按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
设无限远的势能是0，那么当物体靠近后因为引力做功使得其势能为负值），所以在短时
间内凭空生出的物质能量，它们之间又可以形成引力场，其产生的负能量正好和它们本身
抵消，使得总能量仍然保持为0，不破坏守恒定律。这样，物质就真的从一无所有中产生
了。
许多人都相信，我们的宇宙本身就是通过这种机制产生的。量子效应使得一小块时空突然
从根本没有时空中产生，然后因为各种力的作用，它突然指数级地膨胀起来，在瞬间扩大
到整个宇宙的尺度。MIT的科学家阿伦？古斯（Alan Guth）在这种想法上出发，创立了宇
宙的“暴涨理论”（Inflation）。在宇宙创生的极早期，各块空间都以难以想象的惊人
速度暴涨，这使得宇宙的总体积增大了许多许多倍。这就可以解释为什么今天它的结构在
各个方向看来都是均匀同一的。
暴涨理论创立以来也已经出现多个版本，不过很难确定地证实这个理论究竟是否正确，因
为宇宙毕竟不像我们的实验室可以随心所欲地观测研究。但大多数物理学家对其还是偏爱
的，认为这是一个有希望的理论。1998年，古斯还出版了一本通俗的介绍暴涨的书，他最
爱说的一句话是：“宇宙本身就是一顿免费午餐。”意思是宇宙是从一无所有中而来的。
不过，假如再苛刻一点，这还不能算严格的“无中生有”。因为就算没有物质，没有时间
空间，我们还有一个前提：存在着物理定律！相对论和量子论的各种规则，比如不确定原
理本身又是如何从无中生出的呢？或者它们不言而喻地存在？我们越说越玄了，这就打住
吧。
上帝掷骰子吗——量子物理史话（7…3）
版权所有：castor_v_pollux 原作 提交时间：2003…11…12 18：58：42
第七章 不确定性
三
当海森堡完成了他的不确定性原理后，他迅即写信给泡利和远在挪威的玻尔，把自己的想
法告诉他们。收到海森堡的信后，玻尔立即从挪威动身返回哥本哈根，准备就这个问题和
海森堡展开深入的探讨。海森堡可能以为，这样伟大的一个发现必定能打动玻尔的心，让
他同意自己对于量子力学的一贯想法。可是，他却大大地错了。
在挪威，玻尔于滑雪之余好好地思考了一下波粒问题，新想法逐渐在他脑中定型了。当他
看到海森堡的论文，他自然而然地用这种想法去印证整个结论。他问海森堡，这种不确定
性是从粒子的本性而来，还是从波的本性导出的呢？海森堡一愣，他压根就没考虑过什么
波。当然是粒子，由于光子击中了电子而造成了位置和动量的不确定，这不是明摆的吗？
玻尔很严肃地摇头，他拿海森堡想象的那个巨型显微镜开刀，证明在很大程度上不确定性
不单单出自不连续的粒子性，更是出自波动性。我们在前面讨论过德布罗意波长公式λ=
h/mv，mv就是动量p，所以p= h/λ，对于每一个动量p来说，总是有一个波长的概念伴随
着它。对于E…t关系来说，E= hν，依然有频率ν这一波动概念在里面。海森堡对此一口
拒绝，要让他接受波动性可不是一件容易的事情，对海森堡的顽固玻尔显然开始不耐烦了
，他明确地对海森堡说：“你的显微镜实验是不对的”，这把海森堡给气哭了。两人大吵
一场，克莱恩当然帮着玻尔，这使得哥本哈根内部的气氛闹得非常尖锐。从物理问题出发
，后来几乎变成了私人误会，以致海森堡不得不把写给泡利的信要回去以作出澄清。最后
，泡利本人亲自跑去丹麦，这才最后平息了事件的余波。
对海森堡来说不幸的是，在显微镜问题上的确是他错了。海森堡大概生来患有某种“显微
镜恐惧症”，一碰到显微镜就犯晕。当年，他在博士论文答辩里就搞不清最基本的显微镜
分辨度问题，差点没拿到学位。这次玻尔也终于让他意识到，不确定性是建立在波和粒子
的双重基础上的，它其实是电子在波和粒子间的一种摇摆：对于波的属性了解得越多，关
于粒子的属性就了解得越少。海森堡最后终于接受了玻尔的批评，给他的论文加了一个附
注，声明不确定性其实同时建筑在连续性和不连续性两者之上，并感谢玻尔指出了这一点
。
玻尔也在这场争论中有所收获，他发现不确定原理的普遍意义原来比他想象中的要大。他
本以为，这只是一个局部的原理，但现在他领悟到这个原理是量子论中最核心的基石之一
。在给爱因斯坦的信中，玻尔称赞了海森堡的理论，说他“用一种极为漂亮的手法”显示
了不确定如何被应用在量子论中。复活节长假后，双方各退一步，局面终于海阔天空起来
