它把“精神意識” 排除在了物理學的外邊，世界又成為了客觀的外部世界，就獲得了不少物理學家的支持。看來有時候科學界也不是那麽客觀，信仰的作用可以使得一些人強烈地反對 一種理論(如愛因斯坦等) ，也可以使很多人支持一個沒有多少依據的理論。這次愛因斯坦卻相反，他非常反對“平行多世界理論” ，曾不無調侃地說：“我不能相信，僅僅是因為看了它一眼，一隻老鼠就使得宇宙發生劇烈的變化” 。
然而，就在“平行多世界理論” 的倡導者和支持者高興的時候，一個“靈魂不死” 的幽靈隨著可怕的“量子自殺” 悄悄地出現了。
21。
量子力學已經帶給我們太多的奇跡和困惑，我想大家可能都已經疲倦了這些量子革命的瘋狂思想和各種無休無止的挑戰。我不打算仔細介紹“平行多世界理論” 遇到的“量子自殺” 和“靈魂不死” 的困境，隻是給大家提一下。
令人毛骨悚然的“量子自殺” 實驗上上世紀80年代有兩位物理學家提出，後在1998年被宇宙學家提格馬克廣為宣傳。
這個實驗是把薛定諤的貓實驗中的貓還成了某個願意為科學現身的仁人誌士。根據哥本哈根的量子力學，這個實驗中的同誌，在箱子打開前是處於不死不活的疊加態；一旦箱子打開，這個同誌不活就死，二者必選其一。
但到了“平行多世界理論” 這裏，每次實驗，都要同時產生兩兩個結果，一個活人世界，一個死人世界。
或許大家剛才聽過了“平行多世界理論” 的世界裂變，不覺得這個“量子自殺” 實驗有什麽稀奇。但你仔細想想就有了問題。
在“平行多世界理論” 任何一次實驗，或者選擇，都會產生各種不同結果，使得宇宙分裂成不同的世界。那麽我們想想，如果一個人想自殺，在自殺的一瞬間，總有兩個結果，一個是這個 人死了，另外一個就是這個人還活著，隻不過在不同的世界裏。同樣的推理，我們隻要來到這個宇宙裏，無論我們是生老病死，或者自殺，或者他殺，當那個時間發 生時，總有一個世界裏我們是不死的。如果我們繼續推理，那我們就不會完全從這個宇宙裏消失，總會在某個世界裏活著。
這就是“平行多世界理論” 導致的“靈魂永生” 問題。
這是否真有點亂套了，我們為了逃避“精神意識” 進入物理學的殿堂，才提出“平行多世界理論” ，怎麽七拐八拐又出現了“靈魂永生” 的絕境？
算了，我不想管這些事情了，愛因斯坦攻擊量子力學的EPR佯謬我也不想講了，判定愛因斯坦EPR佯謬的神秘不等式及其愛因斯坦敗北的最終決定性的實驗我也 不想講了，其它諸多挑戰哥本哈根量子力學解釋的各種新理論，我也不想講了。因為我累了，愛誰誰去。反正，我知道玻爾後來也累了，對任何新的挑戰都麻木不 仁，也是愛誰誰去。
但我負責地告訴大家，哥本哈根學派創立的量子力學至今還是屹立不倒，在最新的超弦理論裏和更新的M理論裏，哥本哈根學派創立的量子力學仍然是基礎。將來量子力學會否被推翻，我不知道。
管它呢，愛誰誰去。本掌櫃也瀟灑一回！嗬嗬。
量子江湖風雨錄 (1)
緣起：
上次寫了《年輕的科學，古老的文化》引言，本來準備下來就寫關於中國文化的思考，然而事情卻有了一些變化。
原以為科學昌明的今天，大家對科學的了解應該比較多了，但後來我驚訝的發現事實並不是這樣。這源自於我的那篇小文被意外地轉出了豆腐莊，被貼在了一個高知 雲集的論壇，而引起了一場不大不小的騷動。我在那篇小文中簡短地述說了精神意識在量子力學研究中的出現，因果律和客觀實在在量子力學研究中受到的衝擊，這 使得有些同學不舒服，個別同學則非常憤怒，而個同學還是學物理的，並在學校裏給學生講授物理。他或者他們好象不知道這些問題在80年前就在量子物理的爭論 中被提了出來，是正宗的哥本哈根的觀點解釋或者推論。
這就使我想到了，現在仍需要科普，特別是量子力學這門革命性的深刻科學。但要寫一個關於量子力學革命的深入淺出的科普不容易，因為它提出的思想太顛覆我們 的傳統思維。我們顯然需要一個簡單易懂的量子革命發展史，但要寫卻比較困難，雖然我們有不少的科普著作論述量子力學的思想。倒是有一本書《上帝擲骰子 嗎？》把量子革命寫的很好，不過那是一本巨著，我想可能大家沒有那麽多的時間和興趣去啃它。這裏正好我有興趣，我便按照這本書的脈絡，把量子革命怎樣發展 的故事介紹給大家，希望能在數篇文章的篇幅內讓大家能夠領略量子革命的精髓，算對我前麵那篇小文的補充和辯護。
好，言歸正傳。
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量子江湖風雨錄 (1)
0。
就象江湖上那經典的一幕，曆經三百多年風霜雪劍的恩怨情仇，一個超級的武林門派傲然出世。這個門派匯集了無數身經百戰的超一流好手，群英匯萃，氣象不凡， 所向披靡。它最後終於一統江山，名震江湖，成為唯一的超級霸主。任何其它的個人或者勢力在這個超級霸主麵前都顯得那麽的脆弱，那麽的不堪一擊，也更凸顯出 這個超級霸主的威嚴、輝煌與驕傲。
這個超級霸主，不是別人，就是19世紀末的物理學大廈，金碧輝煌、雄偉壯觀、不可一世，以惟我獨尊的氣派統治著物理學界。
那時，牛頓力學控製著天上的行星和地上的石頭；波動理論在光學領域獨霸一方，後來又被新的電磁理論擴大到整個電磁世界；熱力學三大定律也亦基本建立；分子 運動論和統計熱力學也在一幫天才的努力下獲得成功。而最重要的是，這一切理論都是相互包容的，彼此沒有任何衝突和矛盾，最終形成了一個龐大的經典物理學大 同盟。
這時，最能表達物理學驕傲的應該是拉普拉斯的那句著名語錄，就是在1799年他的著作《天體力學》發表後，拿破侖問拉普拉斯：“在您宇宙體係的大作中，為 什麽沒有提宇宙的創造者？”而拉普拉斯的回答是：“陛下，我不需要上帝這個假設。”因為在拉普拉斯眼力，他的理論是那樣的完美，以至於在某一時刻，隻要給 定宇宙所有粒子的初始條件，人們就可以把宇宙的過去、現在和將來都清楚地用方程描述出來，展現在世人的麵前。
在經典物理學的大廈裏，因果律支配著一切，一個與精神意識無關的客觀實在不以任何精神意誌為轉移地存在著，而在物理學家的眼裏，19世紀末的物理定律已足 以完整地描述這個客觀世界。科學界普遍認為，物理學到達了她輝煌的終點，不再會出現新的驚喜，而偉大的科學家開爾文勳爵甚至說：“物理學的未來，將隻有在 小數點第六位後麵去尋找”。
一片歌舞升平，一片喜氣洋洋，物理學界一片金色輝煌。但是，人們不禁要問, 真的是那樣嗎？
當然不是那樣，後來物理學的發展無情地摧毀了這種理性的傲慢。在人們還沒有來得及充分享受那個物理學大廈的輝煌的時候, 20世紀初，兩場摧枯拉朽的革命在物理學的領域裏粹然而至，不可思議。第一場革命改變了人們傳統的絕對時空觀念, 那就是愛因斯坦的相對論, 而第二場革命就是由以玻爾為領袖的哥本哈根學派創立的量子力學，直接衝擊著經典物理學賴以為基礎的因果律和不以精神意識為轉移的客觀物理實在性。
作為對傳統的反叛，愛因斯壇的相對論一出現就震動了整個學術界，他的反叛理論那麽的不可思議，那麽的革命，令整個學術界都目瞪口呆，難以接受。然而在理論和實驗麵前，學術界不得不接受了他的相對論，盡管不那麽令人舒服。
然而，量子力學的反叛卻遠遠超過了愛因斯坦的相對論。如果說相對論使得經典物理學大廈發生劇烈的震動和搖晃的話，那麽量子力學則是從根本上要摧毀經典物理學的輝煌。也正因為如此，量子力學的出現才引起了物理學界的世界大戰。
當量子力學剛出現的時候，她的反叛思想深深地吸引了具有非凡反叛精神的愛因斯坦，愛因斯坦為量子力學的初期發展做出了不可磨滅的貢獻。然而，隨著量子力學 的理論向縱深發展，她所表現出來的反叛令愛因斯坦也深為震驚，終於使得愛因斯坦走向了量子力學的反麵，成為反對量子力學陣營的精神領袖。
那麽，量子力學是怎樣出現和發展的？她又是怎樣反叛經典物理學的？何以能引起世界如此的震撼？
那就讓我們大概地領略一下量子力學的詭秘與迷茫，神奇與沮喪，以及成就與混亂。大家一定要記住創立量子力學的哥本哈根學派的精神領袖波爾的一句名言：
“假如一個人不為量子論感到困惑的話，那他就是沒有明白量子力學。”
1。
上麵說到，19世紀末，宏偉壯觀的經典物理學大廈落成，金碧輝煌，天空一片湛藍，這使得物理學的大廈更加光彩奪目。然而，不知何時，卻有兩朵小小的烏雲在 不經意間，慢慢地出現在了瓦藍的天邊。因為人們還沉浸於剛剛落成的經典物理學大廈，所以沒有太多的人注意這兩片小小的烏雲。
然而，這兩朵烏雲卻被德高望重的物理學家開爾文注意到了，那年他76歲，是1900年的4月27日，他發表了著名的演講《在熱和光動力理論上空的19世紀 烏雲》。他白發蒼蒼，以這句話開頭： “動力學理論斷言，熱和光都是運動的方式。但現在這一理論的優美性和明晰性卻被兩朵烏雲遮蔽，顯得黯然失色了”。
其實，這兩奪烏雲在當時看來並不起眼，是物理學中在19世紀末遇到的難以理解的兩個問題。
一個是物理學家邁克爾遜和莫雷心血來潮，於1886年安排了更精確的實驗，想測量“以太”相對於地球的相對速度，而這個以太當時被認為是一個絕對靜止的參 考係，地球穿過以太運動。他們的設想是，地球在以太中運動，如果在不同的運動方向上測量兩束光在以太中的速度，從它們的差別中就可算出以太相對與地球的速 度。
大家沒有必要去考慮他們到底是怎麽計算的，而關鍵是當他們完成了多次的實驗後，他們驚異的發現，以太似乎對穿越於其中的光線速度毫無影響。他們認為這是一 個“失敗的實驗”，因為這個實驗似乎在否定以太作為絕對靜止參照係的存在，而以太這個絕對靜止的參照係是經典時空觀在經典物理學的一個基石，誰吃了熊心豹 子膽敢動這個基石？
第二朵烏雲來自黑體的輻射問題。19世紀末，人們開始對黑體輻射發生了濃厚的興趣，發現黑體輻射的能量與溫度有明確的函數關係。但究竟這個關係在理論上應該是什麽呢？
德國帝國技術研究所的物理學家維恩從從經典熱力學的思想出發，假設黑體輻射是由一些服從麥克斯韋速率分布的分子發射出來的，然後通過推演在1893年提出了一個輻射能量與溫度的分布公式。但這個公式卻隻在短波範圍內與實驗數據吻合很好，在長波範圍就出現很大偏差。
後來英國的物理學家瑞利和意大利物理學家金斯共同努力從類波的角度出發推導出了另外一個公式，計算黑體輻射的公式。遺憾的是，這個公式與維恩的公式正好相反，隻在長波範圍內與實驗數據吻合很好，在短波範圍會出現很大偏差。
大家可以不理會這朵烏雲具體是什麽，隻要知道物理學家從經典物理學裏推導出了兩個公式來描述同一物理現象 – 黑體輻射，一個從經典粒子的角度出發去推導，另一個從類波的角度去推導，得到的公式隻分別適用於短波或者長波，不能通用，很難解決。這就是個問題，說明經 典物理學缺了些什麽。
盡管這兩朵烏雲令人百思不解，但由於它們不合時宜地出現在了經典物理學輝煌大廈的落成之時，物理學界還是充滿了樂觀，認為必定能在當時已有的理論框架內得以解決，不必擔心。
然而，令人料想不到的是，正是這出現在19世紀末的兩朵不起眼的烏雲，在短短20多年的時間內，先是在經典物理學大廈上空形成了滿天烏雲，繼而電閃雷鳴， 很快便刮起了狂風暴雨，將經典物理學的宏偉大廈連根拔起，摔得七零八落，同時也使得理論物理學走進了迷宮，至今沒有完全突圍出來。
第一朵烏雲導致了相對論的誕生，把人們拉入了時空物質相互糾纏的玄妙世界，迫使我們思考從沒有時間、沒有空間、沒有物質的狀況怎樣幻化出時間、空間和物質，並形成我們所處的這個豐富多彩的的世界，當然還包括我們人類的生命和精神意識。
