传奇-36

时间来到了1964年，在这一年东京举办了奥运会，这也标志着这个国家的重新崛起，算是经济起飞。这一年对量子力学来说也是很重要的一年，这年发生了一件大事和一件小事，如今大家大事不关心，小事传千里。这两件事基本上是后文的两个主要的脉络。

首先一件大事是夸克的发现，夸克模型于1964年由物理学家默里·盖尔曼和乔治·茨威格两个人分别独立提出。当时大家碰到的一个情况是基本粒子实在太多了，所以就出现了所谓粒子动物园的情况，各种各样的粒子都出现了，五花八门的。那么问题来了，它们都属于基本粒子吗？基本粒子就是不可再分的粒子，所以盖尔曼和茨威格就觉得不是这么回事，这两个人分别独自在研究着这个问题，后来两个人就分别提出了夸克理论，夸克这个名字是盖尔曼起的，茨威格本来起名叫“Aces”，就是扑克牌里面的A，但是最后大家还是接受了盖尔曼的叫法，大伙都叫“夸克”了。现在我们认为强子都是由夸克组成的，我们知道的中子，质子其实都是由不同种类的夸克组成的。夸克最奇怪的一点就是它电荷数不是整数而是个分数，比如说三分之二这种，这就跟一般的粒子不一样了。夸克本身也有好多种，排开了也是一个大家族。大伙给它们起名字，一共六类，叫“上下顶底奇粲”，每类夸克还有不同的味道和颜色，所以后来就出现了什么量子色动力学，里面这个色就是研究这个。首先说清楚，这个味道和颜色仅仅是起了个便于识别和记忆的名字，并不是真的味道和颜色，粒子小到那种程度是不会有什么味道和颜色的概念。

这个盖尔曼是个传奇人物，别人说他有“五个大脑”，遗传运算法则创始人约翰·赫兰称他是个“真正的天才”，1977年诺贝尔物理学奖获得者安德森曾评价他是“现存的在广泛的领域里拥有最深刻学问的人”，1979年诺贝尔物理奖获得者温伯格说他“从考古到仙人掌再到非洲约鲁巴人的传说再到发酵学他懂得都比你多”。他从小就聪明，他同学说他是“会走路的大百科全书”。盖尔曼14岁就申请耶鲁大学入学资格，后来从耶鲁大学毕业后，不到22岁的盖尔曼就在麻省理工学院拿到了博士学位，随后被“原子弹之父”奥本海默带到了普林斯顿高级物理研究所。他在普林斯顿这段时间里又跑到费米领导的芝加哥大学物理系当教师去了，而且还被提升为副教授。到了1955年，盖尔曼在博士后研究结束后由于“奇异数”的发现曾有机会去芝加哥大学任教，可惜费米在前一年去世了，盖尔曼就不想留在芝加哥了。他曾经也想去丹麦的哥本哈根，也就是玻尔的研究所，可惜跟哥本哈根一联系发现他们没有博士后制度而只能做教师或学生，所以最后盖尔曼选来选去，去了加州理工学院，因为那里有费曼。就这样，盖尔曼不到26岁就成为了加州理工学院最年轻的终身教授。他后来经常跟费曼抬杠，可以说他们俩抬了一辈子，相互还有点不服气。1969年他获得诺贝尔物理学奖之后转而研究复杂性问题。他创立了圣菲研究所，在复杂性问题上他也有不少的成就，他还写了一本书来描述复杂性问题，叫做《从夸克到美洲豹》。现在来说复杂性问题是一类问题的统称，比如说混沌理论、分形几何，这些都是很有意思的学科，而且混沌理论的某些特征跟量子理论有相通的地方。说实话这个宇宙真是奇妙，最宏大复杂的东西跟最微小简单的事物有某种类似的特性。夸克是在强子的内部存在，因此要研究这东西必须拿对撞机撞才行。对撞机就好比大锤砸核桃，不把强子砸开就没办法研究它的内部结构。因此现在加速器就变得很重要，欧洲也要建造大型的加速器，那时候刚刚起步。而且随着加速器越造越大，人类对于微观世界的认识也开始越来越清晰。沿着这条路走下去，最终就可以统合三种基本的力。我们知道电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用，最终都是可以统一的。唯独只剩下一个另类的家伙，就是引力。这东西不太合群，到现在也没完全搞定。这就是这个大事，引申到后面的脉络，乃至于胶子、标准模型都是从这个路数上往下走的。