。海森堡写给泡利的信中又恢复了良好的心情，说是“又可以单纯地讨论物理问题，忘记
别的一切”了。的确，兄弟阋于墙，也要外御其侮，哥本哈根派现在又团结得像一块坚石
了，他们很快就要共同面对更大的挑战，并把哥本哈根这个名字深深镌刻在物理学的光辉
历史上。
不过，话又说回来。波动性，微粒性，从我们史话的一开始，这两个词已经深深困扰我们
，一直到现在。好吧，不确定性同时建立在波动性和微粒性上……可这不是白说吗？我们
的耐心是有限的，不如摊开天窗说亮话吧，这个该死的电子到底是个粒子还是波那？
粒子还是波，真是令人感慨万千的话题啊。这是一出300年来的传奇故事，其中悲欢起落
，穿插着物理史上最伟大的那些名字：牛顿、胡克、惠更斯、杨、菲涅尔、傅科、麦克斯
韦、赫兹、汤姆逊、爱因斯坦、康普顿、德布罗意……恩恩怨怨，谁又能说得明白？我们
处在一种进退维谷的境地中，一方面双缝实验和麦氏理论毫不含糊地揭示出光的波动性，
另一方面光电效应，康普顿效应又同样清晰地表明它是粒子。就电子来说，玻尔的跃迁，
原子里的光谱，海森堡的矩阵都强调了它不连续的一面，似乎粒子性占了上风，但薛定谔
的方程却又大肆渲染它的连续性，甚至把波动的标签都贴到了它脸上。
怎么看，电子都没法不是个粒子；怎么看，电子都没法不是个波。
这该如何是好呢？
当遇到棘手的问题时，最好的办法还是问问咱们的偶像，无所不能的歇洛克？福尔摩斯先
生。他是这样说的：“我的方法，就建立在这样一种假设上面：当你把一切不可能的结论
都排除之后，那剩下的，不管多么离奇，也必然是事实。”（《新探案？皮肤变白的军人
》）
真是至理名言啊。那么，电子不可能不是个粒子，它也不可能不是波。那剩下的，唯一的
可能性就是……
它既是个粒子，同时又是个波！
可是，等等，这太过分了吧？完全没法叫人接受嘛。什么叫“既是个粒子，同时又是波”
？这两种图像分明是互相排斥的呀。一个人可能既是男的，又是女的吗（太监之类的不算
）？这种说法难道不自相矛盾吗？
不过，要相信福尔摩斯，更要相信玻尔，因为玻尔就是这样想的。毫无疑问，一个电子必
须由粒子和波两种角度去作出诠释，任何单方面的描述都是不完全的。只有粒子和波两种
概念有机结合起来，电子才成为一个有血有肉的电子，才真正成为一种完备的图像。没有
粒子性的电子是盲目的，没有波动性的电子是跛足的。
这还是不能让我们信服啊，既是粒子又是波？难以想象，难道电子像一个幽灵，在粒子的
周围同时散发出一种奇怪的波，使得它本身成为这两种状态的叠加？谁曾经亲眼目睹这种
恶梦般的场景吗？出来作个证？
“不，你理解得不对。”玻尔摇头说，“任何时候我们观察电子，它当然只能表现出一种
属性，要么是粒子要么是波。声称看到粒子…波混合叠加的人要么是老花眼，要么是纯粹
在胡说八道。但是，作为电子这个整体概念来说，它却表现出一种波…粒的二像性来，它
可以展现出粒子的一面，也可以展现出波的一面，这完全取决于我们如何去观察它。我们
想看到一个粒子？那好，让它打到荧光屏上变成一个小点。看，粒子！我们想看到一个波
？也行，让它通过双缝组成干涉图样。看，波！”
奇怪，似乎有哪里不对，却说不出来……好吧，电子有时候变成电子的模样，有时候变成
波的模样，嗯，不错的变脸把戏。可是，撕下它的面具，它本来的真身究竟是个什么呢？
“这就是关键！这就是你我的分歧所在了。”玻尔意味深长地说，“电子的‘真身’？或
者换几个词，电子的原型？电子的本来面目？电子的终极理念？这些都是毫无意义的单词
，对于我们来说，唯一知道的只是每次我们看到的电子是什么。我们看到电子呈现出粒子
性，又看到电子呈现出波动性，那么当然我们就假设它是粒子和波的混合体。我一点都不
关心电子‘本来’是什么，我觉得那是没有意义的。事实上我也不关心大自然‘本来’是
什么，我只关心我们能够‘观测’到大自然是什么。电子又是个粒子又是个波，但每次我
们观察它，它只展现出其中的一面，这里的关键是我们‘如何’观察它，而不是它‘究竟
’是什么。”
玻尔的话也许太玄妙了，我们来通俗地理解一下。现在流行手机换彩壳，我昨天心情好，
就配一个shining的亮银色，今天心情不好，换一个比较有忧郁感的蓝色。咦奇怪了，为
什么我的手机昨天是银色的，今天变成蓝色了呢？这两种颜色不是互相排斥的吗？我的手
机怎么可能又是