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生與死：薛定諤的貓
《尋找薛定諤的貓》
方在慶
●尋找薛定諤的貓可以引導(dǎo)我們對(duì)瞬間的真實(shí)性及一般量子力學(xué)有一新的理解。 ●它可以讓你旋風(fēng)般地領(lǐng)略20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程。 ●即使對(duì)物理學(xué)沒(méi)有任何興趣，你也可以獲得許多意想不到的東西。 記得當(dāng)年學(xué)物理時(shí)，大多數(shù)教材都是公式來(lái)，公式去。嚴(yán)謹(jǐn)是嚴(yán)謹(jǐn)，但大多沒(méi)有留下太深的印象。只有一套翻譯的伯克利物理學(xué)教程，讓我終身難忘。在講到何 為“不可逆過(guò)程”時(shí)，它是這樣說(shuō)的：“正如我們不可能從成人變成小孩，再退回到母親的子宮一樣。”這句現(xiàn)在看來(lái)很平常的話，在當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的教科書中是不可能 出現(xiàn)的。 在看過(guò)約翰·R·格利賓（John R. Gribbin）寫的兩本“薛定諤的貓”的書后，我不由得感慨萬(wàn)千。要是我們的教科書或輔導(dǎo)教材也這樣來(lái)寫，那該多好！ 格利賓今年51歲，先在Sussex大學(xué)學(xué)習(xí)物理學(xué)，后改學(xué)天文學(xué)，在劍橋大學(xué)獲得天文學(xué)博士學(xué)位之后，加入《自然》雜志，最初只是審讀一些與天文學(xué) 有關(guān)的稿件，后來(lái)他必須按時(shí)向BBC的世界報(bào)導(dǎo)提供一些科學(xué)進(jìn)展方面的消息，因而促進(jìn)他的興趣轉(zhuǎn)移，開始了寫作生涯。在過(guò)去的20年間，他寫了大量的科普 讀物，許多都成了暢銷書，其中包括這兩本出版時(shí)間前后相差十年的書在內(nèi)。2000年，他被選為皇家文學(xué)院院士。對(duì)于他的科普寫作是一種承認(rèn)。 格利賓博士在寫第一本關(guān)于“薛定諤的貓”（即中譯本第一篇：《尋找薛定諤的貓》）時(shí)，首先是想向外行解釋20世紀(jì)物理學(xué)以外的其他科學(xué)分支中的秘密； 其次，他不能容忍在科學(xué)界以外所存在的一些對(duì)量子理論的誤解。當(dāng)時(shí)有一本名為《東方神秘主義與物理學(xué)之“道”》（F.Capra著，國(guó)內(nèi)曾出過(guò)編譯本）的 書引起了轟動(dòng)，許多人競(jìng)相效仿。而這些人既不懂“道”，也不懂物理學(xué)，只想借機(jī)大賺一筆。這也從另一方面表明，有關(guān)量子力學(xué)的解釋還有很多問(wèn)題。 格利賓博士反其道而行之，他認(rèn)為科學(xué)“不需要穿上從別處得來(lái)的哲學(xué)外衣，因?yàn)樗陨砭统錆M光明、神秘和驚奇”。由于“薛定諤的貓”涉及到量子理論的整 個(gè)發(fā)展過(guò)程，他利用豐富的歷史事實(shí)和最近的科學(xué)進(jìn)展，對(duì)與量子力學(xué)息息相關(guān)的“什么是真實(shí)的”這一問(wèn)題給出了回答。 埃爾溫·薛定諤在20世紀(jì)20年代中期創(chuàng)立了現(xiàn)在被稱為量子力學(xué)分支中的一個(gè)方程。量子理論是20世紀(jì)科學(xué)的重大進(jìn)展之一，但由于量子力學(xué)對(duì)傳統(tǒng)觀念 所帶來(lái)的巨大沖擊，連“量子”的提出者在內(nèi)的科學(xué)家都想盡各種辦法拒絕它，或做出各種調(diào)和性的解釋。事實(shí)上，薛定諤就被量子力學(xué)的結(jié)果弄得心神不安，他不 喜歡波粒二象性的二元解釋以及波的統(tǒng)計(jì)解釋，試圖建立一個(gè)只用波來(lái)解釋的理論。 薛定諤嘗試著用一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)量子理論隱含的不確之處。 設(shè)想在一個(gè)封閉的匣子里，有一只活貓及一瓶毒藥。當(dāng)衰變發(fā)生時(shí)，藥瓶被打破，貓將被毒死。按照常識(shí)，貓可能死了也可能還活著。但是量子力學(xué)告訴我們，存在一個(gè)中間態(tài)，貓既不死也不活，直到進(jìn)行觀察看看發(fā)生了什么。 量子力學(xué)告訴我們：除非進(jìn)行觀測(cè)，否則一切都不是真實(shí)的。