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生與死：薛定諤的貓
《尋找薛定諤的貓》
方在慶
●尋找薛定諤的貓可以引導(dǎo)我們對瞬間的真實性及一般量子力學(xué)有一新的理解。 ●它可以讓你旋風(fēng)般地領(lǐng)略20世紀物理學(xué)的發(fā)展過程。 ●即使對物理學(xué)沒有任何興趣，你也可以獲得許多意想不到的東西。 記得當(dāng)年學(xué)物理時，大多數(shù)教材都是公式來，公式去。嚴謹是嚴謹，但大多沒有留下太深的印象。只有一套翻譯的伯克利物理學(xué)教程，讓我終身難忘。在講到何 為“不可逆過程”時，它是這樣說的：“正如我們不可能從成人變成小孩，再退回到母親的子宮一樣。”這句現(xiàn)在看來很平常的話，在當(dāng)時國內(nèi)的教科書中是不可能 出現(xiàn)的。 在看過約翰·R·格利賓（John R. Gribbin）寫的兩本“薛定諤的貓”的書后，我不由得感慨萬千。要是我們的教科書或輔導(dǎo)教材也這樣來寫，那該多好！ 格利賓今年51歲，先在Sussex大學(xué)學(xué)習(xí)物理學(xué)，后改學(xué)天文學(xué)，在劍橋大學(xué)獲得天文學(xué)博士學(xué)位之后，加入《自然》雜志，最初只是審讀一些與天文學(xué) 有關(guān)的稿件，后來他必須按時向BBC的世界報導(dǎo)提供一些科學(xué)進展方面的消息，因而促進他的興趣轉(zhuǎn)移，開始了寫作生涯。在過去的20年間，他寫了大量的科普 讀物，許多都成了暢銷書，其中包括這兩本出版時間前后相差十年的書在內(nèi)。2000年，他被選為皇家文學(xué)院院士。對于他的科普寫作是一種承認。 格利賓博士在寫第一本關(guān)于“薛定諤的貓”（即中譯本第一篇：《尋找薛定諤的貓》）時，首先是想向外行解釋20世紀物理學(xué)以外的其他科學(xué)分支中的秘密； 其次，他不能容忍在科學(xué)界以外所存在的一些對量子理論的誤解。當(dāng)時有一本名為《東方神秘主義與物理學(xué)之“道”》（F.Capra著，國內(nèi)曾出過編譯本）的 書引起了轟動，許多人競相效仿。而這些人既不懂“道”，也不懂物理學(xué)，只想借機大賺一筆。這也從另一方面表明，有關(guān)量子力學(xué)的解釋還有很多問題。 格利賓博士反其道而行之，他認為科學(xué)“不需要穿上從別處得來的哲學(xué)外衣，因為它自身就充滿光明、神秘和驚奇”。由于“薛定諤的貓”涉及到量子理論的整 個發(fā)展過程，他利用豐富的歷史事實和最近的科學(xué)進展，對與量子力學(xué)息息相關(guān)的“什么是真實的”這一問題給出了回答。 埃爾溫·薛定諤在20世紀20年代中期創(chuàng)立了現(xiàn)在被稱為量子力學(xué)分支中的一個方程。量子理論是20世紀科學(xué)的重大進展之一，但由于量子力學(xué)對傳統(tǒng)觀念 所帶來的巨大沖擊，連“量子”的提出者在內(nèi)的科學(xué)家都想盡各種辦法拒絕它，或做出各種調(diào)和性的解釋。事實上，薛定諤就被量子力學(xué)的結(jié)果弄得心神不安，他不 喜歡波粒二象性的二元解釋以及波的統(tǒng)計解釋，試圖建立一個只用波來解釋的理論。 薛定諤嘗試著用一個理想實驗來檢驗量子理論隱含的不確之處。 設(shè)想在一個封閉的匣子里，有一只活貓及一瓶毒藥。當(dāng)衰變發(fā)生時，藥瓶被打破，貓將被毒死。按照常識，貓可能死了也可能還活著。但是量子力學(xué)告訴我們，存在一個中間態(tài)，貓既不死也不活，直到進行觀察看看發(fā)生了什么。 量子力學(xué)告訴我們：除非進行觀測，否則一切都不是真實的。