貓的問題
歐文•薛定諤(Erwin Schrftdinger)首先引進了波動方程, 他想這是不是走得 太遠了。 他向玻爾承認他感到抱歉, 因為玻爾將概率概念引進物理,
為了推翻概率的想法, 他提出一個實驗。 想像一隻貓被關在一個盒子裡。 盒子裡面有一瓶毒氣, 瓶子上面有個錘子, 錘子又連接到一個蓋氏計數器, 計數 器放在一塊鈾的附近o沒有人懷疑鈾原子的放射性衰變是一個事先無法預計的 純粹的量子事件。
現在打開盒子。 一旦我們做了觀察, 波函數就消失了, 我們看見貓, 比如說 是活的。 對薛定諤來說這是可笑的。 一隻貓怎麼會同時是死的又是活的呢, 只 是因為我們還沒有看它嗎?愛因斯坦也不喜歡這種解釋。 每當客人來到他的住 宅, 他會說:看那個月亮。 是因為一隻老鼠看它, 它才突然跳出來的嗎?愛因斯 坦相信答案是“不”。 但是在某種意義上, 答案也許是“是”。
在1930年的索爾韋會議上, 在愛因斯坦和玻爾之間發生了歷史性的衝突, 爭論終於達到頂點。 惠勒後來評論說這是我所知道的在知識史上的最偉大 的爭論。 30年來, 我從未聽過在兩位巨人之間的爭論, 經歷的時間是這樣長,
愛因斯坦總是勇敢地、
大膽地、極其雄辯地提出一系列連珠炮似的“想像實 驗”以推翻量子理論。 玻爾則不停地喃喃細語反駁一次又一次的進攻。 物理學 家保羅•埃倫費斯特(Paul Ehrenfest)評述說我能夠在場聆聽玻爾和愛因斯坦 的對話真是太妙了,
最後, 愛因斯坦提出了一個實驗, 他認為會給量子理論致命一擊。 想像一個 含有光子氣的盒子。 假定盒子有一個快門能夠短暫地釋放單個的光子。 因為我 們能夠精確地測量快門的速度, 也能測量光子的能量, 因此能夠無限精確地確定 光子的狀態, 從而違背測不准原理。
埃倫費斯特(Ehrenfest)寫道:“對玻爾來說這是沉重的一擊。在當時他找不 到解答。整個晚上他非常不愉快,從一個人處走到另一個人處,試圖勸說他們相 信愛因斯坦的話是不對的,因為如果愛因斯坦是對的話,這就意味著物理學的終結。但是他想不到駁斥的理由。我永遠也不能忘記兩位對手離開大學俱樂部的 樣子。愛因斯坦雄赳赳氣昂昂地大步走過,面帶隱約的輕蔑的笑容,而玻爾小步 走在愛因斯坦的旁邊,極其灰心喪氣。”
當後來埃倫費斯特(Ehrenfest)遇到玻爾時,他不說話,只是嘴裡一遍又一遍 地咕噥愛因斯坦……愛因斯坦……愛因斯坦。”
第二天,經過緊張的不眠之夜,玻爾在與愛因斯坦的爭論中找到一個小缺 口。在發射光子之後,盒子要稍微輕一點,因為物質和能量是等同的。這意味著 在重力作用下盒子會略微升起一點,這是因為根據愛因斯坦自己的能量有重量 的重力理論。但是這就在光子的能量中引進了不確定性。如果計算這個重量的 不定性和快門速度的不定性,就會發現這個盒子正好符合測不准原理。結果,玻爾利用愛因斯坦自己的重力理論駁斥了愛因斯坦!玻爾以勝利者出現。愛因斯 坦以失敗者告終。
當後來愛因斯坦抱怨說上帝不和我們的世界玩擲骰子遊戲。”據傳說,玻 爾回擊道別拿上帝說事。”
最終,愛因斯坦承認玻爾成功地駁斥了他的爭論。愛因斯坦寫道:“我相信 這個理論的確包含了一定的真理。”(然而,愛因斯坦蔑視那些不能鑒別量子理 論中的微妙矛盾的物理學家。他曾經寫道:“當然,今天每一個無賴都認為他知 道答案,但是他是在糊弄他自己。”)
在與量子物理學家進行了這樣和那樣的激烈爭論之後,愛因斯坦最終讓步 了,但採用的是不同的方法。他勉強承認量子理論是正確的,但只是在一定的領 域之內,僅僅是真正的真理的近似。他想以相對論歸納而不是用摧毀牛頓理論 的同樣方式,將量子理論吸收到一個更廣泛的、更強大的理論——統一場論中。
(以愛因斯坦和薛定諤為一方,玻爾和海森堡為另一方的這場爭論並未平 息,因為這些“想像的實驗”現在已經能在實驗室中進行。儘管科學家無法讓貓 出現時既是死的又是活的,他們現在能夠用納米技術操縱單個的原子。近來,用 一個含有60個碳原子的巴基球〔Buckyhall〕進行了這些想像中的實驗,這樣由玻 爾想像的將大物體和量子物體隔開的“牆”就迅速坍塌了。實驗物理學家現在 甚至預測需要什麼才能顯示一個含有幾千個原子的病毒能同時出現在兩個 地方。)
從而違背測不准原理。埃倫費斯特(Ehrenfest)寫道:“對玻爾來說這是沉重的一擊。在當時他找不 到解答。整個晚上他非常不愉快,從一個人處走到另一個人處,試圖勸說他們相 信愛因斯坦的話是不對的,因為如果愛因斯坦是對的話,這就意味著物理學的終結。但是他想不到駁斥的理由。我永遠也不能忘記兩位對手離開大學俱樂部的 樣子。愛因斯坦雄赳赳氣昂昂地大步走過,面帶隱約的輕蔑的笑容,而玻爾小步 走在愛因斯坦的旁邊,極其灰心喪氣。”
當後來埃倫費斯特(Ehrenfest)遇到玻爾時,他不說話,只是嘴裡一遍又一遍 地咕噥愛因斯坦……愛因斯坦……愛因斯坦。”
第二天,經過緊張的不眠之夜,玻爾在與愛因斯坦的爭論中找到一個小缺 口。在發射光子之後,盒子要稍微輕一點,因為物質和能量是等同的。這意味著 在重力作用下盒子會略微升起一點,這是因為根據愛因斯坦自己的能量有重量 的重力理論。但是這就在光子的能量中引進了不確定性。如果計算這個重量的 不定性和快門速度的不定性,就會發現這個盒子正好符合測不准原理。結果,玻爾利用愛因斯坦自己的重力理論駁斥了愛因斯坦!玻爾以勝利者出現。愛因斯 坦以失敗者告終。
當後來愛因斯坦抱怨說上帝不和我們的世界玩擲骰子遊戲。”據傳說,玻 爾回擊道別拿上帝說事。”
最終,愛因斯坦承認玻爾成功地駁斥了他的爭論。愛因斯坦寫道:“我相信 這個理論的確包含了一定的真理。”(然而,愛因斯坦蔑視那些不能鑒別量子理 論中的微妙矛盾的物理學家。他曾經寫道:“當然,今天每一個無賴都認為他知 道答案,但是他是在糊弄他自己。”)
在與量子物理學家進行了這樣和那樣的激烈爭論之後,愛因斯坦最終讓步 了,但採用的是不同的方法。他勉強承認量子理論是正確的,但只是在一定的領 域之內,僅僅是真正的真理的近似。他想以相對論歸納而不是用摧毀牛頓理論 的同樣方式,將量子理論吸收到一個更廣泛的、更強大的理論——統一場論中。
(以愛因斯坦和薛定諤為一方,玻爾和海森堡為另一方的這場爭論並未平 息,因為這些“想像的實驗”現在已經能在實驗室中進行。儘管科學家無法讓貓 出現時既是死的又是活的,他們現在能夠用納米技術操縱單個的原子。近來,用 一個含有60個碳原子的巴基球〔Buckyhall〕進行了這些想像中的實驗,這樣由玻 爾想像的將大物體和量子物體隔開的“牆”就迅速坍塌了。實驗物理學家現在 甚至預測需要什麼才能顯示一個含有幾千個原子的病毒能同時出現在兩個 地方。)