上帝掷骰子吗-量子物理史话-第29部分
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确可能还有一个暗中的武 林高手，凭借一些独门手法比如说吹气来影响骰子的结果。虽然我们水平不行，发现不了 这个武林高手的存在，觉得骰子是完全随机的，但事实上不是！它是完全人为的，如果把 这个隐藏的高手也考虑进去，它是有严格因果关系的！尽管单单从我们看到的来讲，也没 有什么互相矛盾，但一幅“完整”的图像应该包含那个隐藏着的人，这个人是一个“隐变 量”！ 不管怎么说，因果关系不能抛弃！爱因斯坦的信念到此时几乎变成一种信仰了，他已 决定终生为经典理论而战，这不知算是科学的悲剧还是收获。一方面，那个大无畏的领路 人，那个激情无限的开拓者永远地从历史上消失了。亚伯拉罕？帕斯（Abraham Pais）在《 爱因斯坦曾住在这里》一书中说，就算1925年后，爱因斯坦改行钓鱼以度过余生，这对科 学来说也没什么损失。但另一方面，爱因斯坦对量子论的批评和诘问也确实使它时时三省 吾身，冷静地审视和思考自己存在的意义，并不断地在斗争中完善自己。大概可算一种反 面的激励吧？ 反正他不久又要提出一个新的实验，作为对量子论的进一步考验。可怜的玻尔得第三 次接招了。 ********* 饭后闲话：海森堡和德国原子弹计划（三） 玩味一下海森堡的声明是很有意思的：讨厌纳粹和希特勒，但忠实地执行对祖国的义 务，作为国家机器的一部分来履行爱国的职责。这听起来的确像一幅典型的德国式场景。 服从，这是德国文化的一部分，在英语世界的人们看来，对付一个邪恶的政权，符合道德 的方式是不与之合作甚至摧毁它，但对海森堡等人来说，符合道德的方式是服从它正如 他以后所说的那样，虽然纳粹占领全欧洲不是什么好事，但对一个德国人来说，也许要好 过被别人占领，一战后那种惨痛的景象已经不堪回首。 原子弹，对于海森堡来说，是“本质上”邪恶的，不管它是为希特勒服务，还是为别 的什么人服务。战后在西方科学家中有一种对海森堡的普遍憎恶情绪。当海森堡后来访问 洛斯阿拉莫斯时，那里的科学家拒绝同其握手，因为他是“为希特勒制造原子弹的人”。 这在海森堡看来是天大的委屈，他不敢相信，那些“实际制造了原子弹的人”竟然拒绝与 他握手！也许在他心中，盟军的科学家比自己更加应该在道德上加以谴责。但显然在后者 看来，只有为希特勒制造原子弹才是邪恶，如果以消灭希特勒和法西斯为目的而研究这种 武器，那是非常正义和道德的。 这种道德观的差异普遍存在于双方阵营之中。魏扎克曾经激动地说：“历史将见证， 是美国人和英国人造出了一颗炸弹，而同时德国人在希特勒政权下的德国人只发展了 铀引擎动力的和平研究。”这在一个美国人看来，恐怕要喷饭。 何况在许多人看来，这种声明纯粹是马后炮。要是德国人真的造得出来原子弹，恐怕 伦敦已经从地球上消失了，也不会罗里罗嗦地讲这一大通风凉话。不错，海森堡肯定在 1940年就意识到铀炸弹是可能的，但这不表明他确切地知道到底怎么去制造啊！海森堡在 1942年意识到以德国的环境来说分离铀235十分困难，但这不表明他确切地知道到底要分 离“多少”铀235啊！事实上，许多证据表明，海森堡非常错误地估计了工程量，为了维 持链式反应，必须至少要有一个最小量的铀235才行，这个质量叫做“临界质量” （critical mass），海森堡不管他是真的算错还是假装不知在1942年认为至少需要几 吨的铀235才能造出原子弹！事实上，只要几十千克就可以了。 诚然，即使只分离这么一点点铀235也是非常困难的。美国动用了15000人，投资超过 20亿美元才完成整个曼哈顿计划。而德国整个只有100多人在搞这事，总资金不过百万马 克左右，这简直是笑话。但这都不是关键，关键是，海森堡到底知不知道准确的数字？如 果他的确有一个准确数字的概念，那么虽然这德国来说仍然是困难的，但至少不是那样的 遥不可及，难以克服。英国也同样困难，但他们知道准确的临界质量数字，于是仍然上马 了原子弹计划。 海森堡争辩说，他对此非常清楚，他引用了许多证据说明在与斯佩尔会面前他的确知 道准确的数字。可惜他的证据全都模糊不清，无法确定。德国的报告上的确说一个炸弹可 能需要10…100千克，海森堡也描绘过一个“菠萝”大小的炸弹，这被许多人看作证明。然 而这些全都是指钚炸弹，而不是铀235炸弹。