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薛定谔的那只猫 ”薛定谔的猫“那只猫究竟有没有问题?

猫的问题

欧文?薛定谔(Erwin Schrftdinger)首先引进了波动方程,他想这是不是走得 太远了。他向玻尔承认他感到抱歉,因为玻尔将概率概念引进物理,而他却提出 了波的概念。

为了推翻概率的想法,他提出一个实验。想象一只猫被关在一个盒子里。 盒子里面有一瓶毒气,瓶子上面有个锤子,锤子又连接到一个盖氏计数器,计数 器放在一块铀的附近o没有人怀疑铀原子的放射性衰变是一个事先无法预计的 纯粹的量子事件。比如说铀原子在下一www.ALONELY.com.cn秒衰变的几率是50%。但是如果一个 铀原子发生衰变的话,它将触发盖氏计数器,盖氏计数器又触动锤子将玻璃瓶打 碎,毒气将杀害这只猫。打开盒子之前不可能知道这只猫是死是活,也就是说我 们将猫放到一个同时是50%是死的’50%是活的地狱中。

现在打开盒子。一旦我们做了观察,波函数就消失了,我们看见猫,比如说 是活的。对薛定谔来说这是可笑的。一只猫怎么会同时是死的又是活的呢,只 是因为我们还没有看它吗?爱因斯坦也不喜欢这种解释。每当客人来到他的住 宅,他会说:看那个月亮。是因为一只老鼠看它,它才突然跳出来的吗?爱因斯 坦相信答案是“不”。但是在某种意义上,答案也许是“是”。

在1930年的索尔韦会议上,在爱因斯坦和玻尔之间发生了历史性的冲突, 争论终于达到顶点。惠勒后来评论说这是我所知道的在知识史上的最伟大 的争论。30年来,我从未听过在两位巨人之间的争论,经历的时间是这样长,争 论的问题是这样深奥,争论结果的意义是这样深远,影响我们理解这个奇怪 世界。”

爱因斯坦总是勇敢地、

大胆地、极其雄辩地提出一系列连珠炮似的“想象实 验”以推翻量子理论。玻尔则不停地喃喃细语反驳一次又一次的进攻。物理学 家保罗?埃伦费斯特(Paul Ehrenfest)评述说我能够在场聆听玻尔和爱因斯坦 的对话真是太妙了,像一位棋手那样,永远都有新的棋局。爱因斯坦抱定决心要 打败不确定性。玻尔则总是在哲学的烟雾之外寻找工具摧毁一次又一次的进 攻。爱因斯坦像一个玩偶匣每天早上都冒出新鲜的想法。哦,真是太令人愉快 了。但是我几乎是毫不客气地支持玻尔反对爱因斯坦了。他对待玻尔的态度太 傲慢了,完全像一个绝对冠军一样。”

最后,爱因斯坦提出了一个实验,他认为会给量子理论致命一击。想象一个 含有光子气的盒子。假定盒子有一个快门能够短暂地释放单个的光子。因为我 们能够精确地测量快门的速度,也能测量光子的能量,因此能够无限精确地确定 光子的状态,从而违背测不准原理。

埃伦费斯特(Ehrenfest)写道:“对玻尔来说这是沉重的一击。在当时他找不 到解答。整个晚上他非常不愉快,从一个人处走到另一个人处,试图劝说他们相 信爱因斯坦的话是不对的,因为如果爱因斯坦是对的话,这就意味着物理学的终结。但是他想不到驳斥的理由。我永远也不能忘记两位对手离开大学俱乐部的 样子。爱因斯坦雄赳赳气昂昂地大步走过,面带隐约的轻蔑的笑容,而玻尔小步 走在爱因斯坦的旁边,极其灰心丧气。”

当后来埃伦费斯特(Ehrenfest)遇到玻尔时,他不说话,只是嘴里一遍又一遍 地咕哝爱因斯坦……爱因斯坦……爱因斯坦。”

第二天,经过紧张的不眠之夜,玻尔在与爱因斯坦的争论中找到一个小缺 口。在发射光子之后,盒子要稍微轻一点,因为物质和能量是等同的。这意味着 在重力作用下盒子会略微升起一点,这是因为根据爱因斯坦自己的能量有重量 的重力理论。但是这就在光子的能量中引进了不确定性。如果计算这个重量的 不定性和快门速度的不定性,就会发现这个盒子正好符合测不准原理。结果,玻尔利用爱因斯坦自己的重力理论驳斥了爱因斯坦!玻尔以胜利者出现。爱因斯 坦以失败者告终。

当后来爱因斯坦抱怨说上帝不和我们的世界玩掷骰子游戏。”据传说,玻 尔回击道别拿上帝说事。”

最终,爱因斯坦承认玻尔成功地驳斥了他的争论。爱因斯坦写道:“我相信 这个理论的确包含了一定的真理。”(然而,爱因斯坦蔑视那些不能鉴别量子理 论中的微妙矛盾的物理学家。他曾经写道:“当然,今天每一个无赖都认为他知 道答案,但是他是在糊弄他自己。”)

在与量子物理学家进行了这样和那样的激烈争论之后,爱因斯坦最终让步 了,但采用的是不同的方法。他勉强承认量子理论是正确的,但只是在一定的领 域之内,仅仅是真正的真理的近似。他想以相对论归纳而不是用摧毁牛顿理论 的同样方式,将量子理论吸收到一个更广泛的、更强大的理论——统一场论中。

(以爱因斯坦和薛定谔为一方,玻尔和海森堡为另一方的这场争论并未平 息,因为这些“想象的实验”现在已经能在实验室中进行。尽管科学家无法让猫 出现时既是死的又是活的,他们现在能够用纳米技术操纵单个的原子。近来,用 一个含有60个碳原子的巴基球〔Buckyhall〕进行了这些想象中的实验,这样由玻 尔想象的将大物体和量子物体隔开的“墙”就迅速坍塌了。实验物理学家现在 甚至预测需要什么才能显示一个含有几千个原子的病毒能同时出现在两个 地方。)

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