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如果有人不相信数学是简单的，那是因为他没有意识到人生有多复杂。 ——约翰·冯·诺伊曼（1903—1957） “科学要基于实验，”海森堡写道，“但科学源于交谈。” 这恰与物理学教科书给学生留下的印象大相径庭。在那些书里，物理学看起来就像一尊居于密封盒子里的完美雕塑，各种见解似乎从物理学家那仅与身体有着纤细联系的大脑里一落生就完全成形了。那些像雅典娜一样的理论以及像宙斯一般的理论家，看起来都熠熠生辉、光彩照人——如果光线合适，有时你能透过它们窥见物理世界的神秘和美丽；只是其中几乎找不到一丝人性的气息，也感觉不到尚有等待解决的未解之谜。 他延伸和深化了爱因斯坦在同一主题上的一篇论文，该论文由爱因斯坦和他两位不甚出名的同事鲍里斯·波多尔斯基和纳森·罗森于1935年共同完成（人们通常以三人姓氏的首字母简称之为EPR详谬）。这篇论文在此之前一直饱受冷嘲热讽，直到约翰·贝尔为其正名四十年后，才以绝对优势成为爱因斯坦所有光彩夺目、影响深远的作品中被引用最频繁的一篇。同时，它也是20世纪下半叶最具影响力的物理学杂志——《物理评论》中被引用最频繁的论文。 注1 一篇被引用超过100次的论文可以被称作著名论文。爱因斯坦在1905年关于狭义相对论和在1917年关于量子理论的经典论文，每一篇都被引用超过700次；而他在1905年关于原子大小的博士论文则被引用超过1500次。相比之下，1935年发表的爱因斯坦-波多尔斯基-罗森论文，以及贝尔受其启发，在1964年发表的关于量子纠缠的论文，都曾被引用超过了2500次。 玻尔曾说过：“真理与明晰性是互补的。”意思是说，你越试图接近真理，你的表达就越不明晰，反之亦然。玻尔自然相信这一点，贝尔却不以为然，正如他对玻尔在战后最出名的弟子之一约翰·惠勒所说的：“我宁可说得明晰却说错，也不要说得模糊而说对。” 1964年，他在一篇非凡的论文中提出了“贝尔定理”，指出量子力学世界（这是我们所见世界的基础）的构成实体，用物理学的专业术语来说，它既不是“定域因果性”的，也不是“完全可分离”的，更不是“被观察才有实在性”的。 他一成为教授，有了自己的助手帮忙完成实验操作后，就想尽一切办法避免触碰易碎的仪器设备。即使仪器就要倒下，也宁可“让仪器倒下，总比试图抓住它造成的损坏更小”。施特恩拿着雪茄，边打手势边这样解释。 沿特定轨道绕中心原子运行的带电的电子，应该会在其电磁场中持续产生光波，而每列波都会向外辐射能量，直到宇宙中的每一个原子都像被戳破的轮胎一样漏光了气。当然，这种情况并没有发生。 事实上，爱因斯坦曾收到过一封信，信上说：“如果你和奥本海默竞选美国1952年的总统和副总统，我会投你一票。”然而，当几个8岁大的女孩儿为了让爱因斯坦帮她们做作业而试图用奶糖贿赂他的时候，奥本海默则因为在第一次原子弹试验时引用了《薄伽梵歌》（Bhagavad Gita）而名扬天下：“我化身为死神，成为生命的毁灭者。”刚从洛斯阿拉莫斯回来的时候，奥本海默那高大的身躯只剩下了约45公斤，他像幽灵一样在普林斯顿高等研究院里飘荡，用那双令人触目难忘的蓝眼睛盯着这里的人们。 这里不但有白色的屋顶，也有白发苍苍的老一辈天才。普里斯顿的年轻教授和研究生们研究、仿效甚至努力要接替他们的工作。 在玻姆身后，是拔地而起的哥特式普林斯顿市——看上去像是游牧在齐根草地上的模糊教堂群。 但是，他的忠诚在6月10日的另一轮问讯中受到了挑战。玻姆被告知要为“捍卫我们的国家”服务。