第二朵烏雲導致了量子力學的誕生，由哥本哈根學派創立，在他們的解釋裏，它衝擊我們原有的因果律，否定我們身外存在一個客觀的物理實在，在其推論中更將精神意識引入了物理學的領域裏麵來。這個理論倔強地與相對論發生衝突，倔強地與很多其它解釋爭奪在物理學中的霸主地位。
限於篇幅，我們不去關注第一朵烏雲，就讓我們隻關注第二朵烏雲吧，看它怎樣演變成了滿天烏雲，怎樣演變成了狂風暴雨，怎樣衝擊經典物理學的根基。
2。
對大學物理有些概念的人肯定都會記得大名鼎鼎的普朗克。普朗克當時是德國柏林大學(柏林一所大學？)的物理學教授，他對黑體輻射問題發生了興趣，他想一舉 解決這個難題。雖然他當時隻知道維恩的公式(適合短波)，但他也知道黑體輻射在長波時的關係，雖然他不知道瑞利-金斯公式。
然而，經過了六年的艱苦努力，他沒有成功，這很令他沮喪。那時他已從朋友那兒知道了在長波時的瑞利-金斯公式。後來普朗克想，要不我先玩個小聰明，利用數 學的內差法，先湊一個通用的公式出來，在短波時變成維恩公式，在長波時變成瑞利-金斯公式，其它以後再說。當然，這個不用有物理理論支持，細心湊就行了。
很快普朗克就湊了一個公式出來，他把新鮮出爐的公式發表在1900年10月在柏林召開的德國物理學會的一個會議上。令人驚訝的是，他的公式很快就被證實與實驗數據十分精確的符合。普朗克自己也很驚訝，沒想到他僥幸湊的公式竟然有這麽大的威力。
雖然普朗克不知道這個湊出來的公式背後到底隱藏著什麽樣的秘密, 但普朗克通過六年的探索已經敏銳地感覺到那是個驚人的大秘密，會對整個熱力學和電磁學至關重要。他決定背水一戰，破釜沉舟，除了熱力學的兩個基本定律不能 動外，他決定什麽都可以去挑戰。但他萬萬沒有想到的是，當他找到了那個秘密後，他自己先給嚇得魂不附體。
經過了一段時間的艱苦奮戰，普朗克終於找到了那個他後來得諾貝爾獎時說的“意想不到”的東西，就是：
“僅僅引入分子運動理論還是不夠的，在處理熵和幾率的關係時，如果要使得我們的新方程成立，就必須做一個假定，假設能量在發射和吸收的時候，不是連續不斷，而是分成一份一份的。”
大家可能覺得這並沒有什麽了不起的，就“假設能量在發射和吸收的時候，不是連續不斷，而是分成一份一份的”不就行了嗎？但當你真正了解了這句話的含義後，你也就會膽戰心驚了。
大家要特別注意普朗克假設中的“不連續性”，因為連續性和平滑性假設是數學微積分的堅實基礎，而經典物理學的龐大體係就是建立在這個數學體係之上。在經典 物理學中，有了任何難以解決的問題，你動什麽都可以，唯獨這個基礎你連要碰的想法都不能有。就象普朗克最後想的那樣，他豁出去了，拚命了，他除了熱力學中 的兩個基本定律不能動外，他在熱力學中什麽都願意去挑戰。但那隻是熱力學啊，他連那個基礎都不敢動。現在，他發現自己被迫要動整個經典物理學大廈的根基， 他能不嚇壞嗎？
最後，普朗克還是在1900年12月14日在德國物理學會的學術會議上發表了他的論文，提出了自己的假設。
他的假設令所有聽到這個假設的物理學家都震驚不已。但人們沒有想到的是，正是普朗克的假設啟動了量子力學的革命，而更多更大的震驚便接踵而來，一發而不可收拾。
量子力學革命在20世紀的第一年的最後一個月就爆發了，而能量的不連續性就是後來講的能量的量子化。
如果能量真是量子化的，那麽首當其衝受到質疑的就應該是麥克斯韋爾的電磁理論，在普朗克看來，這是不可能的。他寧願相信能量的量子化隻是數學上為了方便引入的一個假設而已，不是物理上的真實。
但很快，普朗克的量子化假設便被廣泛傳播，具有反叛精神的物理學家們開始把普朗克開創的量子化假設不斷推向前進，十幾年就出現了一個個意想不到反傳統的結果。普朗克則越來越害怕，終於拋棄了自己開創的量子化領域，並一再提醒大家，不到萬不得已，不要在量子化領域胡思亂想。
然而，普朗克一旦放出了”量子化“這個幽靈，他就再也收不回去了，也就注定了“量子化” 這個幽靈要將經典的物理世界攪個天昏地暗。
後事如何，下回分解。
量子江湖風雨錄 (2)
3。
量子化的幽靈被偉大的普朗克放了出來，他自己被這個幽靈所展現的魔力所嚇倒，而想千方百計趕走這個幽靈。但為時已晚，這個幽靈落在了極具反叛精神的愛因斯坦手裏，愛因斯坦如獲至寶，要借著“量子化” 的幽靈給江湖一個震驚，比他震驚江湖的相對論更甚。
這要從一個著名實驗的附屬品說起。
1887年到1888年間，德國卡斯魯爾大學的物理學家赫茲做了一係列著名的光電實驗，證明了電磁波的存在，從而證實了買克斯韋的電磁理論，光也作為一種 電磁波很好地納入了電磁理論的解釋範圍，為經典物理學的成功寫上了重重的一筆。這時，光的波動說憑借著電磁理論的強大威力，很快就統治了物理學界，老老年 前光的粒子說不得不銷聲匿跡。
然而，正是赫茲的實驗也打下了挑戰麥克斯韋電磁理論的伏筆，隻是他當時沒有意識到罷了。
因為，當時赫茲的實驗主要是觀察電火花以驗證電磁理論，但偶然間他卻觀察到了一種怪現象，當有一定的光線照射到金屬表麵電火花的發生處時，電火花的出現就 更容易一些，就會產生更多的電火花。赫茲把這個附帶的發現寫在了論文中，但沒人注意，大家都沉浸於麥克斯韋電磁理論成功被驗證的喜悅之中。
到了1897年，電子被發現了。
人們也很快發現當年赫茲不可理解的附帶現象是有由於光線照射到金屬表麵時，打出了金屬表麵的電子，產生了電火花。後來很多實驗室對此現象進行了深入研究， 發現不同種類的光線打到給定的金屬表麵上時，有些能打出能量很高的電子，有些甚至打不出任何電子。也就是說，光能否打出電子，與光的頻率有關。這就是著名 的“光電效應”。
這時，經典的電磁理論解釋不了這個現象了。照理說電子是被束縛在金屬表麵上的，要它脫離金屬表麵，外部就要給予電子足夠的能量讓它逃出。而光這時被公認為 是波，那麽增強光的強度，就有更多的能量，為什麽有些光再增強它的強度也打不出電子，而對能打出電子的光來說，即使強度很弱也能打出電子？
沒人知道為什麽，偉大的麥克斯韋電磁理論不靈光了，這令物理學家很沮喪。一個小小的電子和光竟然不順服電磁理論！
該當量子理論要橫空出世，這時就是顯伸手的時候，給物理學界一個震動的時候到了。愛因斯坦來了，他要以反叛的麵目給世人一個驚人的亮相，把量子革命的浪潮推向前進。
4。
愛因斯坦認真研究了那個令物理學家們沮喪的光電效應問題，1905年他在《物理學紀事》雜誌上發表了一篇劃時代的論文，題目叫做《關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點》，這篇論文一舉解決了令電磁理論失色的光電效應難題。
愛因斯坦正是借助了前麵說的普朗克放出來的“量子化”的幽靈，這個量子化是把能量看成不連續的，分成一份一份的，能量子就是能量的最小單位，叫量子。愛因 斯坦深深地理解了普朗克量子化的精義，認為光電效應是個瞬間的過程，某種量子化的東西在起作用，而麥克斯韋的電磁理論是描述平均現象的，不能適用於瞬間過 程。愛因斯坦決定反叛電磁理論。
愛因思坦順著普朗克的思路，把光也看成不連續的，其能量的最小單位就是“光量子”，正是這些單個的光量子與電子進行能量交換，從而打出電子。光量子強的光 線就能打出能量高的電子，而光量子弱的光線甚至不能打出電子。這就是為什麽能否打出電子跟光的頻率有關，因為從普朗克的能量分布的公式出發，一個光量子的 能量與光的頻率有關。由此，愛因斯坦推導出了一係列光電效應的公式。
愛因斯坦的這個假設把光電效應一下解釋得清清楚楚，他的光量子概念後來叫做“光子”。
愛因斯坦解決了這個難題，可能大家都很高興，心想一個難題終於解決了。然而大家可能沒有想到，愛因斯坦在這裏捅了一個天大的簍子，他把光線量子化後成為一個一個不連續的光子，分明是在說光是“粒子”。
但在經典物理學裏，不是才剛剛由麥克斯韋理論和赫茲的實驗把光定性為波了嗎？怎麽又由赫茲的附帶實驗結果和量子化概念搞出光是“粒子”呢？
愛因斯坦的光量子假設雖然提出來，但不被物理學界接受，光是一種電磁波已經被實驗證明，並有偉大的電磁理論作後盾，想輕易挑戰這些談何容易。人們要實驗證實愛因斯坦的假設。
到了1915年，美國物理學家密立根想要用實驗證明愛因斯坦的光量子假設是錯誤的，但他的實驗偏偏證明愛因斯坦的假設是對的。到了1923年，物理學家康 普頓才由X射線實驗證明了光子象小球一樣不但有能量，還有衝量，這樣光子和電子相撞才能發生能量交換，打出金屬表麵的電子。
看來，麻煩大了！後來愛因斯坦用“非常革命”的字眼來描述他的光量子概念，而對他的革命性成果相對論他也沒有用這些字眼。
一方麵，光作為一種電磁波有實驗支持，有電磁波理論支持；另外一方麵，光作為粒子現在也有實驗支持，也有量子化的理論支持。新一輪的“波-粒”大戰開始 了。這次大戰與以往不同，它從光的領域開始慢慢延伸到一切微觀粒子的領域，最後演變成了物理學界一場慘烈的混戰。而愛因斯坦自己最後也害怕了，象偉大的普 朗克一樣，終於走到了量子化的反麵，成了對抗量子革命的反對派精神領袖。但量子革命本身卻以迅雷不及掩耳之勢迅速發展，“徹底的革命者”，後來成為哥本哈 根學派“教皇”的玻爾要粉墨登場了。
5。
1897年，英國劍橋的物理學家湯姆遜在研究陰極射線的時候，發現了原子中電子的存在。湯姆遜就假設了一個原子的結構模型。後來到了1910年姆湯遜的門生盧瑟福在曼徹斯特做教授，由於實驗中的新發現，不滿意恩師的模型而提出了自己的新原子模型，既“行星係統原子模型”。
這個新模型，他假設，有一個占據了絕大部分質量的“原子核”在原子的中心。而在這原子核的四周，帶負電的電子則沿著特定的軌道繞著它運行，像 一個行星係統（比如太陽係），原子核就像是我們的太陽，而電子則是圍繞太陽運行的行星們。
但其他物理學很快就發現這個新模型有致命的缺陷。因為如果他的模型是正確的話，那麽他要麵對一個不可能的結果，那就是，“帶負電的電子繞著帶正電的原子核 運轉，這個體係是不 穩定的。兩者之間會放射出強烈的電磁輻射，從而導致電子一點點地失去自己的能量。作為代價，它便不得不逐漸縮小運行半徑，直到最終‘墜毀’在原子核上為 止，整個過程用時不過一眨眼的工夫。換句話說，就算世界如同盧瑟福描述的那樣，也會在轉瞬之間因為原子自身的坍縮而毀於一旦。原子核和電子將不可避免地放 出輻射並互相中和，然後把盧瑟福和他的實驗室，乃至整個英格蘭，整個地球，整個宇宙都變成一團混沌”。
但我們的世界並沒有坍縮，是盧瑟福的原子結構模型有大問題，卻不能解決。這時年輕的丹麥籍留學生玻爾，來到了盧瑟福的實驗室，對這個原子模型難題產生了很大興趣。正是以這個問題為契機，玻爾走上了量子革命的不歸路。
作為年輕的革命青年，玻爾從一開始就把目標定在了量子假設這一目標上，他要用快速發展起來的量子觀念研究原子模型。到1912年他就發表了自己的第一篇關於原子結構方麵的論文，雖然後來證明這篇論文並不那麽有意義，但量子革命的火種從此在玻爾的心裏紮下了根。
他在同年完成了學業，回到了丹麥的哥本哈根，在那裏他開始創造哥本哈根學派在量子革命中輝煌。
6。
