|
微观粒子的二象性可以借助简单的电视机来加以说明。电视屏幕上的影象是由一些光脉冲产生的。当电视机后部的电子枪发射出来的电子打到荧光屏上时，就出现光脉冲。你所看到的电视画面相当清晰，原因是放射出来的电子数目极大。根据平均律，很多电子的累加结果是可以预测的。但是，任何一个特定的电子都具有内在的不可预测性，因而也就不可能出现在荧光屏的任何一个特定位置上。这一特定的电子到达何处，构成了画面的哪一个部分，这都是不确定的。根据玻尔的哲学，从平常的枪支中射出的子弹是沿着精确的轨道奔向靶标的，但从电子枪射出的电子只是出现在靶标上。不管你瞄得多准，也不可能保证命中。“电子出现在荧光屏的X处”，这一事件不能够被认为是由电子枪或由什么别的东西造成的。因为，我们不知道为什么该电子会去X点，而不去其他的地方。于是，由该电子构成的荧光屏画面的一斑，就是一个没有原因的事件。你要是记住了这说法，下一次你看你所喜爱的电视节目时，怕是要觉得吃惊。
当然，没有谁说，电子枪与电子打到荧光屏上一事没有关系。这里只是说，电子枪并不完全决定电子能打到哪里。物理学家们并不认为打到靶标上的电子在到达靶标之前就已存在，也不认为靶标上的电子与电子枪之间有一条精确的轨迹。他们认为，离开电子枪的电子是处于一种中间过渡状态，只是有一些幽灵代表其存在。每一个幽灵都独自地探索通向荧光屏的道路，不过，只有一个电子实际显现在荧光屏上。
这些稀奇的想法怎么能证实呢？
在20世纪30年代，爱因斯坦设想了一个实验，他认为这实验能够揭露量子幽灵的欺骗，并一劳永逸地证明每一个事件都有一个不同的原因。该实验的原理是，大群的幽灵不是独自行动的，而是共同行动的。爱因斯坦说，假设一个粒子一分为二，其两半碎片可以在不受干扰的情况下作反向运动，运动到相当远处。尽管二者相距相当远了，但每一碎片都具有其同伴的印记。比如说，假如一半碎片以顺时针自转的方式飞去，那么，另一半碎片就要以逆时针自转的方式朝相反的方向飞。
幽灵理论则认为，每一碎片的自转都有一个以上的潜在可能方式。用上面的例子说就是，A有两个幽灵，一个顺时针转，一个反时针转。哪一个幽灵成为实在的粒子，得等到一个确定的测量或观察进行之后才能知道。同样，作相反运动的B也是由两个自转方向相反的幽灵代表的。然而，假设测量了A，使其顺时针转的幽灵成为实在，B就没有选择了，它必须使其反时钟转的幽灵升格为实在。这两个分离开来的幽灵粒子必须相互配合，以便于作用力与反作用力的定律相一致（见图11）。
B如何能知道A选择了它的两个幽灵中的哪一个？这问题至少是令人困惑的。假如碎片A和碎片B相隔相当远，真是很难明白它们能如何通讯。而且，假如同时观察这两个碎片，那么，二者就是想传送什么信号，时间上也来不及。爱因斯坦坚持说，假如两块碎片在分离的那一刻实际上不存在（即已经按一确定的方式旋转），幽灵理论就是自相矛盾的。他还说，两块碎片作反向飞行时，它们都保持着各自的旋转方式。实际上不存在幽灵，根本没有延迟到测量发生时的选择，两碎片之间也没有那神秘的不用通讯的合作。
玻尔回答说，爱因斯坦在推理中假定了两个碎片分别都是实在的，理由是它们相距相当远。玻尔断言，人们不可能把世界看成是由许多分离的碎片构成的。在进行实际测量之前，A与B必须看作是单一的整体，即使它们相隔几光年之遥。这的确是道道地地的整体论！
爱因斯坦对玻尔的理论提出的挑战在第二次世界大战之后才得到真正的验证。在20世纪60年代，物理学家约翰·贝尔证明了关于爱因斯坦所提出的那类实验的一个最引人注目的定律。贝尔证明，在一般情况下，如果按照爱因斯坦的看法，假定两块碎片在被观察之前实际上就已经以相当确定的状态存在，那么，分离的系统之间协作程度不能超出某个一定的极大值。量子论则预言，这个所谓的极大值是可以超出的。如今，需要的是一个实验。
技术的进步使得用实验来检验贝尔的不等式成为可能。物理学家们进行了好几个这样的实验，其中最好的一个是阿莱纳·阿斯贝及其同事1982年在巴黎大学做的。他们用一个原子同时放出的两个光子来作亚原子碎片。在每一个光子经过的通道上，他们放置了一块起偏材料。起偏材料滤出了那些其振动与起偏材料的光轴不匹配的光子。这样，只有那些与起偏材料光轴匹配的幽灵光子才会穿过起偏材料。再者，光子A与B是协作的，因为作用力与反作用力迫使它们的偏振是平行的。假如光子A被阻挡住了，光子B也要被阻挡住。
真正的测验是这样的：把两块起偏材料摆放得不成直角，那么，两个光子间的协作程度就降低，因为这两个光子的偏振现在不能够与其各自的起偏材料同时匹配了。玻尔—爱因斯坦之争在这里就可以决出个胜负。爱因斯坦的理论所预言协作程度，比玻尔的理论要低得多。
那么，实验的结果如何呢？
玻尔赢了，爱因斯坦输了。巴黎大学的实验，连同70年代所作的其他不那么精确的实验都证明，对微观世界内在的测不准性是没有什么好怀疑的。没有原因的事件、幽灵影象、只有通过观察才会出现的实在，这一切因为有了实验的证据，显然必须得到承认。
这个令人震惊的结论有什么含义呢？
很多人觉得，只要大自然只限于在微观世界里淘气，那么，就用不着为微观世界硬梆梆的实在消解了而感到很不安。在日常生活中，一把椅子仍旧是一把椅子，不是吗？
这得说，不完全是。
椅子是由原子构成的。原子的一大群幽灵怎么会结合成为实在的、硬梆梆的东西呢？作为观察者的人又如何呢？人有什么特殊性，使他有能力把原子的幽灵聚成坚硬的实在呢？观察者必须是人吗？猫行不行？计算机呢？
量子论是最难解又最具技术性的科目之一。我们这里的简短评论只能揭开那神秘的面纱之一角，好让读者一窥其不同寻常的概念（我在另一本书《其他的世界》中更详细地讨论了量子论）。不过，这里的素描式描述也确实说明，人们对世界的常识性看法，即把客体看作是与我们的观察无关的“在那里”确实存在的东西，这种看法在量子论面前完全站不住脚了。
33/74 首页 上一页 31 32 33 34 35 36 下一页 尾页
|
