影响力如何引起能量变化：隐变量与量子力学

27.失败的功效

“导波”决定光子去什么地方的方式是十分神秘的。虽然它适合于通常的波函数，但以一个全新的方式工作。玻姆提出的波函数的数学形式，是类古典粒子运动的类古典方程，其中决定粒子运动的除了类古典力学之外，增加了玻姆所谓的“量子势”。这量子势在玻姆的理论中给出导波的起源，它是一个很不正统的东西。

的确如此。量子力学以明显新奇的方式工作，只玩弄方程的数学形式是不可能的，那些新奇东西会因此而丧失。玻姆所完成的是量子力学的新的阐述系统，在数学上如同标准理论一样，但由于重新整顿以致除了奇怪的“量子势”之外每项都看做经典的，并且量子力学的所有非古典的概念都集中于量子势。

希奇的是量子势和导波如何产生？一则它显然移动这样的光子（或粒子），它周围不存在任何我们可以看做力的东西。在双缝实验中导波被假定为引导光子的路径并使之终止在正确的地方；你可以把导波看做一个起伏的表面，它有能力移动这条路或那条路上的光子到一个适当的指定地点。但在古典物理学中，任何时候你若想移动一个粒子都必须使它受力。正如三个世纪前牛顿所认为的那样——力是相互的；有一个著名的第三定律——“作用力与反作用力相等”。如果某物对另一物施加一个力，必要的能量施用引起受力物体相反的能量变化。但你推一辆小汽车，你施加一个力，你消耗能量，这能量的一部分被转移给小汽车。

简言之，如果玻姆理论的导波是行使某种古典力的古典波，它会改变光子的能量。这种情况绝对没有发生。已穿过空虚空间并到达双缝实验屏幕的光子，其所具有的能量与最初的能量一样多。

但如果导波不施加一个力，光子又如何响应呢？很难讲。最近，玻姆已经假定，导波以某种方式携带着光子应去哪里的信息，并且光子不是某种愚钝的粒子，它能接收和“了解”这个引导信息并依其运动，有点像一个船长能接收无线电指导并依其驾船。这是一个放置在简单数学函数上的巨大的解释负载。

量子势和导波的另一个不同的非古典方面是，它们必须是“非局域的”——即它们神秘地携带和传达给光子的信息必须瞬时地从实验装置的所有部分收集起来。这类情况是不可避免的。仅仅干涉图样已经产生这一事实就必然暗示，来自不同的地方的影响相遇并相互作用。如果你想坚持光子行为得像一个纯古典粒子，仅在其特定的区域对量子势和导波有响应，那么你不得不得出这样的结论：导波自身携带着来自这装置的每个部分的信息。实际上导波必须立即探查装置的所有部分，以便能把必要的信息传给粒子。

但玻姆的理论应用于EPR实验时量子势的非局限性甚至更清楚地显露出来。然而在我们能够理解它之前，我们必须理解玻姆如何说明自旋，并且它本身原来就是一个大的问题。

此前不久，我们曾仔细地否认量子力学“自旋”间的任何太精确的联系——以及有点像旋转陀螺那样的老式的古典粒子的观念。但支撑玻姆哲学的整个思想是恢复粒子固有的和真实的属性。如果你把一个电子看做实实在在地具有自旋，以致它有点像一个旋转着的陀螺那样穿过斯特恩—革拉赫磁铁，那么你不得不得出这样的结论：自旋和磁场之间的相互作用是这样的，随机取向地进入斯特恩—革拉赫磁铁的众电子具有它们的盘旋的自旋，所以其一半成行地向上出来，而另一半向下出来。

当然，引起盘旋的东西必定是量子势，它在盘旋着的陀螺轴上施加它的神秘的影响。（量子势的形式，在这个事例中，包括来自斯特恩—革拉赫装置的磁场的影响，以致实际上量子势指示电子如何运动以响应这场。）(www.xing528.com)

这个“隐变量”观点应该是，如果你精确地知道任何一个电子的初始排布，那么你就能预言它是向上还是向下地出来，因为量子势以完全可预言的方式作用在自旋上。但是（因玻姆的理论最后等于标准解释而必定是）你永远不能发现初始排列如何，因为这要求你必须完成一次斯特恩—革拉赫测量，并使这电子自旋产生一个适当的向上或向下的回应。按这种观点，这电子自旋具有某个先在的值，但任何时候你都不能发现它。这就是它被称之为隐变量的原因。

现在考虑EPR实验中的两个分离电子的这类自旋测量，你可以认为，在一个磁铁中，当量子势旋转电子的自旋使之成为“上”，那么它必定同时旋转另一个电子的自旋使之成为“下”。量子势必须瞬间地把在一个电子上的自旋测量转变成在另一个电子自旋上的物理效应。

这种瞬时性也招致了其他的忧虑。虽然它被认为精确地再现了传统的量子力学的预言，但玻姆的理论有一个缺点：它是“非相对论的”——这意味着它所体现的时空观念得自牛顿物理学而不是爱因斯坦相对论。

问题在于，虽然玻姆必须接受瞬间物理效应的存在，经由量子势从一个电子传给另一个电子，但在相对论中“瞬间”不是一个定义好的概念。依照牛顿，时间是普遍的和不变的，并且两个同时的事件按定义，对每一个人都是同时的。

但依照爱因斯坦，发生在不同地点的事件可以被一个观察者看做同时的，而对于以某一速度在出事地点附近通过的其他人，这事件也可以在显然不同的时间发生，甚至以不同的次序发生。因为对于远离事件的时间测量同到那个事件的信号来回传输有关，然而在牛顿的宇宙里，光信号可以立即从一个地方运行到另一个地方，而在爱因斯坦的宇宙中没有任何事物快于光速，以致任何可想象的信号从一个地方到另一个地方都必须花费时间。

如果我们设想在空间中的某个地方进行大尺度的EPR实验，观察者们乘太空船以不同的速度来回游弋并监视着其进程，我们知道某些观察者可能在电子B被测量之前看到正在进行着对电子A的自旋测量，而那时其他人将看到正好相反的测量后果。

但另一方面，即使有一个直接的物理影响告诉第二个电子，当第一个电子被测量时它应该如何做，我们也不能确信必定进行的影响是哪种方式。对于哥本哈根解释来说这不成问题，因为唯一重要的是测量结果以某种方式相关，并且我们坚决抵制这样一种假定的诱惑，即假定某种影响从一个电子传递给另一个电子。只要我们坚决放弃下述的企图，即试图给波函数或测量引起的波函数“坍缩”指定一个实质的物理意义，一个测量先于或后于另一个是不成问题的。

但在玻姆的理论中，影响从一个电子到另一个电子的瞬间传递被假定是一个具有真实物理后果的真实的物理现象：当一个电子被测量时，它确实产生一个具有量子势的相互作用，影响另一个电子。然而我们如何使这个思想与下述的事实一致呢，即某些观察者会决定正在发生的从电子A到电子B的影响，而那时其他观察者会决定它走另一条路。玻姆的理论对事件的描述坚持一个对任何人都一样的客观真实性，但相对论不允许这样的同时性定义。

能否将这种理论从这种左右为难的困境中拯救出来还是未定的。还没有人能够处理爱因斯坦相对时间的理论翻版，而另一方面也不曾有人证明（且不怀疑那个左右为难可能是根本性的，这样的一个理论不能被建成）。