玻爾在原子模型上遇到的困境和愛因斯坦在光電效應難題上遇到的困境在思想方法上有非常相似的地方，那就是是否要放棄偉大的麥克斯韋和他的偉大理論 – 電磁理論。玻爾毅然決然地選擇了放棄電磁理論和他的創立者。
年輕的玻爾很有直覺和敏銳的洞察力，他非常善於捕捉那些在別人看來不起眼但卻真正有價值的東西。
一次偶然的機會，玻爾認識的一個人與玻爾談起了原子光譜的問題，那人說原子光譜雖然繁多，但有一定規律可循，瑞士的一位數學教師巴爾末就從中總結出了一個簡單明了的公式，其中有一個至關重要的數N是大於2的正整數。
這是一個經驗公式，從來沒有人知道這個公式背後隱藏的含義，也不知道用什麽理論才能推導出這個公式。但當玻爾看到這個公式後，他一下驚呆了，他馬上就把巴 爾末公式與普朗克提出的能量的量子化公式聯係了起來。很快他就形成了一個革命性的想法：“原子內部隻能釋放特定量的能量，說明電子隻能在特定的‘勢能位 置’之間轉換。也就是說，電子隻能按照某些‘確定的’軌道運行，這些軌道，必須符合一定的勢 能條件，從而使得電子在這些軌道間躍遷時，隻能釋放出符合巴耳末公式的能量來” ，而這些能級是離散的，量子化的，被神秘的規律控製著。
隨後他把這種量子化的大膽設想轉化成了理論推導和數學方程，一舉發表了三篇論文論原子結構的量子化解釋，於1913年發表在了《哲學雜誌》上。玻爾完成了量子革命的第三部曲，使得量子革命走到了青年時期，盡管還沒有完全擺脫舊的經典體係，但她已經顯示了震驚世界的力量。
玻爾推導的公式完全符合巴爾末經驗公式描述的原子譜線，其跟實驗誤差僅為千分之一。玻爾的公式更預測了一些新的譜線，後來都得到了實驗的證實。而且，玻爾的理論描述的更多，解釋力達到了空前的程度。他後來在1922年以他的量子化原子理論獲得了諾貝爾獎。
但在當時，這個理論卻不被正統的物理學界接受，有物理學家公開表示“如果這些要用量子力學才能解釋的話，那麽我情願不予解釋。”另有人聲稱，要是量子模型 是真實的話，他們寧願退出物理學界。因為，他們覺得玻爾的理論有推翻傳統電磁理論的企圖。但玻爾的量子化原子理論是那樣的成功，兩年後就被大家普遍接受 了。
玻爾的理論雖然很成功，卻仍然不能完全取代麥克斯韋的電磁理論。在被迫無奈的情況下，玻爾企圖調和他的量子理論與經典的電磁理論，提出了一個折衷的“對應”模型。他折衷的對應模型注定是短命的，因為量子革命的大潮不能容許這種妥協。
從根本思想上，量子化的離散性與傳統的連續性是對立的，而且，玻爾的量子化原子結構理論體係已經蘊藏了“隨機性”這個不見容於經典力學的重大思想。在玻爾 的量子化體係中，我們不能判斷一個電子何時何地會發生躍遷，從一個能級到另外一個能級，它是自發的，它表現為一種理論上不可能描述的隨機過程，而這個過程 不同於一般的隨機過程。一般的隨機過程，是有原因的，隻是我們沒有足夠的信息描述這種原因，但理論上不排除描述的可能性。而玻爾量子化原子結構中電子的躍 遷的隨機性是無因之果，是自發的，至少從理論上沒有計算電子躍遷條件的可能性。這實際上是在衝擊傳統的因果律，是相當嚴重的問題。
據說1919年，當時量子物理的三大巨頭，玻爾，普朗克和愛因斯坦，聚集柏林就這個問題進行了探討。愛因斯坦對玻爾理論中衝擊因果律的反叛思想大為不滿，也埋下了玻爾與愛因斯坦這兩位科學巨匠長達幾十年大辯論的種子。
正因為這樣，玻爾折衷理論的短命就是是不可避免的，而玻爾也最終跨過了他那個折衷理論的屍體，領導他的團隊創立了量子革命正宗的“哥本哈根”學派。 1921年哥本哈根物理研究所成立，36歲的玻爾任所長。那些在量子力學中赫赫有名的大師們，就要正式登場了，他們將演繹一場驚心動魄的量子江湖戰爭。
7。
首先登場的叫德布羅意，一個法國物理學家曾經師從鼎鼎大名的朗之萬。就是這個德布落意，在玻爾量子化原子結構理論遇到困境時，提出了一個革命性的設想，把電子也納入了波動的範疇，後來成為愛因斯坦陣營的一員猛將，與玻爾的哥本哈根陣營拚死角鬥。
前麵說到玻爾的量子化原子結構模型雖然取得了巨大的成功，為量子革命立下了汗馬功勞，但他的理論還不足以替代經典的麥克斯韋電磁理論，迫使玻爾走與電磁理論的折衷路線。
正是在這種困境中，德布羅意劍走偏鋒，力圖完全甩開麥克斯韋的電磁理論，考慮如何能夠在玻爾的原子模型裏麵自然地引進一個周期的概念，以符合觀測到的數據。而這個條件在玻爾的模型裏是被是強加在電子的量子化模式裏的，不是理論的推導。
德布羅意的思想很奇特。他從愛因斯坦的相對論出發，開始推論：把愛因斯坦的相對論用到電子身上，愛因斯坦相對論的著名公式把電子的能量與電子的質量和光速 連接了起來，而普朗克著名的能量量子化公式又把能量和頻率連接了起來，這樣把兩者一合並，用公式一推導，對一個電子來說，就有一個內稟的頻率與之相隨相 伴。
這樣就不得了！德布羅意繼續推算，電子有一個內稟的頻率，可以換算成電子在運行時必定伴隨一個波！
結果便開始令人震驚了。
在此之前，無論是經典力學還是玻爾的量子化原子理論，都把電子看作是一個粒子，天經地義。但到了德布羅意這裏，怎麽七拐八拐把電子跟波扯到一塊去了？這不 麻煩大了嗎？在前麵，我們看到愛因斯坦反叛傳統，用量子化思想挑戰傳統認定的光的波動性，引出了光的粒子性，使得光的波 - 粒對決空前火熱，氣氛相當火爆。而在光特性上的大戰硝煙正濃的時候，德布羅意卻在電子上把電子引向了波動的特性上來。
如果說光的波-粒大戰已經夠麻煩的了，那麽電子的波-粒大戰一定是不可收拾的爛攤子，因為電子是構成我們整個實實在在的宏觀物質的一種微觀粒子啊！當然，在後麵我們可以看到，量子革命把構成實在物質的所有微觀粒子都拉入了這一範疇，發動了名符其實的世界大戰。
伴隨電子的這種波，後來被成為“德布羅意波”，盡管它的速度可以比光速快很多，但據說由於這種波被德布羅證明不攜帶能量和信息，所以不違背愛因斯坦相對論。
當德布羅意宣布他的理論說明電子是個波的時候，幾乎沒人相信。德高望重的物理學大師們，為年輕一輩的反叛精神而大搖其頭，直呼“人心不古，世道亂了”。據 說德布羅意的恩師朗之萬也對弟子的出格很傷腦筋，但還是把弟子的論文轉交給愛因斯坦。令人沒想到的是，愛因斯坦對德布羅意的理論卻給予了高度評價。
有愛因斯坦撐腰，電子的波動性才得到學術界的重視。現在需要是實驗證據，證明電子是波。
該當德布羅意成名，後來在1925年美國紐約的貝爾電話實驗室的一個失敗實驗，卻奇跡般地證明了電子的波動性，電子能夠象光波一樣發生衍射圖案，其波動性數據與德布羅意的理論符合的非常好。
德布羅意成功了，理論和實驗都證明了電子是波。但物理學麻煩了，光到底是波還是粒子？電子到底是波還是粒子？它們都有實驗做自己的後盾，都有理論做自己的後盾。各路人馬一起加入了這場的火熱的大戰，戰局正酣。但問題是，這場戰爭怎麽收場？
就在這個時候，玻爾哥本哈根陣營的一員猛將，海森保，要揚名立萬，威震江湖了。由於海森堡的加入，使得戰局更加混亂，更撲朔迷離。
後事如何，下回分解
量子江湖風雨錄 (3)
8。
那是1925年，哥本哈根，慕尼黑和哥廷根成為量子革命的“金三角”。無疑哥本哈根是龍頭老大，由德高望重的玻爾執掌，聚集了一批精英天才。
當時，海森堡在哥廷根，但跟哥本哈根的玻爾有很深的淵源，並在哥本哈根訪問工作過，深受玻爾的賞識，他們關係很密切。
年輕而天才的海森堡決定對量子物理動大手術，徹底改變玻爾量子化原子結構理論的困境。他對當時玻爾的理論提出兩方麵的革命性思想。
一個是不能把不能觀察的想象圖像引入到理論中來，其實這也是當時哥本哈根學派內部慢慢出現的一種學術思想傾向。例如在玻爾的量子化原子模型中，就假定電子 沿著不同的“軌道”以不同的頻率繞原子核運轉，而不同“軌道”有不同的能級，電子可以在這些不同能級的“軌道”間隨機躍遷。這裏海森堡要問的問題，誰證實 過電子繞原子核運轉的“軌道”？誰證實過電子繞原子核運轉的“頻率”？
海森堡的第二個革命性思想是，量子力學不同於經典力學，量子力學根本上要從數學來著手建立，而暫時不管其物理圖像是什麽，在這裏，數學說了算。這個思想那 是相當地革命。因為我們知道，在經典力學中，我們都是先從物理意義出發，尋求相關物理量之間的關係。例如，我們知道物體的運行速度(假設勻速運動)，再知 道物體的運行時間，然後我們尋求物體運行的距離等於速度乘以時間來獲得距離的關係式。而在量子力學中，海森堡要先把數學描述引進來，然後再去尋求各個變量 的物理意義。
這個革命性思想是一個雙刃劍，可以給量子革命打開廣闊的前景，也會給量子革命帶來巨大的困惑。而這裏的問題是，不采用這些革命性的思想，量子力學就不能有突破。與其停滯不前，還是先突破為好。
當時海森堡要找出原子結構中能量體係的基本原理，他認為的突破口還應該是研究原子的譜線問題，引入數學的虛振子方法。但當他把電子輻射按照虛振子的代數方法展開時，遇到了數學上幾乎難以突破的困難，最後他不得不放棄了這個方向。
被逼無奈，海森堡把眼光放到了電子的運動上，他要通過數學來建立電子在原子中的運動方程，這就是後來稱為量子力學的新體係，是相對於玻爾的老理論而言。
作為一個年輕的物理學家，海森堡開始擺弄一種奇怪而神秘的數學形式 - 矩陣。在當時的物理學界，真正懂得矩陣的人並不多，實際上聽說過這種數學形式的人都不多。海森堡自己對矩陣也不熟，也在摸索。
無疑，矩陣這種數學形式是艱澀的，令人望而生畏的，至少對當時的物理學家來說。但是，矩陣最大特點是離散化，正好特別適合量子化的思維模式。所以當海森堡將矩陣這種數學形式應用到描述電子在原子內的運動方程時，很快就獲得了巨大的成功。
他把所有物理規則都按照矩陣形式書寫，把已有的經典動力學方程和許多傳統的物理量都按照矩陣數學來處理。在玻爾的量子化原子模型裏，已經有了電子的運動方 程和量子化條件。原來是用傅立葉變換化作一係列簡諧運動的疊加，展開式的每項都代表了特定的頻率。現在，海森堡把它們徹底地改變成了矩陣形式。
這樣，描述原子中電子的運動就有了一套矩陣數學形式的堅實基礎。從海森堡建立的量子力學體係裏，可以很自然地推導出量子化的原子能級和輻射頻率，不需要象 玻爾的模型要強加進去這些東西。更重要的是，量子力學的基本形式已經在海森堡這裏得到了突破性的進展，為量子革命的氣勢磅礴奠定了堅實的數學基礎。海森堡 建立的量子論基礎後來被成為“矩陣力學”，海森堡後來去劍橋講學，他的革命性工作由他的前輩波恩於1925年寄給了《物理學雜誌》得以發表，標誌著量子力 學體係首次公開亮相。那年海森堡才24歲！
然而，海森堡的“矩陣力學”導致的一個奇特現象令人百思不解，那就是把傳統的動量P和位置Q這兩個變量寫成矩陣形式後相乘所得到的奇妙結果。
在經典力學裏，如果要把兩個量相乘，就是簡單的乘法，與這兩個量在乘法中的次序沒有關係，這就是乘法的交換律。例如，牛頓第二定律：f = am 和f = ma 是等同的。但在海森堡的矩陣力學裏，動量P與位置Q相乘的次序卻對結果有很大影響，也就是說，P X Q 不等於 Q X P，不遵守乘法交換律。
這給海森堡提出了很大的挑戰，質疑矩陣力學的人以此來發起攻擊。而海森堡的回答是，量子力學不同於經典力學，在量子力學裏，數學壓倒一切。既然計算表明動 量和位置的乘積與次序有很大關係，我們就應當相信。至於其背後隱藏的意義，再慢慢尋找。也就是說，在量子力學裏遊戲規則變了，數學前行，物理意義在後。
