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不确定世界:命运之谜解析

时间:2024-06-07 百科知识 版权反馈
【摘要】:特别是双缝实验,如果产生了干涉图样,那么对于光子通过的窄缝,它似乎要求一个真正的不确定性。例如,在双缝实验中,玻姆认为光子的确存在,并且一定存在,因为它是一个粒子,穿过这个缝或那个缝。每件事都是确定论的。

不确定世界:命运之谜解析

26.幻觉似的不确定性

你要是相信我们终究生活在一个宇宙当中,那么回避哥本哈根解释混乱纠缠的唯一办法是,否认量子力学不确定性的真实性。这是埃沃莱特的选择。在古典物理学中,不确定性总是意味着无知:如果你精确地知道旋转硬币的轨迹,你就能说它落地时是正面朝上还是反面朝上。同样,爱因斯坦相信,如果你比玻尔所能告诉你的更多地了解量子系统,那么你就能够预言任何实际测量的任何个别结果。如果某个比较深刻的理论终于能依照更基本的概念解释量子力学,那么我们会把量子力学的不确定性看做我们对宇宙本质的无知。

以这种方式恢复秩序,似乎可以是一种高尚的热望,但我们所知道的量子力学到目前为止告诉我们,构筑这样的一个理论是不容易的。特别是双缝实验,如果产生了干涉图样,那么对于光子通过的窄缝,它似乎要求一个真正的不确定性。但对于确定论的要求是强烈的,并且物理学家们也是有发明天才的。一个特别天才的量子物理学家是戴维·玻姆,他的易于理解的EPR建议翻版早已著名。开始玻姆作为一个传统主义者或多或少地斧正玻尔关于量子力学如何预言方面的思想,但是他重新发现了玻尔思维方式的奇特和限制(它的确如此)。许多年之后,他发明了作为一种已广为人知的量子力学的一个“隐变量”的翻版,测量看上去遵守概率法则只是因为忽视了被测事物的“隐藏的”属性。如果我们能够知道“隐变量”的值,我们就能精确地说出测量会产生什么结果。

玻尔所做的,在本质上给出了量子力学的“波动”和“粒子”二分法之特殊的和几乎古典的意义。更确切地说,玻尔相信,波函数用于计算实验结构固有的内部概率,当进行测量并获得明确结果时粒子才变得显而易见;而玻姆则断言,波动和粒子两者总是同时出现。

例如,在双缝实验中,玻姆认为光子的确存在,并且一定存在,因为它是一个粒子,穿过这个缝或那个缝。但他又认为波动也存在,展遍空间并且流通,作为唯一的波动能同时穿过两个缝。这个新的要素在于波动影响——实际上决定——光子的路径;由于这个理由它被称做导波或领波。

换句话说,导波传遍双缝装置,穿过两个缝,在离缝的一侧产生一个古典的干涉图样。个别电子因而可以穿过这条或那条缝;它不真正是物质,因为导波就像它的名字所包含的意思,引导光子的路径,带领它们撞击屏幕,以建立起适当的明暗条纹图样。

这理论是确定论的,这种意义上,导波在空间建立起一个固定的图样,并且任何光子的运动都被这空间图样无变化地或随机地控制。(www.xing528.com)

现在有一个问题:如果这个过程是真实的,那么一个同样的正在走向双缝装置的光子流会终止在屏幕的同一个地方。它就像滚动在波动草地上的一个高尔夫球:高尔夫球所遵循的轨迹可能是复杂的,但它应该是可预言的,如果你每次都精确地以同样的速度和方向打击高尔夫球,那么它将总是沿同一条轨迹并且停在同一个地方。如果这是发生在双缝实验中的过程,按照玻姆解释,在屏幕的某个地方我们会看到一个亮点,而不是一个普通的明暗条纹图样。

为使这个理论起作用,第二个要素是必要的。在标准的量子理论中,我们把光子流看做名义上具有相同的动量和方向,但我们认为不确定原理使它不可能绝对准确地定义任何单个光子的精确的动量和方向,你可以认为所有的光子如同我们可以物理制备它们那样都是同样的。在玻姆的翻版中,另一方面,每一个光子全部精确地具有某个确定的动量和方向,但是我们能够制备的光子流总是有一些变度,所以没有两个光子是精确等同的。在这种意义上,我们假定把光子看做我们可以考虑的大量气体中的原子;每个原子的平均速度是相同的,但在任何时刻总是有些原子的运动快点而有些则慢点。

必须用朝向双缝的光子。因为它们不是以精确相同的方式运动,有些穿过这个缝,有些穿过那个缝,并且一旦通过,个别的变化就足以使它们在稍微不同的路径穿过导波场,到达屏幕上不同的地方并因此产生必要的干涉图样。犹如在草地上实际发生的那样,你用同样的速度和方向打击一系列的高尔夫球,但某些微小的变化总是不可避免的。那么每个球会沿着稍微有所不同的轨迹,有些比较远,有些不那么远,有些偏左,有些偏右。如果你击打100个这样的高尔夫球,它们停止的地点会形成一个图样,这图样反映它们正好滑过的草地的波动。玻姆理论说明双缝实验中的干涉之方式如下:导波模型作为高尔夫球场的绿色表面起作用,传送任何以可预言的路径穿过它的光子;但是诸光子都有稍许不同的初始运动,所以它们停在不同的地方,产生一个图样而不是一个亮点。

这理论实际上是把量子力学建立在古典的基础之上。每件事都是确定论的。每个光子遵循一条可预言的路径,只是因为你没有关于每一个光子运动的精确知识,以致你必须以概率来描述它们将停在哪里。精确而未知的光子动量和方向组成理论的“隐变量”。如果你知道它们是什么,那么你就能绝对准确地预言每一个光子的路径。所以,正如在气体原子的古典理论中那样,概率只不过是无知的结果,而不是自然界的基本事实。对于这类事情爱因斯坦总是很乐观。听起来很令人动心,不是吗?

那么为什么物理学家们一般都不接受玻姆的理论呢?

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