对此，他用他特有的类推方式回答说：“我相信，在有些情况下，很多人感到的安全感就是如此——”他知道自己如履薄冰，于是重新组织语言，尽可能让它达到最好的表达效果，“人们过于关注安全感，甚至都不能做手头的工作。”他环视了一下周围怀疑的目光，继续道：“换句话说，我指的是，由此类推，对于一个连过马路都非常害怕的人来说，他绝对不可能做任何事。对此，你该采取某种折中的态度。” “他常常拿此事开玩笑，”他的学生根·福特回忆，“现实扼杀了幽默。在一个面对全系的关于不可解决悖论（比如，如果理发师为镇上所有不给自己理发的人理发，那么谁为理发师理发呢？）的讲座中，戴维说：‘国会应该指定一个委员会，调查所有不自纠的委员会。'” 从哈佛大学毕业后，他四处追寻量子理论的中心。他去了卢瑟福的剑桥——在那里，他由于在实验和社交方面的失败而差点自杀；他去了玻恩的哥廷根——在那里，他的张扬、聪慧以及学生们后来所说的“蓝色的怒目”让敏锐的玻恩都相形见绌。还有两个地方让他感觉像回到了家一样：埃伦费斯特的莱顿——在那里，他与狄拉克结为好友，被称为“奥波芝诶”（后来美语化为“奥比”）；最好的地方是泡利的苏黎世——在那里，他什么都不用做，泡利能轻松地处理一切。 1929年股市大崩盘前的一个月，奥本海默来到伯克利的加州大学，成为一名25岁的教授。 奥本海默的学生们观察他、学习他，就连走路和说话的样子也尽可能地和他一样，甚至连他思考时发出的“尼呣尼呣尼呣”的声音也跟着模仿。他带学生们去餐馆，去听音乐会，用希腊语给他们讲柏拉图，他教他们吃他家的爆辣红辣椒，品尝上等的葡萄酒，教他们如何为别人点烟。拉比声称，自己能在人群拥挤的场所里认出奥本海默的学生。 1934年，奥本海默在一封写给弟弟的信中（信中带去了“所有加利福尼亚人和许多物理学家的”问候）写道：“我认为……物理学以及它带来的明显的生活进步，已经深入你的灵魂。”这也是奥本海默给予他学生的。不知有意还是无意，他沿着卢瑟福在剑桥的卡文迪许实验室和玻尔的哥本哈根研究所的思路，在伯克利加州大学建立了理论研究部——一种前沿物理机构与个人崇拜的结合物。当有人对泡利说，20世纪30年代没有出色的美国物理学家时，他回答道：“哦？难道，你没听说过奥比和他那些尼呣尼呣尼呣的学生吗？” 玻姆宣称，在一般经验里，“一个人很难得到因果之间的准确关系，而通常代之以思考在给定方向上产生趋势的原因”。他又说了一些打消学生们疑虑（或震惊他们）的话：“与一般观念相反，以哲学为基础的量子论相对于经典理论而言不够精确，就像我们看到的，它假定我们的世界不是按照明确规定好的精确的设计来运转的。” 正如波姆后来解释的，压在他心头的那个最沉重的问题“是波函数只能描述实验或观察的结果，而这些结果必须作为在任何条件下都无法进一步分析和说明的一系列现象来处理。所以，这个理论不可能超越现象”。 南美洲的冬天来了。这时也来了一封信，但不是来自哥本哈根，而是来自玻尔的朋友，目前在英国曼彻斯特的罗森菲尔德。就像在仅仅两年后（1954年）泡利描述的那样，罗森菲尔德已经变成“玻尔乘托洛茨基的积的平方根”。派斯则称他“自封为互补性信仰的拥护者，比国王还像保皇党。”不像玻姆，罗森菲尔德明显感到量子论和他那坚定的辩证唯物主义观点之间不存在抵触。 “他已经得到结果了，米丽亚姆，”格罗斯说，“除非他已经得到结果了！”他的拳头敲击着桌子以示强调，“他正让大家做从不想做的事：为了一个不会影响他们日常生活的哲学原因，从一种世界观转变为另一种世界观。但如果他得出结果，那就不再是一个好恶问题，或者，不再是数学是不是一个麻烦的问题了。每个人都要转变。另外，无论对还是错，他应该将其搁置，继续前进。” 贝尔的工作是预测粒子如何穿过各种加速实验装置，并达到对粒子加速的目的。他特别爱好粒子动力学，这在其中起到了至关重要的作用。