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揭开手套之谜:命运和量子力学的奇妙故事

时间:2024-06-07 百科知识 版权反馈
【摘要】:如果你再考虑一下这样一件事,你的朋友登上了一架飞机,究竟是去东京还是去悉尼依赖于在她的箱子中发现的那只手套,你完全知道,你不能以你在洛杉矶的行为在她之前影响她的选择。你认为存在某种瞬时传送的信息,而你不能知道它的运行途径,并且你也不能找到一种方法藉助于两个手套之间的这种神秘链环向你的朋友传送任何消息。

揭开手套之谜:命运和量子力学的奇妙故事

1.另一只手套的神秘

你和一位朋友在伦敦的海斯罗机场;你们两人各有一只上了锁的木箱,里面都有一只手套。一个箱子里装着的是一付手套中的右手的那一只,而另一个箱子里放的是左手的那一只,但是你们不知哪个箱中放的是哪一只。你们两人都有钥匙,但是它们不是你们所提的那个箱子的钥匙。

这样装备起来以后,你登上一架飞机飞往洛杉矶,而同时你的朋友却飞往香港

当你到达洛杉矶时你用你的钥匙打开机场的一个抽屉,在里面你找到了另一把钥匙——这是你的木箱子的钥匙,现在你打开木箱并发现你带到洛杉矶的那只手套是右手的。当然你一知道这个,你也就知道了现在被你的朋友带到香港去的那个木箱里的手套是左手的。用这瞬间的实现,你获得了有关在世界另一边的事物状态的一部分知识。

你可以说这是极易懂的。你可能听说过阿尔伯特·爱因斯坦的著名格言——没什么东西,甚至信息,能比光速更快地行进;没哪个电视剧中的角色与这个禁令相矛盾。当你在洛杉矶机场等候时,你的确利用对你有效的信息,对同你的正在香港的朋友有关的事实,做了一个推论。然而,在任何时候,不论路程远近,我们都能实现这类影响。一位天文学家由于捕捉到地球上的望远镜中的一条微弱的光线而推断遥远星球的表面温度;一天上午你躲避了一场雨,你看了一下手表,意识到你必须出席的一次会议已经在你的办公室开始了。

想象在某些遥远的地方所发生的事情,不同于从一个地方到另一个地方传送知识。如果,你发现你的手套是右手的,你想要告诉你的朋友她有一只左手的手套,那么你就必须打电话给她,或是发一封电报,或是寄给她一张名信片。电话的速度和光速差不多,其他两种通信方式就慢得多了,并且你无法知道她是否已经打开了她的箱子——除非你碰巧得到她的一个电话——告诉你你肯定有一只右手的手套。你已经发现那只手套这一事实没允许你打破物理学的定律以比爱因斯坦所允许的还要快的速度把信息传达给她。

但是至此为止,你认为可能有某种途径,利用你所知道的东西去影响你的朋友的行为。请设想一下,在你们俩的飞机旅行出发之前,你与你朋友约定:如果在她箱子里发现了左手的手套她便去东京,而如果她得到的是一只右手的手套她便飞往悉尼。是你在洛杉矶打开箱子的行为决定她到哪里去吗?绝不是,她箱子中的手套不论是哪一只都是一开始就在那里的,所以她是飞往东京还是悉尼是预先决定了的。当你在洛杉矶打开箱子的时候你立即就知道她去了一个该去的地方,但是她的目的地对于她来说和对你一样,不是什么了不起的意外。像以前一样,你现在一直在探寻下次会偶然发生的事,但你却不能对它产生任何影响。

但是现在让我们改变一下这个故事。在这两个箱子里的手套,你感到它们是不可思议的和魔幻的,与你以前所遇到的任何手套都不同。只要不被封在箱子里,它们始终是一付,而现在,它们既不是右手也不是左手的这种未定的状态在本质上就是不确定的。只有当一个箱子被打开,大白于天日时,里面的手套才被迫变成右手的或左手的。并且这两种可能性各占一半。

在你从伦敦飞往洛杉矶的几小时的旅途中,你可能会为你箱子中的手套——这个不可思议的手套,即不是右手的又不是左手的,却具有随便哪一个的潜在性——实际上它看上去像什么而伤脑筋。但是你没有可以打开这个箱子以窥视一下的钥匙,并且在任何情况下,一旦你偷看了这只手套,它必呈现一个确定的形状,右手的或左手的。这个手套的这种魔幻性质在于,你永远不能在它未成形的状态下看它,因为你一看,它就变成常见的和易于辨认的东西。

另一方面,现在,当你到达洛杉矶打开你的箱子时,让我们设想一下,你发现了一只右手手套——你开始感到事物并非如以前那样简单明了——你立即就知道当你的朋友打开她的箱子的时候一定发现一只左手的手套。但是现在,显然某种信号或信息已经从你的手套传给她的手套,不是吗?你打开箱子往里看之前如果两只手套是不确定的,那么可以推测,一旦你的手套确定为右手的,她的手套就一定已经变为左手的,以便于这两者维持一付。这意味着你在洛杉矶观察手套的作用减少了在香港的那只与之配对的手套的不确定性而成为一个确定的左手的状态吗?

