那片月亮，我们不看她就不在那里吗？（上）

（对外在世界的认知 之十四）

 

有史料记载，拿破仑在远征埃及的时候，带了不少专业英才随军前行。据说在艰苦的行军途中，拿破仑曾发过这样一条指令：让学者和骡子走在中间。后来有的历史学家就把这当作拿破仑体桖爱护有用的牲口和知识分子的证据。当时法国著名数学家拉普拉斯，好像也是有幸走在骡子的后边众多学者中的一员。这个拉普拉斯即很理性又很敢想敢说，他曾声称，如果我们知道了宇宙中所有粒子的速度和位置，那么我们就能计算出它们的行为状态，无论是在现在还是未来。这番言论引起了拿破仑极大的兴趣，他问拉普拉斯，如果是这样的情形，上帝的位置何在呢。拉普拉斯回答说，尊贵的阁下，这种假设是没有必要的。拉普拉斯是一个科学确定论者，虽然他说这话的原意倒不一定就是否认上帝的存在，但他却是表明了上帝不会干涉不会扰乱科学的法则，否则这里就没有能被称之为科学法则的东西了。不过，在二十世纪初期横空出世的量子力学理论，却让我们觉得，那些跟着骡子后边走的学者，他们突发奇想得来的观点并不全都靠谱。

 

德国物理学家普朗克在1900年的时候根据热辐射实验，提出了衡量光能的量子小砖块概念，并给出了含有普朗克常数的计算热辐射能量的公式。后来的学术界以此认定了量子理论的创立。其实普朗克本人是一个以经典物理头脑想事情的人，他通过量子模块推出热辐射能量计算等式后，虽然得到的数字和试验结果相符，但他仍然很惶恐，不认为这种极其微小的不连续能量块能在现实中存在，直到爱因斯坦发表了那篇论证光电效应的文章后，人们对量子概念才逐渐明确。所以，说起来爱因斯坦也是量子理论的奠基者之一。但是，对粒子在量子力学框架下解释得最贴近观察到的实际征状，最被学术界认可的，则是哥本哈根研究室的波尔和他的弟子海森伯格推出的理论了。

 

按照波尔解释粒子能量变化时的说法，量子跳跃，是从一个高能量轨道跳到一个低能量轨道的变化，而不是连续地在空间的划过，在跳跃期间，电子不知道到哪里去了。这样看来，粒子的世界就有很多不确定性，好像是有不符合我们逻辑连贯的过程空间；不过这种不确定性，只是在小于原子的环境下才起作用。就像海森伯格说的，一个氢原子中的电子可以毫无征兆地跳走，但山坡上吃草的羊却不会毫无征兆地消失换地。这就让我们想起了以前黎曼纠结过的问题，对于对象是趋于无限小的思维和对象是无限大的思维，可能真的完全不一样。一开始，海森伯格也没想清楚量子的不确定性是怎么来的，他把这种现象归因于误差。海森伯格说，要想找到粒子的位置，你必须把光照到粒子上；根据普朗克的量子能量块的理论，你不可能用小于一个量子单位（quanta）的光去干这件事，而一个量子的光已经是有多余的了，已经会对粒子有干扰了，这就造成了粒子的速度起了无法预估的变化。为了准确测量粒子的位置，你不得不用像紫外线，X线或伽马射线这样波长短的光波，而这些波的能量都高，这对测试现场参与者的速度，位置，时间和能量 都有干扰，这是一个无法摆平的局面，你越想准确地知道粒子的位置，你就越无法知道它原本的速度。

 

这就是哥本哈根量子学派的主要观点，你无法把一个粒子的位置、能量和它的速度同时准确地测定出来，即著名的测不准原理。后来，人们发现，即便是排除了测量手段上的误差，粒子本身就好像是不让你测准，这好像是它的本身属性。这种不可推测性还不仅仅是在说粒子的位置，更让人捉摸不定的是粒子的状态。当你说不准粒子的位置时，你可以给出一个可能的分布概率；但粒子的状态却是根据测量的意识行为变化的。对于一个光子，你不能说它到底是光还是波。这个好理解，我们已经知道爱因斯坦论证过光有二象性了。可让人难以理解的是，当你要测量的时候，光子只呈现出它是粒子的属性。当你不观测的时候，它就表现出波的属性了，它就会产生波的干涉现象了。波尔管这种对应观测行为而致使干涉结果变化的现象叫量子的补偿原理。

 

一个测不准，一个来回变。这两个随机性很强的说法，使得坚信科学确定性原则的爱因斯坦感到难以接受。他认为这世间的物质都应该含有其固定的属性，如果我们说不清，这就说明我们依据的理论尚不完整，还有隐藏着的内在区域变量有待发现；。1927年在布鲁塞尔，29名当时顶尖的物理学家相聚一堂举行了第五次索尔维会议，主题是电子和光子。这里面除了爱因斯坦和波尔，还有另外十五名得过或即将得到诺贝尔奖的人。自那次会议始，爱因斯坦和波尔就这两项基本的量子力学概念，展开了激烈的争辩。波尔认为，波函数的等式说的是电子可能的形态而不是实际的存在，直到有人看到它们；观察的动作导致了波的存在与否。换句话说，在一般的物理场景里没有独立的现实。爱因斯坦当然不这么认为，他觉得电子就是电子，你去看它还是不看它，它都在那旋转着。爱因斯坦认为，作为科学家，对宇宙的运行演变规律绝对不应该心存任何侥幸和含混。所以，很早以前的时候，爱因斯坦在写给另一位量子力学大师的信中就谈到过，上帝不会在宇宙中掷骰子。波尔听闻此言后，半开玩笑地回敬了一句，别告诉上帝应该做什么。

 

为了提供对测不准不确定原理的反例，爱因斯坦不断地抛出论点设计试验，波耳那边也不含糊，一丝不苟地见招拆招，一一回复。这真是一场高手之间的博弈，特别有意思的是，波尔非常擅长以己之矛克己之盾的策略，在反驳爱因斯坦的观点时，他不时地用到光速是常量和重力红移这样的相对论概念。写出爱因斯坦传记《细节是主人》的派斯(Abraham Pais)说，爱因斯坦在1915年完成了广义相对论，这时如果他突然身亡，我们的物理学也不会遭受什么损失，因为在他生命的最后三十年，爱因斯坦一直执迷于对哥本哈根学派的反驳论战中，他后来想把量子力学排除在外，另搞出一套大一统理论涵盖宇宙所有的演变运行规律，当然，最终他没能成功。

 

派斯回忆说，有一次晚间散步的时候，爱因斯坦突然停住脚步，指着天空那轮明月转身问派斯，你真的相信，你不看它时，它就不在那里吗？

 

 

下图 爱因斯坦和波尔