薛定諤的小貓

約翰·格里賓（John Gribbin），英國著名科學(xué)讀物專業(yè)作家，薩塞克斯大學(xué)天文學(xué)訪問學(xué)者。畢業(yè)于劍橋大學(xué)，獲天體物理學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)在是蘇塞克斯大學(xué)的客座天文學(xué)研究員。

前言

10年前，當(dāng)我在寫量子理論發(fā)展史時(shí)，從來沒有想到將來有一天我會(huì)重新回到量子神秘性這一主題上來，并寫出另一本書。在寫《尋找薛定諤的貓》一書的過程中，我就著手說明量子物理學(xué)的亞原子世界是多么奇怪和神秘。一些稀奇古怪的實(shí)驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)致了一些與常識(shí)不符的理論，這些理論又被進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。無懈可擊的邏輯迫使物理學(xué)家嚴(yán)肅認(rèn)真地對(duì)待這些稀奇古怪的思想。20世紀(jì)80年代中期的基本觀點(diǎn)為：盡管量子理論是非常奇怪的，但它卻非常實(shí)用。這個(gè)理論使得我們得以清楚地理解激光、計(jì)算機(jī)芯片、DNA分子，等等。而“經(jīng)典”物理學(xué)那些老的思想?yún)s不能解釋這些現(xiàn)象。在《尋找薛定諤的貓》一書中，我所強(qiáng)調(diào)的并不是量子理論的不可思議，而是它的實(shí)用性。事實(shí)上，用費(fèi)曼的話說：“沒有人理解量子理論。”這一事實(shí)使得我在前一本書的結(jié)尾不太謙虛地這樣寫道：“我很高興地留給你們一些不充實(shí)的結(jié)局，一些可望而不可即的暗示，還有很多工作要做的這樣一個(gè)前景。”

但是當(dāng)我很滿意地將這些不充實(shí)的結(jié)局寫出來時(shí)，許多物理學(xué)家并不滿足于已有的成績。他們?yōu)橐粋€(gè)理論的不能理解而苦惱，盡管它很實(shí)用。自從1984年我對(duì)當(dāng)時(shí)的情況作了一次概述以來，物理學(xué)家們已經(jīng)做出了很大的努力，試圖解決量子的神秘性。沿著這條思路，他們已經(jīng)使得一些神秘性看起來更加神秘，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了量子世界的一些新的奇怪的方面。他們已經(jīng)發(fā)展了量子神秘性的解釋。對(duì)于一個(gè)局外的觀察者來說，這些解釋是一些越來越難以相信的、絕望的辯護(hù)。但是在經(jīng)過了60多年的嘗試以后，在過去的幾年當(dāng)中，他們也提出了關(guān)于量子神秘性的一個(gè)解釋，這個(gè)解釋是對(duì)過程的一個(gè)天才的洞察——不僅對(duì)于專家，對(duì)于任何對(duì)真實(shí)性的本質(zhì)感興趣的人來說這都是一個(gè)天才的理解。

這個(gè)新的理解不僅依賴于量子理論的合理解釋，而且依賴于在愛因斯坦的相對(duì)論框架下對(duì)光的行為的解釋。在本書中，我將這兩種理論的發(fā)展放在一起，并說明描述宇宙運(yùn)作的最好解釋、所有量子神秘性的徹底解決，這些都需要同時(shí)使用量子論和相對(duì)論的思想。

在這里，我沒有過多地講解量子理論發(fā)展的歷史背景，以前我已經(jīng)講過了。我從這樣一個(gè)起點(diǎn)出發(fā)：量子理論已經(jīng)取得了巨大的成功。在解釋如何解決那些迷惑之前，先討論一些新的疑問，以及看待古老疑問的一些新的途徑。在這里你將會(huì)找到理解量子理論到底是什么所需要的一切知識(shí)，不管你是否曾經(jīng)讀過關(guān)于這個(gè)主題的文章（更不用說我自己的書）。你將讀到這樣一些看起來是自相矛盾的現(xiàn)象：例如光子（光的粒子）可以在同一時(shí)刻位于兩個(gè)位置，原子能夠同時(shí)通過兩條路徑，對(duì)于一個(gè)以光速運(yùn)動(dòng)的粒子來說時(shí)間是靜止的，等等。同時(shí)你還會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)認(rèn)真的建議：量子理論可能提供一種途徑來實(shí)現(xiàn)星際傳送。

為了給后面的敘述鋪平道路，我將或多或少地從《尋找薛定諤的貓》所留下的問題，即那只著名的貓以及約翰·貝爾的證明開始展開討論。約翰·貝爾證明：如果一些量子組織曾經(jīng)是單一系統(tǒng)的一個(gè)部分，那么它們之間將保持著聯(lián)系，它們之間通過某種方式相互知曉，即使它們之間相距很遠(yuǎn)。愛因斯坦將這種現(xiàn)象稱為“幽靈般的超距作用”，這種現(xiàn)象也常被稱為“非局域性”。對(duì)你來說，這些概念可能是新的，也可能是你所熟悉的。薛定諤的貓?jiān)谕粫r(shí)刻既活又死這一悖論已經(jīng)成為過去10年中的一個(gè)口頭禪。但是等一下，即使你認(rèn)為你已經(jīng)知道那是怎么一回事了，也要準(zhǔn)備重新考慮一下。你將看到，我這里擁有更多的和更好的悖論。這些悖論的背后都有不容置疑的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這對(duì)你來說還是有魅力的。但是所有這些都將歸結(jié)為同一件事。例如，在一個(gè)雙孔實(shí)驗(yàn)中，電子如何才能夠同時(shí)經(jīng)過兩條路徑？在同一時(shí)刻它是如何能夠知道整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的？

我們需要解決的問題——量子世界的所有奇異性都可以通過考察那只原始貓的兩個(gè)孿生后代——我作品中的小貓的歷險(xiǎn)過程來獲得最清楚的理解。我們將不得不重新考慮光的本質(zhì)問題。這個(gè)問題在量子論和相對(duì)論中都是一個(gè)關(guān)鍵問題。這樣我便帶給你一些新的思想。這些思想能夠解釋真實(shí)性的本質(zhì)和解決所有的量子之謎。從20世紀(jì)20年代中期量子論誕生以來，這是第一次有可能有點(diǎn)信心地說量子論到底意味著什么。如果這些還不算是寫作本書的充分理由的話，我就不知道本書的用意之所在了！

約翰·格里賓