但是也有另外一种可能性出现在你面前。你怎么知道你的朋友不是在你有机会打开你的箱子之前首先到达香港并打开她的箱子呢?这种情况下,显然她发现了一只左手的手套,这只手套在你往你的箱子里看之前就强迫你的那只手套变成了右手的。如果存在一种瞬时的信息传输,它可能是另一种方式。你的朋友打开她的箱子的作用决定你将发现的手套是什么样,并且没有其它的可能。(www.xing528.com)

那么你会认为,从你的手套到她的手套或者从她的手套到你的手套,传递瞬时信息的唯一方法是,拿起电话叫通香港查明她是何时打开她的箱子的。但是打电话的速度没有光的速度快。现在你真的被弄糊涂了:两个手套之间如同有某种瞬时的通信,但你说不清它是通过什么途径运行的,并发现你不得不凭借你曾经使用过的比光速慢的老的通信方式,而它们破坏了你有可能搞清从手套到手套的瞬时通信的任何有趣的谋划。

如果你再考虑一下这样一件事,你的朋友登上了一架飞机,究竟是去东京还是去悉尼依赖于在她的箱子中发现的那只手套,你完全知道,你不能以你在洛杉矶的行为在她之前影响她的选择。这个游戏的规则是这样的,你有一半的机会在你的箱子中发现手套不是右手的就是左手的,即使你确信在她打开她的箱子之前你已经打开你的箱子,甚至你认为你开箱的动作传给她的手套一个瞬时的信号使之与你的手套配对,你仍然不曾控制你发现的那个手套,它依然保有一半的机会决定她终到于东京或悉尼,而你仍然没有发言权。

现在你甚至被弄得更糊涂了。你认为存在某种瞬时传送的信息,而你不能知道它的运行途径,并且你也不能找到一种方法藉助于两个手套之间的这种神秘链环向你的朋友传送任何消息。

或许你会得出结论说,一个真实的手套不像是这样。

在某种意义上说,你与阿尔伯特·爱因斯坦是一致的。手套确实不以这种方式行为,依照量子力学电子和其他的基本粒子才如此。这些粒子明显地具有这样一种属性,它们一直处于某种不确定的中间状态,直到物理学家们来做实验迫使它们是这个或那个东西。物理学家们确实不能预先知道任何一个测量将会产生什么样的个别结论,量子力学只预言可能结果的概率。

这冒犯了爱因斯坦的关于物理学应该是什么样的观点。在本世纪初量子力学面世之前,物理学家们普遍认为,当他们测量某些事物的时候他们是在获得一个已存在的状态的知识。也就是说,手套永远地不是右手的就是左手的。是否任何人都这样看待它们呢,当你发现你的这种手套时,你只是简单地对这个世界的一个独立的事实获得观察所得。而量子力学的观点则不同:某些东西在它们未被测量之时是不确定的,并且只是由于测量,它们才取确定值。在量子力学中,在人们没有发现手套之前,它既不是右手的也不是左手的。至少,这是量子力学的观点。

我们刚才讲的故事,关于分置于不同地方并且被两个不同的人检查的手套之不确定性,是一种实验方案的一部分,爱因斯坦和他的同事们设计了这样的实验,以其作为说明量子力学是如何荒谬和不合理的一种方法。他们希望他们的物理学同事们相信,要求信号的传输速度比光的速度快的理论必有某些地方是错误的。

但是,正如丹麦物理学家尼耳斯·玻尔曾尖锐指出的那样,是否随着那些魔幻手套有什么真正不可接受的事情已经确实发生,远非是显然的。看上去古怪的并且似乎是完全不可避免的那种手套间的某种瞬时通信,并且最后用假想的通信做任何事情好像都是可能的。玻尔相信这个难题有一个可以接受的解释。他有力地强调人们应该深入实际,玄想在这个事例中似乎发生什么是无益的也是危险的,要深入到实际发生并且能够记录和证实的事情中去,那你才是正确的。如果你不能准确发送一个你自己设计的瞬时信息,那么猜测两个手套之间可能或不可能一直进行着的过程,将是毫无意义的。

然而,爱因斯坦固执地反驳所谓的“鬼超距作用”:超距作用指发生在一个地方的一个事件似乎在别的某个地方有一个瞬时的效果,“鬼”说是因为这个感应力是暗示的而不直接可见。爱因斯坦或多或少接受了玻尔的论述:你能够以忠实于有证据的和不含糊的事实摆脱烦恼,而在他看来只有当你情愿使你自己对那深奥的争端失去判断力时,它才是一种有效的哲学。此后许多物理学家和哲学家,由于玻尔的可操作的但是最低纲领主义的观点,而发现了他们自己的不足。

要想弄明白这些争论,我们必须离开我们的手套并牢牢把握量子力学的精髓。真正的起点在于测量之前处于不确定状态的事物之本质。这意味着什么?它又源于何方

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