这些数字不是证明出来的，而是猜测的，德 国根本没有反应堆来大量生产钚。德国科学家们在许多时候都流露出这样的印象，铀炸弹 至少需要几吨的铀235。 不过当然你也可以从反方面去理解，海森堡故意隐瞒了数字，只有天知地知他一个人 知。他一手造成夸大了的假相。 至于反应堆，其实石墨也可以做很好的减速剂，美国人就是用的石墨。可是当时海森 堡委派波特去做实验，他的结果错了好几倍，显示石墨不适合用在反应堆中，于是德国人 只好在重水这一棵树上吊死。这又是一个悬案，海森堡把责任推到波特身上，说他用的石 墨不纯，因此导致了整个计划失败。波特是非常有名的实验物理学家，后来也得了诺贝尔 奖，这个黑锅如何肯背。他给海森堡写信，暗示说石墨是纯的，而且和理论相符合！如果 说实验错了，那还不如说理论错了，理论可是海森堡负责的。在最初的声明中海森堡被迫 撤回了对波特的指责，但在以后的岁月中，他，魏扎克，沃兹等人仍然不断地把波特拉进 来顶罪。目前看来，德国人当年无论是理论还是实验上都错了。 对这一公案的争论逐渐激烈起来，最有影响的几本著作有：Robert Jungk的《比一千 个太阳更明亮》（Brighter Than a Thousand Sunds，1956），此书赞扬了德国科学家那高 尚的道义，在战时不忘人类公德，虽然洞察原子弹的奥秘，却不打开这潘多拉盒子。1967 年David Irving出版了《德国原子弹计划》（The German Atomic Bomb），此时德国当年的 秘密武器报告已经得见天日，给作品带来了丰富的资料。Irving虽然不认为德国科学家有 吹嘘的那样高尚的品德，但他仍然相信当年德国人是清楚原子弹技术的。然后是Margaret Gowing那本关于英国核计划的历史，里面考证说德国人当年在一些基本问题上错得离谱， 这让海森堡本人非常恼火。他说：“（这本书）大错特错，每一句都是错的，完全是胡说八 道。”他随后出版了著名的自传《物理和物理之外》（Physics and Beyond），自然再次地 强调了德国人的道德和科学水平。凡是当年和此事有点关系的人都纷纷发表评论意见，众 说纷纭，有如聚讼，谁也没法说服对方。 1989年，杨振宁在上海交大演讲的时候还说：“……很好的海森堡传记至今还没写出 ，而已有的传记对这件事是语焉不详的……这是一段非常复杂的历史，我相信将来有人会 写出重要的有关海森堡的传记。” 幸运的是，从那时起到今天，事情总算是如其所愿，有了根本性的变化。
第八章 论战四
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爱因斯坦没有出席1933年第七届索尔维会议，他被纳粹德国逼得离开家乡，流落异国 ，忧郁地思索着欧洲那悲惨的未来。另一方面，这届索尔维会议的议题也早就不是量子论 本身，而换成了另一个激动人心的话题：爆炸般发展的原子物理。不过这个领域里的成就 当然也是在量子论的基础上取得的，而量子力学的基本形式已经确定下来，成为物理学的 基础。似乎是尘埃落定，没什么人再怀疑它的力量和正确性了。
在人们的一片乐观情绪中，爱因斯坦和薛定谔等寥寥几人愈加显得孤独起来。薛定谔 和德布罗意参加了1933年索尔维会议，却都没有发言，也许是他们对这一领域不太熟悉的 缘故吧。新新人类们在激动地探讨物质的产生和湮灭、正电子、重水、中子……那样多的 新发现让人眼花缭乱，根本忙不过来。而爱因斯坦他们现在还能做什么呢？难道他们的思 想真的已经如此过时，以致跟不上新时代那飞一般的步伐了吗？ 1933年9月25日，埃仑费斯特在荷兰莱登枪杀了他那患有智力障碍的儿子，然后自杀 了。他在留给爱因斯坦，玻尔等好友的信中说：“这几年我越来越难以理解物理学的飞速 发展，我努力尝试，却更为绝望和撕心裂肺，我终于决定放弃一切。我的生活令人极度厌 倦……我仅仅是为了孩子们的经济来源而活着，这使我感到罪恶。我试过别的方法但是收 效甚微，因此我越来越多地去考虑自杀的种种细节，除此之外我没有第二条路走了……原 谅我吧。” 在爱因斯坦看来，埃仑费斯特的悲剧无疑是一个时代的悲剧。两代物理学家的思想猛 烈冲突和撞击，在一个天翻地覆的飘摇乱世，带给整个物理学以强烈的阵痛。埃仑费斯特 虽然从理智上支持玻尔，但当一个文化衰落之时，曾经为此文化所感之人必感到强烈的痛 苦。