但人們沒想到的是，這個P與Q相乘不遵守乘法交換律的數學背後隱藏著一個驚天大秘密，後來才被證明它就是大名鼎鼎的“測不準原理”。“測不準原理”這個中 文翻譯有誤，容易引起誤導，準確地翻譯應該是“不確定性原理”(UNCERTAINTY PRINCIPLE)。這是後話。
海森堡離開哥廷根一段時間, 去劍橋講學。海森堡不在哥廷根的日子裏，海森堡的矩陣力學迷住了前輩波恩，波恩很快就找到了與他一起工作的年輕的數學天才約爾當一起合作發表了另一篇論 文，《論量子力學》，用大量篇幅來闡明矩陣運算的基本規則，並把經典力學的哈密頓變換統統改造成為矩陣的形式。他們也算出了P X Q 和 Q X P 之間的差值。後來，海森堡回來後，他們三人又合作在1925年年底發表了《論量子力學II》，從而徹底建立了新量子力學的主體。
“在這種新力學體係的魔法下，普朗克常數和量子化從我們的基本力學方程中自然而然地跳了出來，成為自然界的內在稟性。如果認真地對這種力學形式做一下探 討， 人們會驚奇地發現，牛頓體係裏的種種結論，比如能量守恒，從新理論中也可以得到。這就是說，新力學其實是牛頓理論的一個擴展，老的經典力學其實被‘包含’ 在我們的新力學中，成為一種特殊情況下的表現形式。”
新生的矩陣力學一出世，就有雷霆萬鈞之力，很快就解決了電子自旋的難題，解決有著兩個電子的原子——氦原子的問題，其威力很快擴大了前所未知的領域中。注定了要在物理學的曆史上留下色彩斑斕的一頁。
如果說海森堡將成為玻爾哥本哈根學派的一員猛將的話，那麽愛因斯坦陣營也將出現另一員猛將，他就是赫赫有名的薛定諤。薛定諤要推出他的波動方程與海森堡的 矩陣理論相抗衡，其威力很快就蓋過了海森堡的矩陣理論，而他後來他馴養的“薛定諤的貓”更是令量子江湖中人聞“貓”喪膽，談“貓”色變。
9。
哥本哈根陣營推出了矩陣力學建立了量子力學的基本體係，威震江湖。愛因斯坦陣營也不是吃幹飯，薛定諤出場了。
那時，薛定諤已經是瑞士蘇黎世大學的一位知名教授。他不在原子結構裏折騰，而是另辟蹊徑，很自然地從本陣營的德布羅意“相波”為出發點，建立理論。薛定諤 在1925年底對愛因斯坦表達了他對德布羅意工作的極大興趣和信任，決心創立他偉大的波動力學來與海森堡等創立的矩陣力學一較高下。
薛定諤仔細研究了德布羅意的思想，然後比較了玻爾當年的量子化原子理論和海森堡的矩陣理論。他意識到，玻爾當年是強加一個“電子分立能級”的假設，而海森 堡用複雜的矩陣力學推出這一結果。海森堡想，老夫不走你們的路，也不用引入外部假設，隻要把電子看成本門的德布羅意波來建立方程，就可大功告成。
薛定諤最後從經典力學的哈密頓-亞可比方程出發，利用數學的變分法和德布羅意方程，求出了一個非相對論的波動方程。後來這個方程成了20世紀威震整部物理學史的薛定諤波函數。
在薛定諤波函數方程裏包含波函數，普朗克常數，體係的總能量，勢能，等等。該方程的解是不連續的，依賴於整數N，其結果很精確地與實驗結果吻合。這樣，原子的光譜也同樣可以從薛定諤的波動方程裏被推導出來。
到1926年6月，薛定諤連續發表四篇重要論文，徹底建立了一種全新的量子力學體係 --- 波動力學，與海森堡等的矩陣力學爭霸龍頭老大。
薛定諤的波動力學體係，從它一出世，就贏得了物理學界的一片讚揚，守舊的老夫子們，似乎看到了薛定諤的波動力學體係能夠回歸傳統，而其他物理學家則喜歡其體係的形式 – 微分方程，比起矩真力學的艱澀要可愛多了。愛因斯坦更是稱讚薛定諤的體係是“源自於真正的天才”。
也正因為薛定諤的成功，把波-粒大戰的戰火燒的更加猛烈。因為現在量子力學有了兩套完整的理論體係，一個是海森堡等的矩陣力學，它明顯地擁抱電子的粒子 性；另外一個就是薛定諤的波動力學，它明顯地擁抱電子的波動性。在這兩種理論的支持下，波-粒大戰分外慘烈，大有魚死網破之勢。
盡管矩陣力學和波動力學彼此仇視，互不買賬，但似乎它們有一個共同點，就是從數學出發建立理論體係，完全區別於傳統的從物理意義出發建立理論(隻是波動力學方麵更願意談論物理圖像)。這就給它們帶來了一個共同的尷尬，有時不知道自己的理論表達的是什麽意思。
在海森堡的矩陣力學裏，我們不知道動量P與位置Q不遵從乘法交換律蘊藏著什麽稀世珍寶。同樣在薛定諤的波動力學裏，也沒人知道其波動函數隱藏什麽驚天秘 密。這就導致這輪波-粒大戰既慘烈又神秘，而令人驚奇的是，薛定諤用來對抗敵手的波函數最後卻成了地方陣營大廈的基石之一。
10。
“回顧一下量子論在發展過程中所經曆的兩條迥異的道路是饒有趣味的。第一種辦法的思路是直接從觀測到的原子譜線出發，引入矩陣的數學工具，用 這種奇異的方塊去建立起整個新力學的大廈來。它強調觀測到的分立性，跳躍性，同時又堅持以數學為唯一導向，不為日常生活的直觀經驗所迷 惑。但是，如果追究根本的話，它所強調的光譜線及其非連續性的一麵，始終可以看到微粒勢力那隱約的身影。這個理論的核心人物自然是海森堡，波恩，約 爾當，而他們背後的精神力量，那位幕後的‘教皇’，則無疑是哥本哈根的那位偉大的尼爾斯·玻爾。這些關係密切的科學家們集中資源和火力，組成一個 堅強的戰鬥集體，在短時間內取得突破，從而建立起矩陣力學這一壯觀的堡壘來。
而沿著另一條道路前進的人們在組織上顯然鬆散許多。大 致說來，這是以德布羅意的理論為切入點，以薛定諤為主將的一個派別。而在波動力學的創建過程中起到關鍵的指導作用的愛因斯坦，則是他們背 後的精神領袖。但是這個理論的政治觀點也是很明確的：它強調電子作為波的連續性一麵，以波動方程來描述它的行為。它熱情地擁抱直觀的解釋，試圖恢 複經典力學那種形象化的優良傳統，有一種強烈的複古傾向，但革命情緒不如對手那樣高漲。打個不太恰當的比方，矩陣方麵提倡徹底的激進的改革，摒棄 舊理論的直觀性，以數學為唯一基礎，是革命的左派。而波動方麵相對保守，它強調繼承性和古典觀念，重視理論的形象化和物理意義，是革命的 右派。這兩派的大戰將交織在之後量子論發展的每一步中，從而為人類的整個自然哲學帶來極為深遠的影響。”
作為創立矩陣力學和波動力學的兩位中心人物的海森堡和薛定諤互相極其厭惡對方的理論體係。哥本哈根學派的精神領袖玻爾為了消除矛盾，特意把薛定諤邀請到丹麥去進行討論，但直到由於雙方爭論過於激烈，把薛定諤累病倒了，也沒能消除隔閡。
到了1926年4月，兩派的天才們如薛定諤，泡利，約爾當，都各自證明了雖然矩陣力學和波動力學看起來在形式上差異很大，但在數學本質上卻是完全等價的， 實際上它們都從經典的哈密頓方程而來，隻是一個從粒子的運動方程為起點，一個從波動方程為起點。這樣，兩種力學實際上是可以互換的。
這雖然在表麵上緩和了兩派的矛盾，但對這些數學的詮釋卻難統一，而且隔閡越來越深。首先，他們的較量就從波動方程中神秘的“波函數” 展開。
“波函數” 是薛定諤建立自己理論體係時從數學上引進的一個函數形式，他自己根本不直到這個函數在物理上代表什麽。實際上，大家誰也不知道這個波函數到底是什麽東西，雖然大家都同意它是一件無價之寶。
這些物理學的天才們隻有靠猜謎來探究這個神秘而無價的寶物“波函數”到底是什麽了 (很好玩哈，物理學家竟然不知道自己發現的東西是什麽，要靠猜謎來解決)。
他們大概隻知道這個神秘的“波函數”一些特性；
(1)。不知其名，強曰之“波函數”。
(2)。它連續不斷。
(3)。它沒有量綱，卻與電子的位置有聯係。對於每一個電子來說，它都在一個虛擬的三維空間裏擴展開去。
就是說，這個神秘的波函數如影隨形地伴隨著每一個電子，在電子所處的位置上如同一團雲彩般地擴散開來。這雲彩時而濃厚時而稀薄，但卻是按照某種確定的方式演化。而且，這種擴散及其演化都是經典的，連續的，確定的。
這些特性神秘莫測，撲朔迷離，使得當時的物理學家們如墜雲裏霧裏。
薛定諤自然猜自己發現的波函數是電子作為波在空間中的分布，因為把這個神秘的波函數與電子的電荷相乘，就代表了電荷在空間的分布。薛定諤把電子(或者不管 什麽微觀粒子)看成是一團波，象雲彩一樣在空間中擴展開來。而波函數就是描述這種電子雲彩在空間的分布的。很明顯，薛定諤要強調一種傳統的連續，他很不喜 歡自己對手倡導的不連續性，諸如，光譜，躍遷，能級，矩陣，等這些概念。
幾個月後薛定諤在慕尼黑大學演講時提出了自己的猜測。薛定諤把電子和其它亞原子都說成是雲彩一樣的波，這很駭人聽聞的。試想，那些組成我們的物質的“子們”都是雲彩一樣的波，那我們的物質世界是什麽？是由波組成的？
盡管薛定諤說法很駭人聽聞，但被哥本哈根學派的觀點卻要那麽不駭人聽聞，所以薛定諤的解釋博得了台下聽眾的熱烈掌聲。
但就在這些掌聲還沒有平息的時候，哥本哈根學派的波恩教授(也就是海森堡的老師)站了起來，和藹可親地問薛定諤，你能肯定你發現的希世珍寶“波函數”就是彩雲般電子波的空間分布嗎？
這樣的問話令薛定諤很是尷尬，他隻能猶猶豫豫地說，不確定。聽眾便覺得驚異。薛定諤便反問波恩教授，那您說那“波函數”是什麽？
波恩便說出了他的猜測，他的猜測令所有的物理學家都大吃一驚，他的猜測成了哥本哈根學派的基石之一，他的猜測在28年後才獲得了諾貝爾獎。
波恩的猜測是：那個神秘的波函數是“骰子”！
11。
波恩說薛定諤發現的神秘“波函數”是骰子，是說它並不是象薛定諤猜測的，電子是象彩雲般在空間分布的波，而這個波按“波函數”分布。波恩認為這個神秘的波 函數是電子出現在空間某個位置上的概率分布(嚴格說這個波函數的平方是概率分布)，也就是說一個電子出現在空間某個位置上完全是隨機的，不確定，不可預測 的。我們從理論上隻能知道電子在某個給定位置上出現的概率是多少。
同學們可能覺得不以為然，說我們在現實中遇見的概率分布多了，就說擲骰子，每次擲出來幾點就是個概率分布的問題。但是波恩說的概率分布卻是真正比擲骰子要離奇的多得多。
從理論上講，既是對於真正的擲骰子，隻要我們知道骰子的大小，質量，質地，初速度，高度，角度，空氣阻力，桌子的質地，摩擦係數，等等一切所需要的信息，並且假定我們擁有足夠的運算能力，理論上我們就可 以預計這個骰子將會擲出幾點來。
但波恩說的電子出現的概率分布和隨機性，不是象上麵所說的真正擲骰子的概率，而是說，從理論上無論我們的計算能力多麽強大，無論我們有多少必須的信息，我們都不能準確預測一個電子出現的位置，隻能由這個神秘的概率分布來控製電子的出現。
波恩的這個概率解釋是個非常嚴重的問題，他在這裏宣布了一個令人絕望的思想，那就是，從理論上講我們的物理學在精細的結構裏麵不能準確地預測這個世界。當 然，這不是說，我們不能發展高精尖的技術。就技術層麵來講，我們可以用各種理論獲得我們想要的東西。但在對世界的深刻理解方麵，我們從理論上有不可逾越的 障礙。
波恩當年自己在論文中就指出了這一點，說波函數的概率解釋是關於科學上“整個決定論”問題。也就是說對傳統的認為隨著科學的發展，世界在深層次上是可以預 測的，宇宙的走向也是可以預測的這樣的決定論的挑戰。當然，後來其它科學領域挑戰決定論的還有例如混沌理論裏麵著名的“蝴蝶效應”，是說哪怕一隻蝴蝶輕微 地扇動它的翅膀，也能給整個天氣係統造成戲劇性的變化。所以，現在的天氣預報已經普遍改用概率性的說法.
波恩的概率解釋當然不能被當時的對手，也就是愛因斯坦陣營所接受。在愛因斯坦看來，如果接受波恩的概率解釋，就等於放棄了傳統的因果率，因為電子出現的嚴 格位置從理論上是不可預測的，也就是說沒有一個緊緊相連的原因可以讓你去追尋，是這個原因造成了電子出現在那個位置。這種不遵循因果律的解釋，是絕對不能 被愛因斯坦接受的。所以，愛因斯坦的那句名言“上帝不擲骰子”就是針對哥本哈根學派打破因果律的解釋提出來的。
然而，愛因斯坦錯了。波恩28年後由於他的概率解釋獲得了諾貝爾獎，而這個概率解釋構成了哥本哈根學說的三大支柱之一。
我們怎麽知道波恩的解釋是對的呢？
這裏讓我們考慮那個著名的電子或者光子的雙縫幹涉實驗。這個實驗是說，當大量電子穿過兩道狹狹縫後，便在感應屏上組成了一個明暗相間的圖案，展示了波峰和 波穀的相互增強和抵消。盡管這個實驗是電子具有波動性的最好證明，但它卻不是象薛定諤解釋的那樣，說每個電子本身是雲彩般的波。
如果薛定諤是對的，那我們就可以做一個思維實驗，想象我們有一台儀器，它每次隻發射出一個電子。由於這個電子是在整個空間分布的波(當然強度按波函數分布) ，這個電子穿過雙縫，打到感光屏上，感光屏上應該出現一團模糊不清的圖像，其強度按波函數分布。
而實際情況不是這樣，實際情況是每個穿過狹縫的電子隻在感光屏上出現一個點，而這個點的位置卻是按波函數的平方形成的概率分布的，也就是我們看到的幹涉圖案。
這樣，我們是否就能說電子就隻是一個粒子呢？也不能，如果電子隻是一個粒子，那麽問題也就來了。假設單個的電子穿過狹縫後，它怎麽知道它的行動要按照波函數的概率控製，在某些地方出現的機率大，而在某些地方出現的機率小，還形成幹涉條紋呢？
這些難題需要解釋，哥本哈根學派還需要更多的理論支柱。下個出現的就是更加令人驚奇的“不確定性原理”，它的發現者就是矩陣力學的創始人，哥本哈根學派的虎狼之將海森堡。
後事如何，下回分解。
量子江湖風雨錄 (4)
貼一集吧。古人有雲：心急吃不了熱豆腐。卡卡！
12。
哥本哈根學派的海森堡，波恩和約爾當共同建立了量子理論的矩陣力學體係，愛因斯坦陣營的薛定諤另辟蹊徑也建立了量子力學的波動力學體係，兩派互相對峙，爭奪霸主。
幸好，從數學上證明這兩個係統在本質上是一致的，隻是兩種不同的表達形式，可以互相轉換，原來他們本是一家人。但數學本質上的一致並沒有使得他們兩派言歸 於好，而真正的困難是對數學表達的解釋，這才是量子論不同於經典理論的最具區別的地方。正因為對數學解釋的不同，他們才打得天翻地覆，日月變色。
海森堡在哥廷根創立了矩陣力學後，有幸來到哥本哈根“教皇”玻爾的身邊工作，成了他的得力助手。
科學家也和我們一般人一樣，比較喜歡簡單明了，明快易懂的數學表達形式。薛定諤的波動力學體係就是這樣討人喜歡的理論，它用了科學家們喜歡並熟悉的微分方程的形式，就被艱澀難懂的矩陣力學體係占盡了優勢，反正大家覺得數學本質上他們是一樣的，何不采用簡單易懂的形式呢。
這使得矩陣力學的創始者海森堡很是生氣，他就是看不慣對手的理論。後來，自己陣營(哥本哈根學派)的波恩和玻爾也都開始喜歡薛定諤的理論形式，這使得海森堡更加鬱悶，他對自己精神領袖們對自己引以為驕傲的矩陣力學的“背叛”感到很傷心。
然而，海森堡大可不必過份傷心，因為雖然自己的精神導師們喜歡薛定諤的理論形式，但不代表他們接受薛定諤的解釋，象波恩對波函數的概率解釋就是例子。但海森堡可能當時還沒有深刻意識到這點，所以他很傷心。
1927年2月，玻爾出外度假去了，海森堡懷著複雜的心情反思自己的矩陣力學，他感覺矩陣力學在某些方麵的優點是對手薛定諤那“該死”的波動力學所不能取 代的。他慢慢地想到了那個令人難以理解的不遵守乘法交換率的難題，也就是在矩陣力學裏麵，動量P和位置Q相乘的次序不同會帶來不同的結果。
這時，愛因斯坦的一句話反複在海森堡的腦海回蕩，那就是：“理論決定了我們能夠觀察到的東西。”正是愛因斯坦的這句話，使其對方陣營的海森堡發現了一個驚天大秘密。
海森堡順著這個思路想下去。
理論說，P X Q 不等於Q X P，這是想要我們觀察什麽呢？他的腦海一亮，滑過了一道閃電。難道理論是在告訴我們先觀測動量P後再觀測位置Q，和先觀測位置Q後再觀測動量P，兩者的結果是不一樣的？
當這個念頭一出現，他就大吃一驚。在宏觀世界裏，對一個物體來講，你無論是先觀測其動量P或者其位置Q，不都是一樣的嗎？因為P和Q都是確定的，跟你先觀 測哪個沒關係。難道，這在微觀世界裏不成立？難道說在微觀世界裏，動量P和位置Q不能同時確定和觀測嗎？也就是說先確定了P，Q就不能確定了，或者先確定 了Q，而後P就不能確定了？
對這一不可思議的理論結果，海森堡首先能想到的就是測量本身對測量對象的幹擾，他用思維實驗設計了各種情況，都證明同時準確測量微觀例子的動量P和位置Q 是不可能的。這更堅信了他對理論的解釋。最後，他更是從理論上推導出了觀測P和觀測Q的誤差，其乘積必定大於一個常數，與著名的普朗克常數有關。也就是說 隨著對動量P或者位置Q中任何一個變量知道的越精確，另外一個就越模糊，其模糊程度急劇曾大。當100%地確定其中某一個量時，另一個就無窮大的模糊，也 就是完全不知道怎麽回事了。
這就是後來名震整個科學界的“不確定性原理”，其表述是：我們沒法同時既準確知道一個微觀粒子的位置，同時又準確知道其動量，反之亦然。這是繼波恩對波函數的概率解釋之後，哥本哈根學派的第二個基本支柱。
象薛定諤發現了波函數卻對波函數的解釋錯誤一樣，海森堡發現了“不確定性原理”也對該原理的解釋存在很大的偏差。
在海森堡那裏，他一直鍾愛他的矩陣力學係統，在他的腦海裏一直有一個傳統的“粒子”形象，所以他起初對“不確定性原理”的解釋就停留在“測量的幹擾”這個 層次。他認為微觀粒子是有確定的動量P和確定的位置Q的，隻是我們的任何測量手段都會對微觀粒子本身造成很大的幹擾，所以，測量結果就存在不確定性。
然而，哥本哈根學派的精神領袖波爾對海森堡的這種錯誤理解給予了嚴厲的批評。玻爾敏銳地指出，海森堡應該放棄傳統粒子的觀念，“不確定性原理”告訴我們的 是更深層次的東西。也就是說，理論告訴我們不能同時準確知道電子的動量P和位置Q，就象理論告訴我們沒有永動機一樣，而實驗觀測的不可能性隻是驗證了理 論，而不是實驗誤差造成的。在任何時候，大自然都固執地堅守這一底線，絕不讓我們有任何的花招得逞，同時準確知道電子的動量和位置。
更進一步，玻爾認為：沒有確定動量P同時有確定位置Q的粒子，我們要麽看一個有確定動量P的粒子，要麽看一個確定位置Q的粒子，魚與熊掌不可兼得。
玻爾的思想不容易理解，我們在介紹玻爾天才而偉大的的“互補原理”時再詳細討論，而這個“互補原理”與“波函數的概率解釋”和“不確定性原理”共同構成哥本哈根學派量子論的正宗解釋，一直出於霸主地位。
當然，在“不確定性原理”的解釋上，海森堡最後接受了玻爾的思想，他的論文發表在1927年3月份的《物理學雜誌》上。
後來我們知道，在物理上這種奇特的魚與熊掌不可兼得的物理量叫“共軛量”，有不少，海森堡很快就發現了微觀世界的能量E與時間T，也是一對冤家，也不共戴天，同樣遵守“不確定性原理”。
這個“不確定性原理”給我們深刻理解宇宙帶來的問題不是很嚴重，而是相當相當的嚴重。
首先，波恩對波函數的概率解釋將傳統理論的“決定論”拉下了馬，也就是說，即使我們知道目前宇宙中所有粒子的信息，並且我們擁有無限能力的計算機係統，從 理論上我們也不能準確預測宇宙的行為，隻能有個概率可能性。然而，到了海森堡的“不確定性原理”這兒，事情幹的更絕，這個原理告訴我們，我們宇宙中粒子的 目前狀況的準確信息從理論上你也永遠都沒有，那你想要準確預測宇宙的將來，不是癡人說夢嗎？
第二，海森堡的這個“不確定性原理”和波恩對波函數的概率解釋，共同對傳統的因果律提出挑戰。波恩對波函數的概率解釋是說，一個電子出現的位置是真正隨機 的，概率性的，沒有原因可以追蹤，可以描述，所以就“電子出現的位置”這一事件來說就成了無因之果。如果有原因，理論上那我們就可以追蹤，隻要我們的信息 慢慢增多，我們就可以了解這些原因。而這裏說的是，理論上無因可尋。
同學們，我這裏要提醒大家一句，我們的描述會越來越不可思議，大家要做好思想準備，時刻記住玻爾的名言：“誰要不對量子論感到困惑，誰就是沒有真正理解量子力學”。
我們再看海森堡的“不確定性原理”帶來的對因果律的挑戰，以能量E與時間T這對冤家為例。
我們平時理解的“空”就是空無一物，但我們後來知道空無一物的空氣並不“空”，有大量的空氣分子。那我們就說真空是“空”，把空氣抽走。這也不行，因為真 空中有各種“場”，什麽電磁場啊，引力場啊，等等。那我們幹脆說，就隻有空間是“空”，也不行，愛因斯坦的相對論說空間是個東西，它能彎曲變形，引力就是 空間的彎曲變形。這些好像都是有原因可以追尋的東西。
到了海森堡不確定性原理這兒，我們才真正有了沒有原因的生成物，有了真正的“無中生有”。能量E與時間T是一對冤家，遵守不確定性原理。當時間T控製在極 其小的一刹那間時，能量就極其不穩定，會發生巨大的能量起伏，而這些瞬時出現的能量起伏並不是從我們這個世界現有的能量來的，而是完全靠不確定性原理憑空 出現的，在瞬間這個能量起伏是違背能量守恒原理的。這些巨大的能量起伏會瞬時有消失的無影無蹤，但在平均上維持能量守恒原理不被打破。這稱為“量子態能量 起伏”。
然而，這種量子太的能量起伏就是一個無因之果，違背傳統的因果律。也就是說微觀世界一直在沸騰著，到處都有神秘的能量產生來到我們的空間裏，很快又消失。由於愛因斯坦的相對論告訴了我們能量與物質的轉換關係，所以在微觀世界裏不斷有“幽靈”般的物質出現又很快消失。
這種巨大的量子態能量起伏在物理上被稱為“漲落”，著名的宇宙暴漲理論就是根據這種量子太的能量漲落原理提出來的，以解釋宇宙的“從無到有”和宇宙發展的 “各向同性”。他們的出發點是，宇宙起源時，沒有時間，沒有空間，沒有物質，當然也沒有能量，隻有數學控製的“不確定性原理”。在時間開始的一刹那間，產 生能量極其巨大的漲落，也可以說是產生物質的巨大漲落。由於物質，時間，空間和引力那扯不斷的關係，量子效應使得瞬間從“無”產生的宇宙迅速暴漲，然後就 一切都發生了。所以，從根本上說，我們的宇宙就是違背因果律的，是從“無”中來的，物理上沒有原因。
實際上，如果我們承認這種宇宙從無到有的生成論，我們看到的是不確定性原理產生了我們的宇宙，而不確定性原理隻是一個原理，一個數學表達，一個數學思維。難道是數學思維產生了我們的物質世界？
這裏我們還隻看到的是不確定性原理和波函數的概率解釋對因果律的衝擊，不確定性原理還會引起更不可思議的結果，它將與後來的“互補原理”對我們傳統理解的客觀物理實在構成巨大的威脅。下麵我們就要討論玻爾的天才思想 – 互補原理，看看它是怎樣更把這個世界攪的天昏地暗。
13。
光是波還是粒子，牽動了量子力學出現前從牛頓開始的物理學界幾乎所有的牛派泰鬥，到出現量子力學時，更是火上加油，連電子和一切微觀粒子都被拉下了水，都成了波-粒大戰的對象。
這很可怕！
當隻是爭論光時，我們還好受些，那就去爭論光吧。但當把所有的微觀粒子拉下水後，我們的處境就極其不妙了。我們這個世界的一切物質包括我們自己都是這些微粒組成的，如果組成我們的粒子是波，我們是什麽？
我們就以電子為例。玻爾的電子躍遷，原子裏的光譜，海森堡的矩陣力學的不連續性，更有電子通過狹縫打到感光屏幕上的小點，都說明電子是個粒子。但薛定諤的波動力學的連續性，還有電子在雙縫實驗中形成的幹涉條紋，又都說明電子是波。
那麽，電子到底是粒子還是波？你怎麽看，電子都沒法不是個粒子；你怎麽看，電子都沒法不是波。在這裏，我們陷入了絕境。而波-粒大戰又打得不可開交。