愛因斯坦和少數(shù)非主流派物理學(xué)家拒絕接受由薛定諤及其同事創(chuàng)立的理論結(jié)果。愛因斯坦認(rèn)為，量 子力學(xué)只不過(guò)是對(duì)原子及亞原子粒子行為的一個(gè)合理的描述，是一種唯象理論，它本身不是終極真理。他說(shuō)過(guò)一句名言：“上帝不會(huì)擲骰子。”他不承認(rèn)薛定諤的貓 的非本征態(tài)之說(shuō)，認(rèn)為一定有一個(gè)內(nèi)在的機(jī)制組成了事物的真實(shí)本性。他花了數(shù)年時(shí)間企圖設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)這種內(nèi)在真實(shí)性是否確在起作用，但他沒(méi)有完成這種 設(shè)計(jì)就去世了。 后來(lái)，許多科學(xué)家沿著這條思路走下去。如玻姆就提出了“隱變量”的概念。格利賓博士花了大量的篇幅來(lái)描述這種變化，非常生動(dòng)有趣。他從光是波還是粒子 的爭(zhēng)論開始，結(jié)合科學(xué)家本身的歷史作用，相繼講述了波動(dòng)理論的勝利；愛因斯坦的原子概念；電子、離子、X射線、放射性的發(fā)現(xiàn)；量子概念的提出；薛定諤理 論；反物質(zhì)；超導(dǎo)體；不確定性的意義；哥本哈根解釋；時(shí)空的扭曲以及超引力等許多引人入勝的主題。 誠(chéng)如作者所指出的，“探索薛定諤的貓就是尋找量子的真實(shí)性。簡(jiǎn)單總結(jié)說(shuō)，好像這種尋求是沒(méi)有什么結(jié)果的，因?yàn)椴淮嬖谌粘Ｔ~匯中的真實(shí)性。但這不能算完，尋找薛定諤的貓可以引導(dǎo)我們對(duì)瞬間的真實(shí)性及一般量子力學(xué)有一新的理解。” 作者在書中生動(dòng)描述了科學(xué)家得出他們理論的過(guò)程。盡管物理學(xué)與數(shù)學(xué)的關(guān)系是十分密切的，但在這本書中，作者很少用數(shù)學(xué)來(lái)描述他要講述的主題。即使是那些不懂?dāng)?shù)學(xué)的外行，也能理解物理學(xué)概念的發(fā)展過(guò)程。甚至有人開玩笑地說(shuō)，這本書每一個(gè)人都應(yīng)該讀，包括猴子在內(nèi)！ 11年之后（1995年），格利賓又將焦點(diǎn)關(guān)注于量子理論的一些新的疑問(wèn)上，這就是另一本書，即中譯本的第二篇：《薛定諤的小貓及對(duì)實(shí)在的追求》。他 從貝爾的證明開始展開討論。他認(rèn)為，量子世界的所有奇異性都可以通過(guò)考察薛定諤貓的悖論的兩個(gè)變種——即他的書中所說(shuō)的小貓的歷險(xiǎn)過(guò)程來(lái)獲得最清楚的理 解。從光的本質(zhì)問(wèn)題開始，中間涉及到電子干涉的標(biāo)準(zhǔn)觀點(diǎn)、牛頓的世界觀、托馬斯·楊、菲涅耳、泊松的觀點(diǎn)、法拉第的場(chǎng)、麥克斯韋方程組、以太之死、狹義相 對(duì)論的產(chǎn)生；哥本哈根解釋的垮臺(tái)；馮·諾依曼的的錯(cuò)誤等多個(gè)主題，由此來(lái)試圖解釋真實(shí)性的本質(zhì)和解決所有的量子之謎。 格利賓的這兩本書，既有思想深度，路數(shù)又非常清晰。是非常難得的高級(jí)科普讀物。完全讀懂這兩本書是不容易的，但卻非常值得一讀。它可以在讓你旋風(fēng)般地 領(lǐng)略20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程中，加深對(duì)事物本性的認(rèn)識(shí)。難怪有許多讀者說(shuō)，正是在讀完格利賓的書后，才開始喜歡上物理，開始科學(xué)生涯的。 即使對(duì)物理學(xué)沒(méi)有任何興趣，你也可以獲得許多意想不到的東西。比如：我們都知道牛頓是一位偉大的科學(xué)家，但對(duì)他的不幸人格卻不甚了解。他脾氣不好，疑 心太重，經(jīng)常卷入優(yōu)先權(quán)與抄襲指控等學(xué)術(shù)爭(zhēng)論。他在與同樣尖刻，個(gè)子矮小的胡克的爭(zhēng)論中，不惜使用下流卑鄙的手段。他的那句名言：“如果我看得更遠(yuǎn)，那是 因?yàn)槲艺驹诰奕说募缟?#8221;，實(shí)際上是諷刺了胡克的矮個(gè)子，同時(shí)又暗指其才智不佳。 這有點(diǎn)讓人不可思議。如果你想發(fā)現(xiàn)更多不可思議的故事，不妨讀一讀格利賓的兩本書。 《尋找薛定諤的貓》海南出版社 |
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