昔日黄金时代的黯淡老去，代以雨后春笋般兴起的新思潮，从量子到量子场论，原子 中各种新粒子层出不穷，稀奇古怪的概念统治整个世界。爱因斯坦的心中何曾没有埃仑费 斯特那样难以名状的巨大忧伤？爱因斯坦远远地，孤独地站在鸿沟的另一边，看着年轻人 们义无反顾地高唱着向远方进军，每一个人都对他说他站错了地方。这种感觉是那样奇怪 ，似乎世界都显得朦胧而不真实。难怪曾经有人叹息说，宁愿早死几年，也不愿看到现代 物理这样一幅令人难以接受的画面。不过，爱因斯坦却仍然没有倒下，虽然他身在异乡， 他的第二个妻子又重病缠身，不久将与他生离死别，可这一切都不能使爱因斯坦放弃内心 那个坚强的信仰，那个对于坚固的因果关系，对于一个宇宙和谐秩序的痴痴信仰。爱因斯 坦仍然选择战斗，他的身影在斜阳下拉得那样长，似乎是勇敢的老战士为一个消逝的王国 做最后的悲壮抗争。 这一次他争取到了两个同盟军，他们分别是他的两个同事波多尔斯基（Boris Podolsky）和罗森（Nathan Rosen）。1935年3月，三人共同在《物理评论》（Physics Review）杂志上发表了一篇论文，名字叫《量子力学对物理实在的描述可能是完备的吗？ 》，再一次对量子论的基础发起攻击。当然他们改变策略，不再说量子论是自相矛盾，或 者错误的，而改说它是“不完备”的。具体来说，三人争辩量子论的那种对于观察和波函 数的解释是不对的。 我们用一个稍稍简化了的实验来描述他们的主要论据。我们已经知道，量子论认为在 我们没有观察之前，一个粒子的状态是不确定的，它的波函数弥散开来，代表它的概率。 但当我们探测以后，波函数坍缩，粒子随机地取一个确定值出现在我们面前。 现在让我们想象一个大粒子，它是不稳定的，很快就会衰变成两个小粒子，向相反的 两个方向飞开去。我们假设这种粒子有两种可能的自旋，分别叫“左”和“右”，那么如 果粒子A的自旋为“左”，粒子B的自旋便一定是“右”，以保持总体守恒，反之亦然。 好，现在大粒子分裂了，两个小粒子相对飞了出去。但是要记住，在我们没有观察其 中任何一个之前，它们的状态都是不确定的，只有一个波函数可以描绘它们。只要我们不 去探测，每个粒子的自旋便都处在一种左/右可能性叠加的混合状态，为了方便我们假定 两种概率对半分，各50％。 现在我们观察粒子A，于是它的波函数一瞬间坍缩了，随机地选择了一种状态，比如 说是“左”旋。但是因为我们知道两个粒子总体要守恒，那么现在粒子B肯定就是“右” 旋了。问题是，在这之前，粒子A和粒子B之间可能已经相隔非常遥远的距离，比如说几万 光年好了。它们怎么能够做到及时地互相通信，使得在粒子A坍缩成左的一刹那，粒子B毅 然坍缩成右呢？ 量子论的概率解释告诉我们，粒子A选择“左”，那是一个完全随机的决定，两个粒 子并没有事先商量好，说粒子A一定会选择左。事实上，这种选择是它被观测的那一刹那 才做出的，并没有先兆。关键在于，当A随机地作出一个选择时，远在天边的B便一定要根 据它的决定而作出相应的坍缩，变成与A不同的状态以保持总体守恒。那么，B是如何得知 这一遥远的信息的呢？难道有超过光速的信号来回于它们之间？ 假设有两个观察者在宇宙的两端守株待兔，在某个时刻t，他们同时进行了观测。一 个观测A，另一个同时观测B，那么，这两个粒子会不会因为距离过于遥远，一时无法对上 口径而在仓促间做出手忙脚乱的选择，比如两个同时变成了“左”，或者“右”？显然是 不太可能的，不然就违反了守恒定律，那么是什么让它们之间保持着心有灵犀的默契，当 你是“左”的时候，我一定是“右”？ 爱因斯坦等人认为，既然不可能有超过光速的信号传播，那么说粒子A和B在观测前是 “不确定的幽灵”显然是难以自圆其说的。唯一的可能是两个粒子从分离的一刹那开始， 其状态已经确定了，后来人们的观测只不过是得到了这种状态的信息而已，就像经典世界 中所描绘的那样。粒子在观测时才变成真实的说法显然违背了相对论的原理，它其中涉及 到瞬间传播的信号。这个诘难以三位发起者的首字母命名，称为“EPR佯谬”。 玻尔在得到这个消息后大吃一惊，他马上放下手头的其他工作，来全神贯注地对付爱 因斯坦的这次挑战。这套潜心演练的新阵法看起来气势汹汹，宏大堂皇，颇能夺人心魄， 但玻尔也算是爱因斯坦的老对手了。他睡了一觉后，马上发现了其中的破绽所在，原来这 看上去让人眼花缭乱的一次攻击却�
