波爾和愛因斯坦的第三次爭(zhēng)論，本來應(yīng)該發(fā)生在 1933 年的第七屆索爾維會(huì)議上。但 是，愛因斯坦未能出席這次會(huì)議，他被納粹趕出了歐洲，剛剛風(fēng)塵仆仆地到達(dá)美國(guó)，被應(yīng)聘 為普林斯頓高等研究院教授。德布羅依和薛定諤出席了會(huì)議，但薛定諤見雙龍無首不想發(fā) 言，德布羅依呢，據(jù)說是個(gè)法國(guó)貴族出身的花花公子，曾經(jīng)用一頁紙的論文打發(fā)結(jié)束了晃蕩 了五年的博士生涯，哪有精神去與這些人辯論啊。這令波爾大大松了一口氣，會(huì)議上哥本哈 根派唱獨(dú)角戲，看起來量子論已經(jīng)根基牢靠，論戰(zhàn)似乎塵埃落定。 GHn鹿先生侃娛樂

然而，愛因斯坦畢竟是個(gè)偉人，不是那么容易服輸?shù)?。況且，那是上帝給他的使命：為 物理學(xué)指路！無論是開創(chuàng)還是質(zhì)疑，無論是披荊斬棘地朝前帶領(lǐng)大軍，還是回頭轉(zhuǎn)身，來一 場(chǎng)唇槍舌戰(zhàn)，其結(jié)果都是順應(yīng)天意：使物理這條猛獸不停地沖出困境，向前邁進(jìn)。盡管他當(dāng) 時(shí)因戰(zhàn)爭(zhēng)而流離失所，盡管他的妻子身染重病，到了知天命年齡的愛因斯坦，始終未忘記他 的這個(gè)神圣的‘天命’。 GHn鹿先生侃娛樂

筆者的老師和論文委員會(huì)成員之一的約翰·惠勒（John Archibald Wheeler），曾經(jīng)在 一次聚會(huì)上，對(duì)筆者說過一段愛因斯坦的故事：1948 年，普林斯頓的費(fèi)曼在惠勒的指導(dǎo)下， 完成了他的博士論文，他以惠勒早期的一個(gè)想法為基礎(chǔ)，開創(chuàng)了用路徑積分來表述量子力 學(xué)的方法。當(dāng)年，惠勒曾經(jīng)將費(fèi)曼的論文交給愛因斯坦看，并對(duì)愛因斯坦說：“這個(gè)工作不 錯(cuò)，對(duì)吧？”又問愛因斯坦：“現(xiàn)在，你該相信量子論的正確性了吧！”愛因斯坦沉思了好一 會(huì)兒，臉色有些灰暗，怏怏不快地說：“也許我有些什么地方弄錯(cuò)了。不過，我仍舊不相信 老頭子（上帝）會(huì)擲骰子！” GHn鹿先生侃娛樂

再回到波愛第 3 次論戰(zhàn)：當(dāng)年的愛因斯坦，初來乍到普林斯頓，語言尚且生疏，生活 不甚順暢，因此，他不堪孤身獨(dú)戰(zhàn)，找了兩個(gè)合作者，構(gòu)成了一個(gè)被物理學(xué)家們稱為不是十 分恰當(dāng)?shù)慕M合。 GHn鹿先生侃娛樂

Boris Podolsky 和 Nathan Rosen 是愛因斯坦在普林斯頓高等研究院的助手。1935 年 3 月，Physics Review 雜志上發(fā)表了他們和愛因斯坦署名的 EPR 論文。文章中描述了一個(gè)佯 謬，之后，人們就以署名的三位物理學(xué)家名字的第一個(gè)字母命名，稱為“EPR 佯謬”。GHn鹿先生侃娛樂

EPR 原文中使用粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量來描述愛因斯坦構(gòu)想的理想實(shí)驗(yàn)，數(shù)學(xué)表述非常復(fù) 雜。后來，波姆用電子自旋來描述 EPR 佯謬，就簡(jiǎn)潔易懂多了。EPR 論文中涉及到“量 子糾纏態(tài)”的概念。這個(gè)名詞當(dāng)時(shí)還尚未被愛因斯坦等 3 位作者采用。（“糾纏”的名字是 薛定諤在 EPR 論文之后不久，得意洋洋地牽出他那只可怖的貓時(shí)候，第一次提到的。）因 此，我們首先解釋一下，何謂糾纏態(tài)？ GHn鹿先生侃娛樂

讀者應(yīng)該還記得我們解釋過的“量子疊加態(tài)”。疊加態(tài)這個(gè)概念一直貫穿在我們這系列 文章中，從薛定諤的貓，到雙縫實(shí)驗(yàn)中有分身術(shù)的孫悟空，不都是這個(gè)匪夷所思的“疊加 態(tài)”在作怪嗎？不過，此文之前對(duì)疊加態(tài)的解釋，都是針對(duì)一個(gè)粒子而言的。如果把疊加態(tài) 的概念用于兩個(gè)以上粒子的系統(tǒng)，就更產(chǎn)生出來一些怪之又怪的現(xiàn)象，那些古怪行為的專 利，就該歸功于“量子糾纏態(tài)”。GHn鹿先生侃娛樂

比如，我們考慮一個(gè)兩粒子的量子系統(tǒng)。也就是說，有兩個(gè)會(huì)分身的孫悟空同居一室， 會(huì)有些什么樣的狀況發(fā)生呢？所有的狀況不外乎歸于兩大類，一類是：兩對(duì)孫悟空互不搭 架，自己只和自己的分身玩。這種情況下的系統(tǒng)，可看作是由兩個(gè)獨(dú)立的粒子組成，沒有產(chǎn) 生什么有意思的新東西。GHn鹿先生侃娛樂

另一類情況呢，也就是兩對(duì)孫悟空互相有關(guān)系的情況了。我們借用“糾纏”這個(gè)詞來描 述它們之間的互相關(guān)聯(lián)。也就是說，這種情形下，兩對(duì)量子孫悟空‘互相糾纏’，難舍難分。 有趣的是，將來竟然有人出來證明說，這量子孫悟空之間親密無間的程度，不是我等常人所 能理解的，可以超過我們這個(gè)‘經(jīng)典’人間所能達(dá)到的任何境界，任何極限哦。于是，我們 18 只好嘆息一聲說：啊，這就是‘量子糾纏態(tài)’。 GHn鹿先生侃娛樂

愛因斯坦等三人提出的假想實(shí)驗(yàn)中，描述了兩個(gè)粒子的互相糾纏：想象一個(gè)不穩(wěn)定的大 粒子衰變成兩個(gè)小粒子的情況，兩個(gè)小粒子向相反的兩個(gè)方向飛開去。假設(shè)該粒子有兩種可 能的自旋，分別叫“左”和“右”，那么，如果粒子 A 的自旋為“左”，粒子 B 的自旋便一 定是“右”，以保持總體守恒，反之亦然。我們說，這兩個(gè)粒子構(gòu)成了量子糾纏態(tài)。 GHn鹿先生侃娛樂

用我們有關(guān)孫悟空的比喻將愛因斯坦的意思重復(fù)一遍：大石頭中蹦出了兩個(gè)孫悟空。每 個(gè)孫悟空都握著一根金箍棒。這金箍棒有一種沿著軸線旋轉(zhuǎn)的功能：或者左旋，或者右旋。 兩個(gè)孫悟空的金箍棒旋轉(zhuǎn)方向互相關(guān)聯(lián)：如果孫 A 的金箍棒為“左”旋，孫 B 的金箍棒便 一定是“右”旋，反之亦然。我們便說，這兩個(gè)孫悟空互相糾纏。GHn鹿先生侃娛樂

大石頭裂開了，兩個(gè)互相糾纏的孫悟空（A 和 B）并不愿意同處一室，而是朝相反方向 拼命跑，它們相距越來越遠(yuǎn)，越來越遠(yuǎn)……。根據(jù)守恒定律，它們應(yīng)該永遠(yuǎn)是“左右”關(guān)聯(lián) 的。然后，如來佛和觀音菩薩同時(shí)分別在天庭的兩頭，抓住了 A 和 B。根據(jù)量子論，只要 我們不去探測(cè)，每個(gè)孫悟空的金箍棒旋轉(zhuǎn)方向都是不確定的，處在一種左/右可能性疊加的 混合狀態(tài)（比如，各 50%）。但是，兩個(gè)孫悟空被抓住時(shí)，A、B 金箍棒的疊加態(tài)便在一瞬 間坍縮了，比如說，孫悟空 A 立刻隨機(jī)地作出決定，讓其金箍棒選擇“左”旋。但是，因 為守恒，孫悟空 B 就肯定要決定它的金箍棒為“右”旋。問題是，在被抓住時(shí)，孫悟空 A 和孫悟空 B 之間已經(jīng)相隔非常遙遠(yuǎn)，比如說幾萬光年吧，它們?cè)趺茨軌蜃龅郊皶r(shí)地互相通 信，使得 B 能夠知道 A 在那一霎那的隨機(jī)決定呢？除非有超距瞬時(shí)的信號(hào)（心靈感應(yīng)）來 回于兩個(gè)孫悟空之間！而這超距作用又是現(xiàn)有的物理知識(shí)不容許的。于是，這就構(gòu)成了佯 謬。因此，EPR 的作者們洋洋得意地得出結(jié)論：波爾等人對(duì)量子論的幾率解釋是站不住腳的。GHn鹿先生侃娛樂

此一時(shí)彼一時(shí)！這時(shí)的波爾，已經(jīng)知己知彼、老謀深算。他深思熟慮地考慮了一陣之 后，馬上上陣應(yīng)戰(zhàn)。很快就明白了，愛因斯坦的思路完全是經(jīng)典的，總是認(rèn)為有一個(gè)離開觀 測(cè)手段而存在的實(shí)在世界。這個(gè)世界圖像是和波爾代表的哥本哈根派的“觀測(cè)手段影響結(jié) 果”的觀點(diǎn)完全不一致的。玻爾認(rèn)為，微觀的實(shí)在世界，只有和觀測(cè)手段連起來講才有意 義。在觀測(cè)之前，并不存在兩個(gè)客觀獨(dú)立的孫悟空實(shí)在。只有波函數(shù)描述的一個(gè)互相關(guān)聯(lián)的 整體，并無相隔甚遠(yuǎn)的兩個(gè)分體，既然只是協(xié)調(diào)相關(guān)的一體，它們之間無需傳遞什么信號(hào)！ 因此，EPR 佯謬只不過是表明了兩派哲學(xué)觀的差別：愛因斯坦的“經(jīng)典局域?qū)嵲谟^”和波 爾一派的“量子非局域?qū)嵲谟^”的根本區(qū)別。 GHn鹿先生侃娛樂

當(dāng)然，哲學(xué)觀的不同是根深蒂固難以改變的。愛因斯坦絕對(duì)接受不了玻爾的這種古怪的 說法，即使在之后的二三十年中，玻爾的理論占了上風(fēng)，量子論如日中天，它的各個(gè)分支高 速發(fā)展，給人類社會(huì)帶來了偉大的技術(shù)革命。愛因斯坦仍然固執(zhí)地堅(jiān)持他的經(jīng)典信念，站在 反對(duì)量子論的那邊。GHn鹿先生侃娛樂