愛因斯坦和少數(shù)非主流派物理學(xué)家拒絕接受由薛定諤及其同事創(chuàng)立的理論結(jié)果。愛因斯坦認為，量 子力學(xué)只不過是對原子及亞原子粒子行為的一個合理的描述，是一種唯象理論，它本身不是終極真理。他說過一句名言：“上帝不會擲骰子。”他不承認薛定諤的貓 的非本征態(tài)之說，認為一定有一個內(nèi)在的機制組成了事物的真實本性。他花了數(shù)年時間企圖設(shè)計一個實驗來檢驗這種內(nèi)在真實性是否確在起作用，但他沒有完成這種 設(shè)計就去世了。 后來，許多科學(xué)家沿著這條思路走下去。如玻姆就提出了“隱變量”的概念。格利賓博士花了大量的篇幅來描述這種變化，非常生動有趣。他從光是波還是粒子 的爭論開始，結(jié)合科學(xué)家本身的歷史作用，相繼講述了波動理論的勝利；愛因斯坦的原子概念；電子、離子、X射線、放射性的發(fā)現(xiàn)；量子概念的提出；薛定諤理 論；反物質(zhì)；超導(dǎo)體；不確定性的意義；哥本哈根解釋；時空的扭曲以及超引力等許多引人入勝的主題。 誠如作者所指出的，“探索薛定諤的貓就是尋找量子的真實性。簡單總結(jié)說，好像這種尋求是沒有什么結(jié)果的，因為不存在日常詞匯中的真實性。但這不能算完，尋找薛定諤的貓可以引導(dǎo)我們對瞬間的真實性及一般量子力學(xué)有一新的理解。” 作者在書中生動描述了科學(xué)家得出他們理論的過程。盡管物理學(xué)與數(shù)學(xué)的關(guān)系是十分密切的，但在這本書中，作者很少用數(shù)學(xué)來描述他要講述的主題。即使是那些不懂?dāng)?shù)學(xué)的外行，也能理解物理學(xué)概念的發(fā)展過程。甚至有人開玩笑地說，這本書每一個人都應(yīng)該讀，包括猴子在內(nèi)！ 11年之后（1995年），格利賓又將焦點關(guān)注于量子理論的一些新的疑問上，這就是另一本書，即中譯本的第二篇：《薛定諤的小貓及對實在的追求》。他 從貝爾的證明開始展開討論。他認為，量子世界的所有奇異性都可以通過考察薛定諤貓的悖論的兩個變種——即他的書中所說的小貓的歷險過程來獲得最清楚的理 解。從光的本質(zhì)問題開始，中間涉及到電子干涉的標(biāo)準觀點、牛頓的世界觀、托馬斯·楊、菲涅耳、泊松的觀點、法拉第的場、麥克斯韋方程組、以太之死、狹義相 對論的產(chǎn)生；哥本哈根解釋的垮臺；馮·諾依曼的的錯誤等多個主題，由此來試圖解釋真實性的本質(zhì)和解決所有的量子之謎。 格利賓的這兩本書，既有思想深度，路數(shù)又非常清晰。是非常難得的高級科普讀物。完全讀懂這兩本書是不容易的，但卻非常值得一讀。它可以在讓你旋風(fēng)般地 領(lǐng)略20世紀物理學(xué)的發(fā)展過程中，加深對事物本性的認識。難怪有許多讀者說，正是在讀完格利賓的書后，才開始喜歡上物理，開始科學(xué)生涯的。 即使對物理學(xué)沒有任何興趣，你也可以獲得許多意想不到的東西。比如：我們都知道牛頓是一位偉大的科學(xué)家，但對他的不幸人格卻不甚了解。他脾氣不好，疑 心太重，經(jīng)常卷入優(yōu)先權(quán)與抄襲指控等學(xué)術(shù)爭論。他在與同樣尖刻，個子矮小的胡克的爭論中，不惜使用下流卑鄙的手段。他的那句名言：“如果我看得更遠，那是 因為我站在巨人的肩上”，實際上是諷刺了胡克的矮個子，同時又暗指其才智不佳。 這有點讓人不可思議。如果你想發(fā)現(xiàn)更多不可思議的故事，不妨讀一讀格利賓的兩本書。 《尋找薛定諤的貓》海南出版社 |
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