這時，天才的玻爾出手了。
他認為，既然電子沒法不是個粒子，既然電子沒法不是波，那麽隻有一種可能性，那就是：電子既是粒子，同時又是波！很簡單，這就是玻爾提出的微觀粒子的“互補原理”。
問題是，你不認為玻爾的說法過分嗎？你能理解電子既是粒子，同時又是波這樣的圖像嗎？粒子是硬棒棒的實體，波是一片難以琢磨的彩雲般的幽靈，這能統一嗎？
實際上波爾是在海森堡發現了微觀粒子的不確定性原理後，逐漸發現了了這個驚世駭俗的互補原理。玻爾敏銳地意識到海森堡的不確定性原理，不光是在討論不能同 時確定粒子的動量和位置的問題，其背後隱藏著更加秘密，更加深遠的意義。也就是說不確定性原理是個根本的普適的原理，在電子的動量和位置那裏，一個量出現 的越清晰，另外一個量就越模糊，此消彼長，不共戴天，又不可分離。在電子的波-粒兩種特性方麵，也是遵循不確定性原理，電子的粒子性越清晰，電子的波特性 就越模糊，反之亦然，他們不共戴天，又不可分離，互補互存使得電子的特性成為完整。
繼續，玻爾的思想是：電子在沒有觀察時是處於粒子性和波動性的一個混合疊加狀態,而電子要表現出粒子性還是波動性，完全取決於我們想看到什麽，也就是我們 的測量方式。你要看到粒子性，就把電子打到熒光屏上，你就看到一個小點，你看到了粒子。如果你要看電子是波，也成，讓電子通過雙縫，你就看到了幹涉圖樣， 你看到了波。
這時候你可能要說，玻爾同學，你別給我這樣胡攪蠻纏，照你說的，電子就是個幽靈，一會是粒子，一會兒又是波，完全取決於我們的觀察方式，沒有一個客觀實在。你倒是告訴我，電子到底根本是什麽吧，我不想跟你泡蘑菇。
玻爾的回答會使得你很憤怒，很想發瘋。
玻爾的觀點是：電子本來就沒有一個客觀實在，就是個幽靈，就是粒子性和波動性疊加起來的一個混合態幽靈。那種特性出現就是取決於我們的觀察，而“電子真正的客觀實在是什麽”這樣的提法根本就沒有意義，我們的觀察決定了電子是粒子還是波。
或許你認為玻爾這家夥肯定是瘋了，這樣的思維怎麽能搞科學。但是，且慢下這樣的結論，我來舉個簡單的例子，我們來看看玻爾的理論是否有道理。
著名的藝術家風滿樓同學(綠島掌櫃)畫過一幅白馬圖，曾經名動江湖。如果我要問大家，風同學畫的那匹馬顏色是什麽？大家肯定異口同聲回答：白色，如果你不是色盲的話。
但問題恰好就出在這裏。
我們一般人，如果不是色盲，我們在普通光線下，也就是我們能感受的可見光波長在400 到760納米左右，在這個範圍內，我們看到那匹馬是“白色”。也就是說，我們首先選定了一個感受400到760納米左右波長範圍的儀器(我們的眼睛)來觀察那匹馬是“白色”。
現在我們把觀察那匹馬的觀察者換了，換成了蜜蜂。蜜蜂的眼睛感受的光譜與我們正常人差別很大，它看不見比黃光波長還長的光，但對紫外線很敏感。蜜蜂看了半 天那匹馬，看到的是一匹“藍紫色”的馬。這時，如果蜜蜂會說話，我們就和蜜蜂爭論了。我們說馬是“白色”，蜜蜂說馬是“藍紫色”。我們說我們明明看是“白 色”，蜜蜂說它明明看是“藍紫色”。這樣，從科學的角度講，我們並沒有比蜜蜂有優先權決定馬是什麽顏色，我們確實看到的“白色”，蜜蜂確實看到的是“藍紫 色”。
這兒的關鍵問題是，當選取了不同的觀察儀器(我們的眼睛和蜜蜂的眼睛)，就得到了不同的顏色“白色”和“藍紫色”。而馬的顏色則完全取決於我們怎樣觀察馬。當然，如果改變儀器的感光波長範圍，我們就會得到其它不同的顏色。
這裏，一個深刻的問題是，你已經不能說那匹馬的“本來”顏色是什麽了，它沒有本來顏色。你說是“白色”，前提是在人類眼睛的正常感光波長範圍；而蜜蜂說是 “藍紫色”，前提是在蜜蜂眼睛的感光波長範圍；在其它感光波長範圍的儀器觀察下，馬呈現不同顏色。所以，馬“本來是什麽顏色”這樣的客觀描述是不存在的， 是沒有意義的，馬的顏色完全取決於觀察方式。
這個思想又是一個很可怕！
當玻爾說電子(其實包括所有的微觀粒子)是呈現粒子性或者波動性取決於我們想看到什麽時，他是在告訴我們微觀粒子根本就沒有原本的客觀存在，而微觀粒子存 在的表現形式完全取決於我們的觀察方式。這種天才的思維在量子力學裏會推廣到我們整個的外部世界，都與我們的觀察方式有關, 我們看看玻爾具體是怎麽說的:
“電子的‘真身’？或者換幾個詞，電子的原型？電子的本來麵目？電子的終極理念？這些都是毫無意義的單詞，對於我們來說，唯一知道的隻是每次我們看到的電 子 是什麽。我們看到電子呈現出粒子性，又看到電子呈現出波動性，那麽當然我們就假設它是粒子和波的混合體。我一點都不關心電子‘本來’是什麽，我覺得那是沒 有意義的。事實上我也不關心大自然‘本來’是什麽，我隻關心我們能夠‘觀測’到大自然是什麽。電子又是個粒子又是個波，但每次我們觀察它，它隻展現出其中 的一麵，這裏的關鍵是我們‘如何’觀察它，而不是它‘究竟’是什麽。”
一旦我們的觀察方式確定了, 電子就必須做出選擇, 表現一種特性, 再也不能處以混合疊加特性的幽靈方式了。但究竟怎樣定義這個“觀察方式” ，大有學問, 是另外一個難纏的問題, 它會把“精神意識”引進物理學中來, 這個我們以後再論述。
玻爾的思想很難理解，很難被接受。你大可不必為自己的不能理解它而生氣，而憤怒。實際上，比我們更憤怒的大有人在，他們的腦袋瓜比我們要聰明不知多少倍，他們就是以愛因斯坦為精神領袖的反對派陣營。
到此為止我們介紹了哥本哈根學派創立的正統量子力學的三大支柱：波恩對波函數的概率解釋，海森堡的不確定性原理，以及玻爾的互補原理。前兩個支柱挑戰傳統的因果律，後兩個支柱挑戰我們外部世界的客觀實在性。
而以愛因斯坦為精神領袖的反對派陣營要為“因果律”和“外部世界的客觀實在性”做“強有力的辯護”，要與哥本哈根的正統量子力學陣營決一死戰。一場震驚量子江湖的大決戰即將拉開戰幕，就是那個傳說中的超一流“華山論劍”。
14.
哥本哈根學派以三大原理為根基,構築了量子力學的堅實堡壘. 這三大根基是: 波恩的波函數的概率解釋, 海森堡的不確定性原理, 和玻爾的互補原理. 前兩個根基挑戰傳統的因果律, 後兩個根基挑戰物理世界的客觀實在性. 正宗量子力學的解釋就圍繞這三大根基展開.
讓我們看看哥本哈根學派對電子通過雙縫的行為解釋.
一個電子在雙縫前受不確定性原理和互補原理控製,它沒有行蹤, 沒有軌跡,是疊加態的”幽靈”. 我們可以選擇不同的觀察方式讓電子顯出不同的特性來.
首先,我們選擇任其通過雙縫, 則電子的波動性占上風,它以某種方式同時通過了左狹縫和右狹縫,完全按照波動方程的波函數在空間,自我發生幹涉.
然後,我們在雙縫後放一個感應屏幕, 改變了觀察方式, 這也就迫使以波為形式的電子轉換它的特性, 因為我們要看電子的位置, 粒子性必須接管電子的特性. 這時在一刹那間, 電子突然從波動的分布狀態凝聚成一個點出現在了屏幕的一個確定的位置上, 我們看到了粒子性. 這個位置遵守波恩的概率分布. 而電子從波動的空間分布突然凝聚成一點, 叫波函數的”坍縮”
實際上, 上麵我們隻是電子為例, 一切微觀粒子都遵守這個規則. 由於我們的物質世界是由微觀粒子組成的,那麽我們的物質世界也是去取決於觀察測量嗎? 也沒有客觀實在性嗎?
哥本哈根創立的量子力學對這些問題的回答是肯定的, 也就是說我們的物質世界也是去取決於觀察測量, 沒有客觀實在性.
可想而知,這些革命性的思想受到人們巨大的反擊是百分之一萬二千肯定的.
15.
哥本哈根學派提出了他們的三大理論支柱, 完成了量子力學的解釋框架. 其反對派陣營也積極地集聚力量, 要與哥本哈根學派決戰. 對於反對派陣營的精神領袖愛因斯坦來說, 一個沒有嚴格因果律的物理世界是不可想象的. 愛因斯坦認為, 物理規律應該統治一切, 物理學的簡單明確性不可置疑: A導致了B, B導致了C, 而C又導致了D, 等等, 應該構成一個嚴格的鏈條. 他不能接受一個沒有明晰原因的”隨機性”, 象哥本哈根學派的什麽”概率解釋”就沒有原因, 什麽”不確定性原理”就從理論上排出你同時準確知道微觀粒子的動量和位置的可能性, 完全沒有原因可尋. 令愛因斯坦更不能接受的是什麽”不確定性原理”和”互補原理”聯合起來否定物理世界的”客觀實在”性, 而要依賴於什麽”觀察測量方式”.
當年玻爾的原子模型提出電子在不同能級間的躍遷就是這種可惡的”隨機性”而不遵守因果律, 愛因斯坦就非常反感, 他在1924年給波恩寫信嚴厲地聲言: “我決不願意被迫放棄嚴格的因果性，並將對其進行強有力的辯護。我覺得完全不能容忍這樣的想法，即認為電子受到輻射的照射，不僅它的躍遷時刻，而且它的躍 遷方向，都由它自己的‘自由意誌’來選擇。” 現在以玻爾為首的哥本哈根學派創立的量子力學以三大理論支柱為堡壘, 更加瘋狂, 竟然要否定物理世界的客觀實在性, “是可忍, 孰不可忍”!
哥本哈根學派門前遇到的挑戰從此便層出不窮，永無寧日，誰叫他們要與這些超一流的高手為敵呢？
以電子為例。哥本哈根學派不是說電子在屏幕上打出一點是完全隨機的，是完全概率分布的嗎？這說明什麽？這說明電子在屏幕上出現之前是沒有連續軌跡的，如果 有連續軌跡，我們就可以追尋這個軌跡，那麽電子出現在屏幕上的點就是可以往前追尋原因的，那就不是完全隨機的，是有連續原因的。如果可以追尋這個連續的原 因，那麽哥本哈根學派的純粹“概率解釋”理論上就不成立。而且，我們通過電子的這個連續軌跡，就可以既不但可以精確知道電子的瞬間位置，通過經過的時間記 錄我們也可以計算電子的精確速度(即動量)。這樣，哥本哈根學派的第二大支柱“不確定性原理”也就跟著破產。
這可真是一箭雙雕的高招阿！而現成的實驗就有，反對派大喜過望，“真是天助我們也！”
那是在1911年，英國的科學家威爾遜發明了一種儀器，叫雲室。它的工作原理是讓微觀粒子通過水蒸汽，當微觀粒子過後，會以它們為中心凝結成一串水珠，而形成一條清晰可辯的軌跡，就象天空中的噴氣式飛機在天空中留下一條白霧帶一樣。
反對派很高興說，看，在威爾遜雲室實驗中，電子有連續的軌跡可尋，哥本哈根的解釋宣告破產。然而當人們興致勃勃地深入研究這種水珠的電子軌跡時，才發現大 謬不然。原來宏觀清晰可見的水珠式電子軌跡到了微觀放大後不但變的模糊不清，而且再也不是連續的了，成了間斷跳躍的虛線。這樣不但沒有打倒哥本哈根學派的 理論，反而從某種意義上證明了人家的觀點。
一計不成，再來一計。反對派這下就從電子通過雙縫的實驗著手。
哥本哈根學派不是說了嗎？一個電子在雙縫前受不確定性原理和互補原理控製,它沒有行蹤, 沒有軌跡,是疊加態的”幽靈”. 如果我們任其通過雙縫, 則電子的波動性占上風,它以某種方式同時通過了左狹縫和右狹縫,完全按照波動方程的波函數在空間,自我發生幹涉. 現在我們就不信這個邪，不信電子以某種方式“同時”通過了左狹縫和右狹縫，我們要用實驗揭穿這個謊言。
實驗是這樣，在兩個狹縫的任意一個上麵安裝儀器, 我們來測量電子通過了哪一個狹縫，看是否一個電子同時通過了雙縫，就可以很容易揭穿哥本哈根學派的謊言。當然，這樣的實驗你肯定確實發現電子隻通過了一個 狹縫。反對派很高興說, 看, 電子並沒有同時通過兩個狹縫，而是隻通過了一個狹縫。
然而, 反對派又高興的太早了。哥本哈根學派的解釋給他們有力地回擊出去。哥本哈根學派說，因為, 當你在一個狹縫上安裝了儀器後, 你就是選擇了另外一種觀察方式, 暗示電子你要看電子的粒子性, 因為你要探測電子的位置是在哪個狹縫.。由於你想看電子的粒子性, 電子就顯示其粒子性,隻在一個狹縫出現。這時, 你會驚訝地發現, 由於你要看電子的粒子性, 電子就不會再顯示波動性了, 你就看不到電子的幹涉現象了。果然，電子不再形成幹涉圖案，而成了一個白條。 反對派又輸了一招。這個實驗又從某種意義上說明了我們的測量意圖規定了電子顯示什麽特性, 電子也善解人意, 就順著我們的意圖顯示我們想看的。
當然反對派的招數是層出不窮的，都讓哥本哈根學派的解釋給無情地反擊了回去。反對派又在想，你們哥本哈根學派認為沒有確定位置和動量的微觀粒子，我們也好 像是沒有本領同時準確測量微觀粒子的位置和動量(在花樣繁多的各種嚐試之後)，但或許微觀粒子是同時具有確定的位置和動量的，隻是我們沒辦法測量罷了。
對反對派的這些意見，哥本哈根學派給予了有力的回擊。他們認為，在物理上如果一個物理量不能被測量到，那麽它就應該認為是不存在的，就象有人說他車庫裏有 一條龍，但你摸不見，看不見，它也不留下任何痕跡，那我們就認為那條龍是不存在的。既然我們不能同時準確測量到微觀粒子的位置和動量，我們就認為電子同時 沒有位置和動量。實際上，哥本哈根學派走的更遠，他們把外界物理世界和我們的測量方式連接起來，連存在一個脫離我們的觀察測量的客觀外部世界都不承認。
哥本哈根學派與反對派的不斷衝突和局部戰爭終於釀成了一場麵對麵的激戰，華山論劍的日子終於來臨了。
後事如何，下回分解。
量子江湖風雨錄 (5) [引用]
各位掌櫃請注意，看本集時一定要穩住神，別害怕，別生氣。如果描述的與你原來的理性思維大相徑庭，那就對了。你將看到：量子江湖的華山論劍，撕裂我們理性 的薛定諤的貓，精神意識被引入到量子革命的解釋中，為了排除精神意識的解釋，靈魂永生又被引了進來。。。。最後我自己的思維也都太累了，都要停止了一 樣。。。
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16。
華山論劍的地方選在了美麗的歐洲名地布魯塞爾，雖然不在西嶽華山。時間是1927年，在那個載入史冊的第五屆索爾維會議上。
哥本哈根學派出動了強大的陣容參戰，以玻爾為領袖，波恩，海森堡，泡利等戰將一同前往，劍橋的約爾當因故未能出席。反對派陣營也有同等強大的陣容，以愛因 斯坦為領袖，赫赫有名的德布羅意和薛定諤為戰將。初了這兩派勢不兩立的勢力外，當然還有其它各色門派，我們不去管他們了。這些量子物理學方麵的重量級人物 麵對麵較量，從一開始就注定了這場華山論劍必定震動江湖，也必定青史留名。據說後來江湖上一直流傳的那張神秘的“物理學全明星夢之隊”的照片就是這次華山 論劍的見證。
比劍從一開始氣氛就很火爆，真是仇人相見，分開眼紅。想想從前，都是打的筆墨官司，你來我往，總要借助學術雜誌等媒體，費時費力，又多有誤會，使人總覺得不那麽痛快淋漓，不能過癮。現在，同處一室，短兵相接，兵來將擋，水來土淹，滄海橫流，方顯英雄本色，好不暢快。
開始時，雙方的主帥都在冷靜觀陣，任憑各自的戰將互相撕殺。
愛因斯坦陣營的戰將德布羅意首先挺槍出馬，來個精彩的陣前亮相。他狠狠地抨擊哥本哈根學派的關於電子粒子性和波動性的互補解釋，完全不同意這種放棄客觀存 在性的離經叛道思維。德布羅意亮出他多年的看家本領，認為電子本身就是一個波，而粒子性可以看作是波動方程的一個奇點，他提出一種“導波”的思想，正是這 個緊緊圍繞電子的“導波”在無限空間中隨處分布，來指導電子的一切行為。
德布羅意的思想受到了哥本哈根學派第一狙擊手泡利的淩厲反擊，泡利旁征博引，從理論從實驗兩方麵對德布羅意猛烈轟擊，德布羅意招架不住，一路敗下陣來。
愛因斯坦陣營的薛定諤眼看己方的德布羅意兄狼狽敗北，急忙催馬出陣來援。遺憾的是，哥本哈根的泡利火力太猛，又有波恩和海森堡在旁助陣，薛定諤對德布羅意兄也無力回天。薛定諤的助陣力度連德布羅意自己也不滿意。
隨著戰局的深入，哥本哈根學派逐漸占了絕對的上風，他們竟然揚言：“量子力學是一種完備的理論，它的基本假設和數學假設是不能進一步修改的。”在反對派的 敗相麵前，哥本哈根學派更是乘勝追擊，對薛定諤的“電子雲”思想大加抨擊。最後迫使薛定諤承認自己的“計算還不太令人滿意”。
對這場硝煙彌漫的混戰中，愛因斯坦開初一直保持著可怕的沉默。但他最後忍不住了，便迅猛出擊。
愛因斯坦不愧是個久經戰陣的超一流好手，一出手便劍法淩厲，快捷，有力。他首先提出了一個模型：一個電子通過一個小孔得到衍射圖像，對哥本哈根的電子概率 分布解釋進行無情的攻擊。他指出，哥本哈根的隨機性解釋表明，“同一個過程會產生許多不同的結果，而且這樣一來，感應屏上的許多區域就要同時對電子的觀測 作出反應，這似乎暗示了一種超距作用，從而違背相對論。”不光這些，愛因斯坦在後麵幾天的會議中不斷地提出各種思想實驗來證明量子理論有重大錯誤。
在愛因斯坦的精純劍法麵前，哥本哈根陣營的波恩，海森堡和泡利基本都退居二線，愛因斯坦陣營的德布羅意和薛定諤也退居二線，隻有哥本哈根陣營的主帥玻爾從 幕後走向前台力敵敵方主帥，成了兩大巨頭的單挑決鬥。一時間兩大掌門龍虎相爭，各出奇招，變幻莫測，打得是天昏地暗，月落星稀。
然而，盡管愛因斯坦當年憑一己之力就提出了震驚江湖的相對論，在量子革命初期也是一招驚江湖，其內力其劍術已經是爐火純青，如入化境，但敵方主帥玻爾總能在煙霧繚繞的險境中找到反擊的招數，將愛因斯坦的攻擊化為烏有。在這些思維較量中，愛因斯坦終於敗下陣來，他輸的很慘。
但愛因斯坦並不服氣，盡管從量子理論的自洽方麵，他沒能攻破敵方的陣營，但他認為量子力學是錯的，他虔誠地堅信因果律，他不相信“上帝會擲骰子”，他不相 信量子力學的概率解釋，不確定性，和互補原理。在1926年寫給波恩的信裏，他說：“量子力學令人印象深刻，但是一種內在的聲音告訴我它並不是真實的。這 個理論產生了許多好的結果，可它並沒有使我們更接近‘老頭 子’的奧秘。我毫無保留地相信，‘老頭子’是不擲骰子的。”
夕陽西下，古道秋風，殘陽如血。愛因斯坦和他的勇士們擦幹了身上的血跡，提槍上馬，他們要苦練神功，再戰哥本哈根學派，與量子理論不共戴天，誓與經典理論共存亡。
1930年，愛因斯坦在閉門苦練三年後，再度向哥本哈根學派的量子力學重拳出擊。他用自己的獨門絕技相對論，設計了一個電子箱思想實驗，力圖釜底抽薪從理 論上重創量子力學的核心基礎 – 不確定性原理。那成想，哥本哈根學派的掌門人玻爾，大智若愚，重劍無鋒，大巧不工，以其人之道還治其人之身，硬生生地用愛因斯坦的獨門絕技相對論把愛因斯 坦給擋了回去，砸的愛因斯坦吐血。
然而，愛因斯坦雖敗猶榮，讓我們見證了這位物理大師的精湛武功，精奇招數和橫溢才氣。也見證了玻爾這位量子力學開山鼻祖的致密思慮，深遠視野和敏捷才智。他們兩位曠世奇才的這次比拚實為江湖上所罕見。
既生愛，何生玻？
畢竟愛因斯坦不是周瑜，他不會給玻爾氣死。愛因斯坦還要向哥本哈根學派的量子力學投擲出一個威力無比的手雷 – EPR 佯謬，薛定諤也趁機放出了他那馴養多年的“毒貓”，量力江湖不斷地出現著高智慧的較量。有愛因斯坦在，哥本哈根學派就永無寧日，玻爾也永無寧日。直到愛因 斯壇去世，他和玻爾的論戰還沒有結束。到上世紀八十年代，一係列精巧的實驗才給玻爾和愛因斯坦的世紀之爭，做出了最後的決定性裁決，才真正用實驗解答了愛 因斯坦的EPR 佯謬，愛因斯坦徹底地錯了，但他卻不能看到那個決定性的實驗。這是後話，我們這裏暫且按下不表，我們先看看令量子江湖“談貓色變” 、“聞貓喪膽” 的薛定諤的“貓”。
17。
華山論劍及之後的較量，都沒能摧毀哥本哈根學派創立的量子力學及其解釋，量子力學反而更被很多人普遍接受。愛因斯坦也無力回天，當他和同事們提出EPR佯 謬時，不再提量子力學是錯誤的，而是改成量子力學是不完備的，存在解釋的漏洞。這時，薛定諤非常高興，趁機放出了他那馴養已久的“貓” ，要來撕裂哥本哈根學派的靈魂，其論文在1935年發表。
薛定諤這樣來建立他的挑戰：根據哥本哈根學派的解釋，一個微觀粒子在沒有被觀察測量前，這個粒子是處於一個模棱兩可的疊加態，象個幽靈。隻有觀察測量後，微觀粒子才從幽靈的疊加混合狀態坍縮成物理實在。很好，那我們就來設計一個實驗來拆穿這個謊言。
我們設計一個不透明的密閉箱子，箱子裏放一個貓進去，再放一個放射性原子進去，還放一瓶巨毒的毒氣。進一步，我們有一個非常巧妙的理想裝置也在箱子裏麵 (反正是思想實驗，你想是什麽裝置都成) ，這個理想裝置受放射性原子衰變出來的中子控製。如果放射性原子衰變出中子，這個中子就會啟動那個理想裝置，而理想裝置就把毒氣瓶打開，放出毒氣，貓就一 命嗚呼，魂歸西天。如果放射性原子不衰變，就不會有中子，理想裝置也不啟動，毒氣就不放出來，貓就幸福地活著。
現在我們用哥本哈根學派創立的量子力學來解釋這個實驗。放射性原子是微觀粒子，符合哥本哈根學派的量子力學描述對象。那麽在我們還沒打開箱子觀察測量之 前，這個放射性原子處於幽靈狀態，確切地說，它處於衰變與不衰變中子的疊加態，或者說兩可態。正因為這樣，那麽理想裝置也處於打開和不打開毒氣瓶的兩可混 合態，進而，貓也就處於被毒死和活著的兩可混合態。隻有當我們打開箱子觀察測量的那一瞬間，一切才從兩可的混合態坍縮，或者看到死貓，或者看到活貓，兩者 比居其一。
薛定諤這下高興了。他要看哥本哈根學派的笑話，他說，我就不打開箱子觀看，我就讓那個可憐的貓處於要死要活、半死不活、又死又活的兩可混合疊加態。要說這麽折磨這個可憐的貓，那全是哥本哈根學派的功勞，誰讓他們發明那些古怪的量子力學解釋呢？
同學們，你們大家能想象得出一個處於死和活的兩可混合疊加狀態貓嗎？薛定諤真是夠狠的，這種撕裂我們理性思維的絕活就他能幹出來。
在這個絕活麵前，哥本哈根學派也沒脾氣，隻能硬著脖子說：就是那樣，誰讓你用貓來做實驗呢？
其實，這不是用不用貓來做實驗的問題。薛定諤的貓隻是把哥本哈根學派的解釋從微觀粒子世界拉到了我們宏觀世界而已。哥本哈根學派的三大解釋，不確定性原 理、互補原理和概率解釋就以這樣的形式影響到了我們所處的世界，影響到了我們的生活層麵。也就是說，按照哥本哈根學派創立的量子力學及其解釋，我們周圍的 一切，如果沒有被觀察測量時，都是處於一個疊加的混合幽靈狀態，隻有觀察測量才使得這一切瞬間成為實在。
這也太玄了吧？
玄是玄了點，但想想也不太算離譜，因為有人早就這樣想過。據說中國文化中的心學大師王陽明就說過：“你未看此花時，此花與汝同歸於寂；你來看此花時，則此 花顏色一時明白起來” ，就是說你看花時花才是花，沒看時什麽都不是 。好象西方有位貝克萊主教也有句名言：“存在就是被感知” ，也就是說，你感知了才有了存在，你沒感知時就什麽都不是。這些都與哥本哈根學派創立的量子力學解釋有異曲同工之妙。
雖然我們這裏說著，覺得好玩，但在物理學上卻不象我們說說這麽愜意。悄悄地，一隻令玻爾也膽戰心驚的“意識猛獸” 站在了哥本哈根學派的麵前。
17。
前麵我們已經述及哥本哈根學派創立的量子力學有三大解釋理論支柱：不確定性原理，互補原理和概率解釋，這適用於任何微觀粒子，我們就特別以電子為例。
互補原理是說，在我們沒有觀察測量之前，電子本身什麽都不是，它就是一個“幽靈” ，按照薛定諤的波動方程發展 。當我們一旦采取某種方式觀察測量這個電子時，不確定性原理起作用，給我們展現電子的某一種特性，由概率解釋來跳出一個實際的結果供我們觀察。電子由幽靈 狀態突然變成可觀察的實際狀態的過程，稱為“波函數的坍縮” 。
這裏出現了兩種截然不同的圖景。在沒有觀察測量前，電子是一個幽靈處於各種特性的混合疊加狀態，嚴格按照方程發展，是個連續的過程，數學上是可逆的。但當觀察測量發生後，波函數坍縮了，一個確定的狀態出現了，是不可逆的，而這個確定狀態的出現是完全隨機的，概率性的。
現在的問題是，是什麽東西，或者什麽機理使得波函數坍縮，然後產生了這麽巨大的變化，使得一個幽靈變成了實在？
同學們可能說了，這不很簡單嗎？前麵不是說觀察測量使得波函數坍縮嗎？不是觀察測量使得幽靈電子出現了我們想看到的物理特性嗎？
你說的對，是測量觀察使得波函數坍縮了。但問題是這個觀察測量怎麽定義？我們拿眼睛看算觀察測量，還是要用儀器才算觀察測量？
首先我們考慮儀器的測量算觀察測量。其實這不用我們來考慮，有位天才的大腦已經為我們考慮過了，這個天才的大腦就是偉大的馮諾伊曼。他是現代計算機的奠基人之一，非常傑出的一位數學家，在量子力學的發展中貢獻卓著，於1932年出版了他的名著《量子力學的數學基礎》。
馮諾伊曼詳細考察了量子力學中遇到的這個觀察測量難題，提出一種理論叫“無限後退理論” 。他的理論大概是這樣的：假設電子波函數的坍縮是由我們觀察測量電子的儀器(例如儀器A)引起的，那麽這個儀器A就需要另外的儀器B來測量，才能使得A自 己的波函數坍縮成為實體，因為A本身也是由無數微觀粒子組成，有自己的波函數需要首先坍縮。這樣我們將B儀器拉進來了去坍縮A的波函數，但問題是，B儀器 的波函數也需要其它儀器C來坍縮。
這樣就麻煩了，我們需要一係列的儀器的波函數先坍縮，直到我們無限後退，總有儀器沒有別的儀器來坍縮它的波函數。這樣，整個鏈條就轟然倒塌了，波函數都沒法坍縮。如果我們繼續思考整個宇宙物質這個大體係，它的波函數由什麽儀器來觀察測量使其波函數坍縮？
真的麻煩了。顯然，認為一個電子的波函數坍縮是由測量儀器造成的這個論點在理論上站不住腳。
這裏大家要小心了，繼續的思考就會引出更大的麻煩，你會非常震驚，可能都不相信自己的理智推理能力了。
好，大家穩住神，我們繼續推理，管它刀山火海。
在我們的電子雙縫實驗中，當我們選取了一種測量方式，確定了我們想要看到電子的某種特性後，我們就看到了電子的這種特性，電子的波函數就從幽靈狀態坍縮 了，一切結束。如果我們排除了物理的測量儀器使得電子波函數坍縮這個可能性(前邊偉大的馮諾伊曼已經給我們做了) ，那還剩下那種可能性？
我們隻剩下“精神意識” ！對，是我們的“精神意識” 使得我們要觀察的電子波函數坍縮了！“精神意識”被引進了物理學中來，是它創造了物質的實在性！
我想現在很多同學已經很憤怒了，為我把“精神意識” 說成是微觀粒子幽靈變成物質實在需要的波函數坍縮的原因而憤怒。
我很理解同學們的憤怒，我也很憤怒。我憤怒的原因是，前麵的推論不是我的推論，那是一個鼎鼎大名的量子力學名家的推論，他獲得過諾貝爾物理學獎，他就是偉大的尤金·維格納！
這個維格納是20世紀最偉大的物理學家之一，也是量子力學的奠基人之一。他與前麵提到的天才馮諾伊曼是一對互補的搭檔，一個在數學上絕頂聰明，一個在物理上絕頂聰明。正是這兩個絕頂，一個排除了儀器使得波函數坍縮的可能性，另外一個把“精神意識” 引進來了。
維格納論證，精神意識作用於外部世界，使得波函數坍縮很好理解。因為外部世界能引起我們精神意識的改變，說明外部世界和我們的精神意識能發生某種微妙的作 用，那麽我們的精神意識能作用於外部世界也就不是什麽大問題，因為牛頓定律告訴我們，作用與反作用總是相輔相成的。維格納的論文題目是《對於靈肉問題的評 論》，收入他1967年的論文集裏。
實際上，精神意識與物質的相互作用問題是個非常有意義的科學問題。試想想我們的精神意識是怎樣與我們的身體行為相作用的。我們的頭腦中出現一個思想說想上 網，我們的手就去打開計算機，聯網，然後上網。現在的問題是，作為精神意識的思想，是通過什麽機理與我們身體的各種敏感元件作用的，去觸動這些敏感元件發 出信號，使得我們能完成各種動作？
不管怎麽樣，維格納從哥本哈根學派的正統量子力學理論中推論得出結論，精神意識使得微觀粒子從幽靈的量子疊加態坍縮成為真正的物理現實。但這使得我們要麵 對更加難纏的嚴峻問題，非常挑戰我們的理性思維的極限。因為我們馬上就會想到，當我們人類還沒有來到這個世界上時，我們的宇宙是怎樣從幽靈狀態坍縮成為物 理實在的？
對這個問題，愛因斯坦的同事，玻爾的密切合作者，著名物理學家約翰-惠勒提出了一個相當令人吃驚的構想，會使得各位同學們氣的閉過氣去。
那是1979年在愛因斯坦誕辰100周年的紀念會上，惠勒提出了一個獨特的實驗設想，使得電子雙縫實驗能出現一個驚人的結果，那就是當電子已經通過了雙縫之後，實驗人員再來選定是要電子通過一條縫還是兩條縫。
同學們沒有必要去思考他的實驗是怎樣設計的，我們隻要明白惠勒這個實驗的精髓就行，那就是當結果發生之後，我們再決定怎樣使得這個結果發生。一句話就是， 結果在前，引起這個結果的原因在後。這個實驗被稱為“逆動因果”或者“延遲決定”實驗。這個實驗如果成功，就意味著以玻爾為首的哥本哈根學派的量子力學解 釋是對的，而愛因斯坦是錯的。
是否大家的理性聽著這個思想就想發瘋？前段時間在一個論壇上，有人聽說了這個事後，就說“惠勒”是個神經病。
惠勒當然不是“神經病”，他是著名的物理學家。在他的天才思想提出後五年，美國馬裏蘭大學的物理學家就作出了這個實驗，結果與玻爾的量子力學預言相一致，與愛因斯坦的預言相反。很快，德國慕尼黑大學的一個研究組也作出了相似的結果。
根據這個思想，惠勒他們提出一個宇宙創生模型，叫“參與性宇宙”模型。就是說我們人類的精神意識以某種方式倒回去參與了還沒有我們人類時的宇宙實在生成過程，而後來才有了我們人類自己，包括我們的精神意識。
這個模型是個怪圈。盡管有那些“逆動因果”的實驗作為基礎，但我不相信這個宇宙生成模型。原因是，那些實驗室中的“逆動因果”的實驗是我們精心安排的，但現在是誰精心安排沒有我們人類之前的宇宙生成這樣的偉大實驗呢？
或許，上帝的精神意識才是宇宙實在生成的根本原因。
不管怎麽樣，“精神意識”創造了我們外界的物理實在的奇妙思想激起了不少物理學家的熱情和好奇心，他們沿著維格納的方向繼續前進，其中的佼者包括美國伯克 利勞倫斯國家物理實驗室的物理學家亨利？斯塔普和阿姆斯特丹大學的比爾曼，他們試圖用理論和實驗來支持他們的研究，我們隻能拭目以待。
雖然從量子力學的正統哥本哈根解釋出發，精神意識被引進了物理學的殿堂，但這令很多人不舒服，就像愛因斯坦一樣。一個新的思想被提了出來，要對抗這種“精 神意識”引起波函數坍縮的解釋，這就是“平行多宇宙”理論。但令人意想不到的是，這個理論卻導致了駭人聽聞的“量子自殺”和“靈魂永生”困境。
20。
根據哥本哈根學派的正統量子力學解釋，偉大的維格納堂而皇之地把“精神意識” 引入到了物理學的殿堂裏。雖然物理學家們沒有太多的理由去反駁維格納的前衛，甚至很有不少人順著這條路子摸索前行，例如惠勒提出的“逆動因果” 的“參與模型” ，及後來者包括美國伯克利勞倫斯國家物理實驗室的物理學家斯塔普和阿姆斯特丹大學的比爾曼等的理論及實驗。
但是，把“精神意識” 引入還是令很多物理學家不舒服，因為這與他們曾經信奉的客觀物理實在性不一致。雖然，愛因斯坦等科學大師們已經在反對量子力學的道路上一輸再輸，可以說頭破血流。但勇士們的信仰使得他們仍然會前仆後繼，奮戰不休。
也難怪，量子力學的思想太顛覆，太革命，太反傳統，無疑會受到無休無止的攻擊。可能從量子力學誕生的那天起，就注定了它要將物理學搞得天昏地暗，也注定對它的挑戰會綿延不斷。
我們仔細分析一下為什麽精神意識會被偉大的維格納堂而皇之地引入到了物理學的殿堂裏？就是因為量子力學提出了波函數坍縮這個解釋。那麽為了避免“精神意識” 的引入，那些反對派物理學家就認定，隻有從波函數坍縮這一概念下手方可成功。
按照哥本哈根學派的解釋，在波函數坍縮前，一切微觀粒子不是處於模棱兩可的線性疊加混合態嗎？那我們就假定這些模棱兩可的線性疊加混合態跟觀察測量沒有關 係，它本身描述的就是不同的實際狀態，隻不過我們隻能看到其中的某一態而已。每次對那怕一個粒子的小小的觀察測量都使得包含這個粒子的宇宙以眾多可能的狀 態分裂，成為多個宇宙。這個理論叫“平行多世界理論” ，是由物理學家埃弗萊特在1954年提出的，他是愛因斯坦的忠實信徒。
就以薛定諤的貓為例。在“平行多世界理論” 中，貓並沒有處於什麽死和活的疊加狀態，而是一旦原子衰變，就產生了兩個世界，一個世界裏貓是死的，另外一個世界裏貓是活的，因為貓死貓活就兩個狀態。我 們觀測是隻能看到一個狀態，要麽貓死，要麽貓活，因為宇宙分裂時我們也分裂了，要麽在貓死的世界裏，要麽在貓活的世界裏。
如果這個“平行多世界理論” 是正確的，那麽宇宙中的任何粒子的微小動作都有不同的可能狀態，宇宙就跟著分裂，這樣從宇宙創生到現在的一兩百億年中，宇宙已經分裂成了無窮無盡多的世 界，我們在有生之年也被分裂到無窮多其它世界中去了。在不同的世界裏，我們過著不同的生活，有不同的人生軌跡。
想想也挺好。如果在這個世界裏，我深深地、刻骨銘心地愛著一個人，但由於某種現實的原因，我不能與心愛的人結合，有了這個“平行多世界理論” ，我們就會出現在其它無窮多的世界裏，總有某些世界裏我們可以如願以償，結合在一切，過著甜蜜而美好的生活。
這個“平行多世界理論” 為了一個小小電子的躍遷，就把整個宇宙拖下水，讓宇宙分裂，也沒有太多令人信服的理由，更沒有實驗上的任何支持，但是由於它把“精神意識” 排除在了物理學的外邊，世界又成為了客觀的外部世界，就獲得了不少物理學家的支持。看來有時候科學界也不是那麽客觀，信仰的作用可以使得一些人強烈地反對 一種理論(如愛因斯坦等) ，也可以使很多人支持一個沒有多少依據的理論。這次愛因斯坦卻相反，他非常反對“平行多世界理論” ，曾不無調侃地說：“我不能相信，僅僅是因為看了它一眼，一隻老鼠就使得宇宙發生劇烈的變化” 。
然而，就在“平行多世界理論” 的倡導者和支持者高興的時候，一個“靈魂不死” 的幽靈隨著可怕的“量子自殺” 悄悄地出現了。
21。
量子力學已經帶給我們太多的奇跡和困惑，我想大家可能都已經疲倦了這些量子革命的瘋狂思想和各種無休無止的挑戰。我不打算仔細介紹“平行多世界理論” 遇到的“量子自殺” 和“靈魂不死” 的困境，隻是給大家提一下。
令人毛骨悚然的“量子自殺” 實驗上上世紀80年代有兩位物理學家提出，後在1998年被宇宙學家提格馬克廣為宣傳。
這個實驗是把薛定諤的貓實驗中的貓還成了某個願意為科學現身的仁人誌士。根據哥本哈根的量子力學，這個實驗中的同誌，在箱子打開前是處於不死不活的疊加態；一旦箱子打開，這個同誌不活就死，二者必選其一。
但到了“平行多世界理論” 這裏，每次實驗，都要同時產生兩兩個結果，一個活人世界，一個死人世界。
或許大家剛才聽過了“平行多世界理論” 的世界裂變，不覺得這個“量子自殺” 實驗有什麽稀奇。但你仔細想想就有了問題。
在“平行多世界理論” 任何一次實驗，或者選擇，都會產生各種不同結果，使得宇宙分裂成不同的世界。那麽我們想想，如果一個人想自殺，在自殺的一瞬間，總有兩個結果，一個是這個 人死了，另外一個就是這個人還活著，隻不過在不同的世界裏。同樣的推理，我們隻要來到這個宇宙裏，無論我們是生老病死，或者自殺，或者他殺，當那個時間發 生時，總有一個世界裏我們是不死的。如果我們繼續推理，那我們就不會完全從這個宇宙裏消失，總會在某個世界裏活著。
這就是“平行多世界理論” 導致的“靈魂永生” 問題。
這是否真有點亂套了，我們為了逃避“精神意識” 進入物理學的殿堂，才提出“平行多世界理論” ，怎麽七拐八拐又出現了“靈魂永生” 的絕境？
算了，我不想管這些事情了，愛因斯坦攻擊量子力學的EPR佯謬我也不想講了，判定愛因斯坦EPR佯謬的神秘不等式及其愛因斯坦敗北的最終決定性的實驗我也 不想講了，其它諸多挑戰哥本哈根量子力學解釋的各種新理論，我也不想講了。因為我累了，愛誰誰去。反正，我知道玻爾後來也累了，對任何新的挑戰都麻木不 仁，也是愛誰誰去。
但我負責地告訴大家，哥本哈根學派創立的量子力學至今還是屹立不倒，在最新的超弦理論裏和更新的M理論裏，哥本哈根學派創立的量子力學仍然是基礎。將來量子力學會否被推翻，我不知道。
管它呢，愛誰誰去。本掌櫃也瀟灑一回！嗬嗬。
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