或许，这也加深了他对量子物理学的认识，比如玻姆的观点，即使没有观察者观测，粒子依然具有确定的轨迹。 尧赫很有学者风度地扬起头，镜片的反光遮挡了他犀利的目光。他用那兼有瑞士和德国味的口音平静地说：“从某一点上来说，总是有不止一种理论与全部的已知事实相符，但外界的证实并不是检验某个理论正确性的唯一标准，正如爱因斯坦在他的《自传笔记》中说的那样，还存在第二个标准：追求内在完美，包括逻辑的简单性。如果忽视第二个标准，将会走向谬论。” 尧赫说：“相信你听过玻尔的那句论断：‘真理的对面也是真理。'” 贝尔说：“听说过，还有‘真理与清晰互补’呢。无疑，他很喜欢这样的警句。或许，他隐隐约约对使用常见词的不常见意思有一种满足感。这样一来，他可以凸显量子世界的奇异本性，以及日常观点和经典概念的不充分性，然后狠狠地指出，我们被无知的十九世纪唯物主义落下有多远。” “是的，而且毫无疑问的是，他深信自己已经把问题解决了。这样一来，他不仅对原子物理学有贡献，而且对认识论、对哲学、对整个人类都有贡献，”贝尔笑着说，“在他的著作中，有一些令人惊奇的章节，你见到了吗？其中，他俨然是古代救世主一般的哲学家，他几乎就是在说，他解决了曾经击败大家的难题。对我来说，这很奇怪。玻尔的性格绝对难以捉摸。在我心里有两个玻尔：一个非常务实，坚持认为仪器是经典的；另一个非常傲慢自大，是一个极力宣扬自己做过什么的教皇式的人物。” 他提出的方程后来非常有名，被称为贝尔不等式。一对远程粒子可以显现一定量的相关性。定域性与可分离性的条件共同限制了这个量要低于某个标准。如果相关性超出了这个限制，就会违反定域性和可分离性中的任意一个。令人不安的是，纠缠的粒子频繁地违反贝尔不等式：它们确实比常识所认为的更加明确地相互关联。实体的结构要求由非定域性和不可分离性二者之一构成。 克劳泽也对发现定域隐变量满怀期待，他恐怕很难收到比这更激动人心的信了。克劳泽回忆道：“现在，麦卡锡时代已经成为遥远的过去，改为越南战争驱使着我们这代人的政治思维。我是一名生长在革命思想时代的年轻学生，我自然想‘震惊整个世界’。” 砸烂量子体系肯定就能做到这一点。 30多年后，克劳泽在加利福尼亚州北部沙漠自己的家中说：“如何区分一个理论物理学家和一个实验物理学家？”他家里挂满了航海比赛获得的奖品和奖章。他用手指划过一本本教科书厚厚的书脊，开始回答自己的问题：“理论学家要有很多教科书（实验学家也需要工程学的教科书）, ”他用手指轻拍着这些书，“有许许多多的《物理评论快报》。”实际上，占据整堵墙的一个书架都被这种浅绿色的杂志挤满了。“还要有伟大科学家的传记以及他们的著作。”克劳泽做了个手势，穿过书房的木门，说：“而实验学家有的则是——”他在厨房门口旁边的走廊里转过身，在这儿又有一个顶到天花板的书架，上面塞满了一排排有些磨损但很薄的平装书，书脊上标有华丽的彩色荧光字迹，“——目录。”他咧嘴笑了，说：“我需要做的东西如果没有现成的零件，我就在这里找。任何东西都能做出来。” 他通常不需要邮购。在他杂乱的车库兼工作室外面有一个斜坡，上面堆满了纸箱子。小山般堆积的箱子里装着电子设备零散件、各种规格的导线、线路板的废弃件、电子管、连接器、磁铁、齿轮、角规和废弃的机器壳子。他解释道：“作为一名实验物理学家，你要能制作任何东西，所以你需要一个制造厂和一台车床。但首要的是，作为一名实验物理学家，你需要一个废旧物堆积站。” 理由就是：“在任何一个物理系，最珍贵、最有价值的就是地面空间。”他继续解释道：“人们都有自己想做的实验，每个人都需要做实验的空间。所以，一旦一个实验结束后，很多东西就被随便扔掉了。