剛才談到的約翰·惠勒，曾經(jīng)與波爾及愛因斯坦在一起工作過，被人稱為“哥本哈根學(xué) 派的最后一位大師”，直到 2008 年去世，惠勒 90 多歲的高齡還在繼續(xù)思考量子力學(xué)中的哲 學(xué)問題。記得惠勒曾引用玻爾的話說，“任何一種基本量子現(xiàn)象只在其被記錄之后才是一種 19 現(xiàn)象”。意思就是說，比如我們上面說到的兩個(gè)互相糾纏的孫悟空，在被抓住之前，它們到 底在哪里？離多遠(yuǎn)？是個(gè)什么模樣？有沒有金箍棒？金箍棒是左旋還是右旋？哥本哈根派認(rèn) 為，這些全都是些無意義的、不該問的問題。還沒有被如來佛和觀音抓住之前，沒有什么所 謂的“兩個(gè)孫悟空”，它們并不是真實(shí)存在的東西！ GHn鹿先生侃娛樂

惠勒對(duì)量子論的貢獻(xiàn)是非同一般的。上世紀(jì) 80 年代初期，筆者有幸與惠勒博士在一 起工作，并準(zhǔn)備和翻譯當(dāng)時(shí)他去中國(guó)訪問的講稿，那篇講稿是基于他的一篇論文：“Law without Law”，后來，此講稿由科大的方勵(lì)之編著，1982 年出版，取名為《物理學(xué)和質(zhì)樸 性 -沒有定律的定律》。在講稿中，惠勒提到他在 1979 年，為紀(jì)念愛因斯坦誕辰 100 周年的 普林斯頓討論會(huì)上，提出的所謂“延遲選擇實(shí)驗(yàn)”（delayed choice experiment）。這個(gè)“延 遲選擇實(shí)驗(yàn)”，是我們討論過的“電子雙縫干涉”實(shí)驗(yàn)的一個(gè)令人吃驚的新版本。在新構(gòu)想 中，惠勒戲劇化地將實(shí)驗(yàn)稍加改變，便可以使得實(shí)驗(yàn)員能在電子已經(jīng)通過雙縫之后，作出 “延遲決定”，從而改變電子通過雙縫時(shí)的歷史！這種十分怪異的，好像能從將來觸摸到過 去的說法，量子論的哥本哈根派又如何解釋呢？這個(gè)實(shí)驗(yàn)徹底地挑戰(zhàn)了經(jīng)典物理的因果律。GHn鹿先生侃娛樂

惠勒曾經(jīng)用一個(gè)龍圖來說明這一點(diǎn)。這個(gè)龍圖也可以用費(fèi)曼的路徑積分觀點(diǎn)來理解：龍 的頭和尾巴對(duì)應(yīng)于測(cè)量時(shí)的兩個(gè)點(diǎn)，在這兩點(diǎn)測(cè)量的數(shù)值是確定的。根據(jù)量子力學(xué)的路徑積 分解釋，兩點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)可以用它們之間的所有路徑貢獻(xiàn)的總和來計(jì)算。因?yàn)橐紤]所有的 路徑，因此，龍的身體就將是糊里糊涂的一片（如下圖所示）。 GHn鹿先生侃娛樂

GHn鹿先生侃娛樂

惠勒的龍：Field Gilbert 畫，掃描自 Niels Bohr: A Centenary Volume(Harvard 1985)， p151. GHn鹿先生侃娛樂

惠勒提出“延遲選擇實(shí)驗(yàn)”時(shí)，已經(jīng)到了 1979 年。早在 1964 年，出于捍衛(wèi)愛因斯坦 EPR 論文的初衷，另一位杰出的英國(guó)物理學(xué)家，約翰 ? 斯圖爾特 ? 貝爾（John Stewart Bell），就已經(jīng)帶著他的“貝爾不等式”，瀟灑登場(chǎng)了。GHn鹿先生侃娛樂

作者：張?zhí)烊?span style="display:none">GHn鹿先生侃娛樂

編輯：GeminiGHn鹿先生侃娛樂

來源：blog.sciencenet.cn/u/tianrong1945GHn鹿先生侃娛樂

作者：張?zhí)烊?span style="display:none">GHn鹿先生侃娛樂

編輯：GeminiGHn鹿先生侃娛樂

來源：blog.sciencenet.cn/u/tianrong1945GHn鹿先生侃娛樂

未完待續(xù)！GHn鹿先生侃娛樂

GHn鹿先生侃娛樂