物理学领域的难言之隐

量子力学获得了惊人的成功，至今没有一项理论预言是错的。全球经济的三分之一依赖于以此为基础的产品。然而，我们对量子理论所要求的世界观的陌生程度可能远远超乎我们的想象。让我们来看看为什么是这样。

我们大多数人都有这样一些常识性的直觉：一个对象不可能同时处在分开的两地。显然，一个人在这里决定做什么不可能立即影响到远离此地的某个地方发生的事情。我们也不会认为“那里”的真实世界与我们是否看到它有关系。量子力学则挑战这些直觉。若什（J.M.Jauch）告诉我们：“对于许多有思想的物理学家来说，（量子力学的深层含义）还是像家丑那样的难言之隐。”

我们从困扰爱因斯坦的量子理论开始叙述。什么是量子理论呢？量子理论是一种在20世纪早期发展起来的、用于解释原子行为机制的理论。在早期，人们发现，一个物体的能量可以按某个离散量的大小即量子来改变，因此描述这种行为的理论被称为“量子力学”。“量子力学”既包括实验观察也包括量子理论对观察结果的解释。

量子理论是每一门自然科学——从化学到宇宙学——的基础。我们需要量子理论来理解为什么阳光普照，电视机是如何产生图像的，为什么草是绿的，以及宇宙是如何从大爆炸演化而来的。现代技术就是建立在基于量子理论所设计的器件之上的。

前量子理论物理学，或称“经典力学”或“经典物理学”，有时也称“牛顿物理学”，是一种用来描述比分子大得多的物体的绝好的近似理论，它对物体的处理通常要比量子理论简单得多，但它只是一种近似处理。对于由原子构成的一切事物，它无能为力。尽管如此，经典物理学却是我们的传统智慧——牛顿世界观——的基础，尽管我们现在知道这个古典的世界观在根本上是有缺陷的。

自古以来，哲学家一直对物理实在的性质进行着深奥的猜测。在量子力学之前，人们拒绝这样的理论性思考，而采取一种简单的、常识性世界观，具有逻辑上的必然性。今天，量子实验否定了这种常识性的物理实在。它不再是一种合理的选择。

量子力学建议的世界观与科学之外的东西可能有关联吗？对此请考虑两个确实有这类相关性的早期发现：否定了地球是宇宙中心的哥白尼理论和达尔文的进化论。在某种意义上，量子力学与外界的相关性要比哥白尼或达尔文的思想更直接，后者处理的是与遥远之外或很早以前的联系，而量子理论研究的是这里和现在，它甚至与我们人类的本质——我们的意识——相联系。

那么，为什么量子力学没有像那些早期的思想那样对人类产生知识上和社会性的影响呢？这也许是因为这些早期思想较容易理解，7从而也更易为人们所相信的缘故。你可以用几句话大致总结哥白尼或达尔文的影响。至少对现代人来说，这些理论都好理解。但如果你尝试总结量子理论的影响，你所得到的结论听上去则有一种神秘感。

不管怎样，这里我们试着粗略总结一下：量子理论告诉我们，对一物的观察可以瞬间影响到遥远距离之外的另一个物体的行为，即使二者间不存在任何连接。这些作用就是爱因斯坦所称的“幽灵作用”，但现在它们已被证明是真实存在的。量子理论还告诉我们，一个物体可以同时出现在两个地方。只有在对其观察后我们才能发现它恰好在某个特定的地方。因此，量子理论否认存在一个独立于观察的物理实在世界。（我们将看到，“观察”是一个棘手且有争议的概念。）

奇怪的量子现象只有在小物体上才能得到直接验证。经典物理学能够在近似程度极高的水平上描述大物体的合理行为。但大物体是由小物体组成的。因此作为一种世界观，经典物理学对于微观世界是行不通的。

经典物理学可以相当好地解释世界，它只是不能处理“细节”。而量子物理学则能够完美地处理“细节”，但它恰恰无法解释世界。因此你可以知道为什么爱因斯坦感到不安。

现代量子理论的创始人之一薛定谔曾通过他的著名的猫故事来强调量子理论所述东西的“荒谬性”。根据量子理论，这只未观测到的薛定谔猫既是死的也是活的，直到你对它的观察使得它要么死掉要么活着，二者择一。这里有些东西更难接受：如果发现猫死了，那么这个发现便产生出其尸僵发展的历史；如果发现它活着，则这个发现触发了其饥饿的历史。时间上总是倒回去的。

量子理论所包含的谜团已经使物理学家为此奋斗了80年。这期间，尽管形成了特定的专业知识，培养了天才的物理学家，但并不能保证目前的理解就非常可靠。因此，我们这些物理学家只能以谦虚的方式来处理这个问题，尽管我们发现这很难。

值得注意的是，要讲清楚什么是量子之谜，基本上无须涉及太多的物理学背景。那是不是有可能某个在量子理论方面未经多年训练的人就能提出新的见解？只有小孩子才会指出皇帝没穿衣服。