默里·盖尔曼

1964年这一年，还发生了一件不算大的小事。这一年，一位35岁的年轻工程师来到了美国的斯坦福大学学习一年。这个年轻人1928年出生于北爱尔兰的贝尔法斯特的一个工人家庭，这孩子从小是一个满脸雀斑，一头红发的孩子，不过对于物理学很着迷。不过他的主要工作，并不是直接研究物理，而是搞加速器工程技术方面的事，他虽然也参与但不是直接研究。那年头他供职于欧洲核子研究组织CERN，而且刚好有机会到美国访问一年，也算是他换换脑子。他在美国出差，可算有空余时间来摆弄他喜欢的量子物理学，但是这理论上只是他的业余爱好不是他的本职工作，他的名字叫约翰贝尔。他出生的1928年，刚好是量子力学喷薄而出的年代，而且也是爱因斯坦和玻尔两位大师隔空交火最热闹的时代，所以贝尔可以说是量子力学的同龄人。他最着迷的还是有关爱因斯坦和玻尔的那场大争论以及爱因斯坦和波多尔斯基以及罗森的那篇论文EPR问题。说实话，贝尔打心眼里佩服的就是爱因斯坦，他也喜欢爱因斯坦的思想，而且贝尔不喜欢玻尔他们这一派的哥本哈根诠释。自打三十年代EPR发表以后，后面就一直没闲着，40年代忙着打仗造原子弹。到了50年代，终于有点起色了。首先是玻姆提出了隐变量理论，其实他这个理论是在德布罗意的思想基础之上提出来的，所以开始的起点是在得布罗意那。我们现在看到的有关EPR问题的描述，通常都不是爱因斯坦他们几个当年写的原版，因为那个版本比较复杂，涉及到的量子数特别多，讲述比较麻烦，现在普遍使用的都是玻姆搞的简化版本，也就是用量子的自旋来表述。隐变量的意思就是说，量子这种古怪的行为是背后有个东西在操纵，但是这个东西我们还不知道它是啥。这个想法其实已经由来已久了，大家也都知道这么个说法。早在1932年，冯·诺依曼在他的著作《量子力学的数学基础》中，他为量子力学提供了严密的数学基础，顺便捎带着做了一个隐变量理论的不可能性证明。所以冯·诺依曼从理论上已经卡死了这条路，他从数学上证明了，在现有量子力学适用的领域里，是找不到隐变量的。

约翰·贝尔

这个冯诺依曼，那还了得，这个名字大家都不陌生啊。我们现在使用的电脑，就被称为“冯诺依曼型计算机”。被后人称之为“计算机之父”和“博弈论之父”。他从小就是个天才中的天才，传说他8岁搞懂微积分，不过这比较的离谱，看样子不像是真的。不过他长大以后，他同时上了三所大学，这是前所未有的事。我们今天可能听说大学都在抢优秀生源，特别好的学生可能接到好几个学校的邀请，可是没那个学生是同时上三所大学的。冯·诺依曼在布达佩斯大学注册为数学方面的学生，但是跟校方说好了他并不听课，但是每年按时参加考试，而且每次考试都得A。与此同时，冯·诺依曼进入柏林大学，这是1921年的事，1923年又进入瑞士苏黎世联邦工业大学学习化学，说白了他跟爱因斯坦还是校友。1926年他在苏黎世联邦工业大学获得化学方面的大学毕业学位，而且每学期期末回到布达佩斯大学通过课程考试，而且他也获得了布达佩斯大学数学博士学位，这可是一位及其聪明的聪明人。冯·诺伊曼认为，量子理论是普遍有效的，不仅适用于微观粒子世界，也适用于现实的测量仪器。1932年约翰·冯·诺伊曼将量子力学的最重要的基础严谨地全部公式化。按照诺伊曼的一个物理系统有三个主要部分：量子态、可观察量和动力学，此外物理对称性(比镜像对称的含义更广)也是一个非常重要的特性。冯·诺伊曼的量子力学教科书《量子力学的数学基础》首次以数理分析清晰地提出了波函数的两类演化过程，一类是瞬时的、非连续的波函数坍缩过程，还有一种是波函数的连续演化过程，遵循薛定谔方程。

冯诺依曼

冯诺依曼就像一座大山一样挡住了贝尔的去路啊，眼前基本无路可走。人家数学大师的水平，那不是你这个业余选手能撼动的。不过贝尔到是没有被大师吓倒，人家认真仔细的分析了诺依曼的证明过程，发现诺依曼犯了个小错误，这个小错误很不容易找，它是处于数学和物理之间接缝的地方。也难怪啊，诺依曼搞物理某种程度上只是玩儿票啊，人家本职工作还是个数学家。1957年，诺依曼去世了，享年才53岁。费米、泡利、诺依曼。都是五十来岁就去世了，那是非常可惜的事，而且都集中在那几年，爱因斯坦也是1955年去世的。对于量子力学的各种解释，其实在那时候就已经开始出现各种萌芽了，那时候就已经不是哥本哈根学派的一统天下。比如有个叫艾弗雷特提出了一种理论叫多世界诠释，就拿薛定谔的猫来做例子吧。按照哥本哈根诠释认为，你不观察，那么猫就处于死了和没死的叠加态。你一观察，就决定了或者猫是死的或者猫是活得。这个多世界理论不是这么认为的，他们认为你一观察。世界就分裂了，分解成了两个平行的世界。一个世界猫死了，一个世界猫活着。至于你看到哪个世界，看运气。爱因斯坦生前听说过这个想法，他觉得你有那么大的面子，你怎么看一眼，宇宙就分裂的了，你多大威力啊，这事不靠谱啊，所以爱因斯坦不信这个。等到了1957年，艾弗雷特正式提出了多世界诠释，然后还跑到哥本哈根找玻尔。人家玻尔不置可否，后来1962年波尔去世了。现在老一辈的都去世啦，大家可算松口气了，特别是波尔去世，各种诠释就都冒出来了。比如说玻姆的隐变量也算一种诠释啊。还有好几种诠释，比如退相干诠释。还有一致性历史诠释，一致性历史诠释号称是哥本哈根诠释的补丁版。当然还有不少物理学学家认为量子力学没法诠释，他们就提出了一个口号是：闭嘴，计算，你会算就行了管那么多干嘛，因此这一派也叫“闭嘴计算诠释”。在这个大背景下，老一代人都去世了。那就好办了，老一辈一去世小字辈胆子也就变大了。贝尔就开始搞他计算了，他内心很想帮助爱因斯坦这一边啊。经典物理里面其实也有概率问题，就好比扔骰子扔硬币，一般这种事一般都是用概率来计算。但是物理学家们普遍认为为啥要用概率来解释呢？不是因为实在没办法算，而是因为测量不精确造成的，没办法测量扔骰子的时候，空气的流动状况，没办法精确的解复杂的偏微分方程，比如气动的高阶偏微分方程都解不出来，所以这两个拦路虎不得不用概率的方式去计算。如果计算手段和观测手段弄的更精细，完全能把扔骰子的情况给计算的清清楚楚，所以当时经典物理学家都是这么想的，因此很多人认为，量子的概率表述实在是没办法的办法，其实也是因为我们搞不清楚原因造成的。

贝尔就是这么想的，要搞清楚背后的原因不能光看表面，那么就必定要揪出那个隐变量。可是这东西找起来太难了啊。贝尔就要计算的就是一个判断隐变量是不是存在的式子，能用一个式子把这东西揪出来就好了，而且这个式子是要能用实验来检验的，说白了各种各样的比如说隐变量和哥本哈根诠释吵来吵去，还不是因为没办法做实验而造成的嘛！最后贝尔终于得到了一个不等式。不等式里面的几个物理量，都是可以测量的，因此可以做实验来验证这个不等式。不过在当时要想做这个实验还是有难度啊，因为需要作出相互纠缠的粒子，这东西在当时来讲很难做到。惠勒很早就提出正负电子相互泯灭会放出一对光子，这一对光子应该是相互纠缠的，惠勒很早就提出来了。后来1948年哥伦比亚大学吴健雄的实验室就成功的做了这个实验。当时是吴健雄和萨科诺夫一起做的，这是人类第一次搞出一对相互纠缠的粒子，但是那时候搞出来的纠缠粒子，都不太稳定，很难在实验里面摆弄，它不听话而且很容易出麻烦。因此贝尔的不等式提出以后，也没人特别感兴趣，因为那时候大家普遍对量子力学还是很有信心，认为这东西验证不验证也就那么回事了，大家都认为它是对的。所以贝尔不等式在当年算不得是一件大事。不过贝尔也认为那也无妨啊，反正只要有人最终解决了，比如说实验的技术难题，那么就可以验证一把到底是爱因斯坦对呢，还是波尔对呢。要是符合贝尔不等式，那么就说明，那是存在隐变量。我们一时半会儿抓不住这家伙，但是知道它存在。要是不符合贝尔不等式，那么就说明，这个概率描述就是量子的內凛特性。就是说，量子的某些行为天生只能用概率来描述。

约翰·惠勒

贝尔很崇敬爱因斯坦啊，他总想着能用自己的实际行动告慰一下爱因斯坦的在天之灵啊，这都爱因斯坦快去世十周年了。但是贝尔万万没想到，自己给爱因斯坦帮了一个倒忙。欲知后事如何，请看下回分解。