因为人们没有给机器的各个部件贴上标签，清理人员常常不知道这些要被扔掉的东西有多大价值，但如果你知道的话——！ “当然了，仅有一个废旧物堆积站还不够：你需要知道每件东西都放在哪儿了，每个堆积站的主人都知道每件东西的位置。他知道，在那边有两台1932年的福特发动机，还有一台1957年的庞蒂亚克车……” “事实是，输入许多光子，并没有大量的输出。不输入任何光子，也会有一定数量的电子输出。后者就是暗电流。”实验物理像生命一样杂乱无章。 弗里德曼回忆，克劳泽告诉他的第一件事是参加由《科学美国人》杂志举办的纸飞机大赛。根据大赛对用纸量和所允许使用的胶水方面的严格规则，“克劳泽的设计，除了看上去更像一个棒球之外，是真正的飞行最远的滑翔机。他用胶水把纸粘成一块，然后用车床将之加工成球体——他甚至在这个棒球上画了一些针脚。他准备找个棒球手投掷这东西。”弗里德曼敲着脑袋大笑着说，“经过长时间讨论棒球是否称得上在‘飞’后，主办方想取消他的参赛资格。 那篇努力使量子力学恢复客观实在性的爱因斯坦-波多尔斯基-罗森论文，曾试图用同样的方式回答“是什么？”这个问题。EPR论文中写过：“在不以任何方式干扰系统的情况下，如果我们能够准确预测一个物理量的值，那么就存在一个与该物理量相关联的实在元。” “无论你是否对它进行‘测量’，或者说，无论你是一个优秀的还是糟糕的漆面测量员，漆面都在椅子上。我或许知道也或许不知道我测量过的东西……事实上，如果你居然说知道，那就太自大了，比如‘我刚刚测量了电子的自旋’，那你的意思是说，你在施特恩-革拉赫装置中得到了一个确定的结果。你不知道自己真正测量的是什么。 此时，克劳泽正在努力找工作。“我至少已经向十几个地方提出了申请，结果一概被拒绝了。”高校不愿意聘请一名鼓励下一代人质疑量子理论基础的教授。最终，在位于美国奥克兰东部群山中的劳伦斯利弗莫尔国家实验室，克劳泽找到一个空缺，研究等离子体——这是戴维·玻姆的首要爱好。 在面试的时候，克劳泽声称：“我根本不懂等离子体物理，但对于做物理实验，我懂得很多，我是个很有才能的实验物理学者。” 他得到的答复是：“你可以学习等离子物理。”他于1976年被聘用，并在那里待了10年。在利弗莫尔，作为实验学家，他自命不凡的技能得到了很好的应用，但也几乎荒废了一项同样优秀却没声明过的技能。克劳泽有种天赋，即使在教师行业中也很少见：他能向学生清晰、生动、耐心地解释复杂难解的知识。自从业以来，在30年时间里，克劳泽从来没有找到过一所大学，能发挥他所有的才能。 随着弗里德曼的淡出，这段经历让霍尔特开始思考科学如何前进。“有一个很有意思的科学法则：一个错误的答案较之于刚好在课本中找到的答案，总能使相关领域变得更刺激——一个错误的结果令人们兴奋。真头疼。 霍尔特说：“问题是，我是名科学家，我倾向于相信答案就是大自然的话，而不是只要想一想，就能提前知道的那些东西。并且，我一直认为量子力学是美妙的，因为它是一个奇迹——”他笑着说，“它是一种我们这些‘科学祭司’能发现的秘密知识……” 他解释说：“这并不是说我要保守秘密，但如果一切都那么显而易见，如果你仅仅四处扫一眼就能看懂整个宇宙，那就没什么意思了。量子力学很微妙——这就是它的魅力。 “量子力学仍然是——无论怎么说，它都是一个未竟的事业。但我相信，事情会在一个意想不到的方向上取得突破……我们可能根本不必去解决那些原先出现的问题。这些问题会在某一天消失，因为我们会发现，也许是我们问错了问题。” 《纠缠：量子力学趣史》 [美]路易莎·吉尔德 著 李树锋 阮冬 译 人民邮电出版社 2020-09-19 |
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