作者：亞馬遜的蝴蝶（Butterfly_of_Amazon）

上一篇寫了《量子力學(xué)之華山論劍》楷力，說到圍繞哥本哈根解釋中的因果性和客觀性問題，愛因斯坦和玻爾展開了長達(dá)二十多年的論戰(zhàn)僻他，直到兩位科學(xué)巨人先后離世，爭論依然沒有結(jié)果腊尚。

今天詳細(xì)講講他們爭論的到底是什么吨拗。

在開始寫之前，先說兩句為什么要寫這篇文章婿斥。不感興趣的朋友可以直接跳過劝篷，不影響對文章的閱讀。

科學(xué)是我們理解世界的重要工具民宿，而宗教娇妓、哲學(xué)與科學(xué)最終應(yīng)是相容而不是相悖的，因此活鹰，對理解世界最具沖擊力的量子物理哈恰，值得每個(gè)人花時(shí)間去了解。但是網(wǎng)上關(guān)于量子物理的科普文章非常多志群，我寫這樣的文章有意義嗎着绷？結(jié)合我自己的經(jīng)歷，我認(rèn)為有赖舟。

非專業(yè)人員在學(xué)習(xí)量子物理的過程中會遇到很多困難蓬戚。如果通過專業(yè)書籍去學(xué)習(xí)，由于缺少系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)宾抓，加上無人答疑解惑子漩，困難無疑是巨大的，并且也沒有必要石洗；如果通過科普文章去了解幢泼，一般會遇到兩種情況，一種是文章偏向于講故事讲衫，很吸引人但缺少深入分析缕棵，看完還是不懂孵班，一種是文章太專業(yè)，閱讀難度很大招驴，在很多概念和關(guān)鍵點(diǎn)處會卡殼篙程。希望我的文章在這方面有所改進(jìn)，我也自信有能力做這樣的嘗試别厘。

首先虱饿，我自認(rèn)為具備一些科學(xué)素養(yǎng)，懂得尊重科學(xué)触趴。雖然從事的不是物理相關(guān)專業(yè)氮发，但科學(xué)的精神和態(tài)度已經(jīng)融入了我的思維和習(xí)慣，也掌握了一些科學(xué)的方法冗懦、知識和能力爽冕。這些能保證我的文章是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模惶菀壮霈F(xiàn)“民科”式的自說自話披蕉。
其次颈畸，我每次寫文章，都是帶著問題先去學(xué)習(xí)嚣艇，思考明白了再動筆承冰，因此知道一般讀者的困惑在哪里，怎么才能寫清楚食零。
最后困乒，我給文章的定位是“比科普深入，比論文淺顯”贰谣。學(xué)生時(shí)代物理和數(shù)學(xué)是我的強(qiáng)項(xiàng)娜搂，必要時(shí)我會加入一些簡單的計(jì)算和推導(dǎo)，可能不如科普文章有趣吱抚，但會適合想更多了解深層原理的非專業(yè)讀者百宇。

畢竟是邊學(xué)邊寫，如有錯(cuò)誤秘豹，還望包涵并指正携御。

上篇文章提到：波恩的概率解釋、海森堡的不確定性原理和玻爾的互補(bǔ)原理共同構(gòu)成了量子論“哥本哈根解釋”的核心既绕，前兩者摧毀了經(jīng)典世界的嚴(yán)格因果性啄刹，互補(bǔ)原理和不確定性原理搗毀了世界的絕對客觀性。

以愛因斯坦為代表的經(jīng)典學(xué)派無法接受物理世界沒有嚴(yán)格的因果性和客觀性凄贩，他們認(rèn)為哥本哈根理論“不一定是錯(cuò)誤的誓军，但一定是不完備的”，有必要找出問題在哪兒疲扎，用一個(gè)更好的理論替代它昵时，把物理學(xué)拉回到正常的可理解的狀態(tài)中來捷雕。

那么經(jīng)典學(xué)派和哥本哈根學(xué)派關(guān)于因果性和客觀性的爭論具體體現(xiàn)在哪些方面？我舉兩個(gè)相對容易講明白的例子壹甥。

一救巷、不確定性原理

海森堡指出：粒子的動量（如果對動量不了解，可以把它理解成速度）與位置無法同時(shí)準(zhǔn)確測量盹廷，動量測量得越精確征绸，位置的測量誤差就會越大，反過來俄占，位置測量得越精確，動量的測量誤差就會越大淆衷，兩者誤差的乘積必定大于h/4π（h是普朗克常數(shù)缸榄，數(shù)值非常小，為6.626×10^-34焦耳秒）祝拯。所有成對的物理量甚带，比如能量與時(shí)間，都存在這種情況佳头。這就是不確定性原理鹰贵，最初被譯為測不準(zhǔn)原理，由海森堡在1927年提出康嘉。

直覺告訴經(jīng)典學(xué)派：誤差是測量手段不足造成的碉输，隨著測量水平的提高，誤差會越來越小亭珍，最終一定能突破測不準(zhǔn)原理所說的極限敷钾。

但海森堡說：“不可能，這個(gè)極限是理論造成的肄梨，無論怎樣改進(jìn)測量方法和提升測量手段阻荒，都不可能突破”。

關(guān)于測量方法上的爭論众羡，短時(shí)無法判定對錯(cuò)侨赡，姑且認(rèn)為測不準(zhǔn)原理是對的。

經(jīng)典學(xué)派接著說：“雖然測不準(zhǔn)粱侣，但實(shí)際上粒子每時(shí)每刻是有確定的動量和位置的（即：客觀性羊壹，也稱實(shí)在性），只是無法同時(shí)精確測量而已”甜害。

但海森堡說：“不是的舶掖，在測量前，粒子沒有確定的動量和位置”（因此“測不準(zhǔn)原理”后來改譯為“不確定性原理”尔店，因?yàn)樾旅指鼙磉_(dá)這條原理的普適性眨攘，減少誤解）主慰。

經(jīng)典學(xué)派：“‘在測量前，電子沒有確定的動量和位置’鲫售？這句話是什么意思”共螺？

海森堡：“對于具體的電子，我也不知道是什么意思情竹，大概...也許...可能...是多種狀態(tài)疊加在一起的意思吧”藐不。

是不是很費(fèi)解？我們對世界的理解是基于類比和推理的秦效，比如：我們認(rèn)為兩點(diǎn)之間直線最短雏蛮，是因?yàn)槲覀兡苡贸咦恿浚茨臈l線所需刻度最少阱州，能走路試試挑秉，看哪條線所需時(shí)間最短。但我們無法找到可以類比海森堡所說情形的事物苔货，直覺和習(xí)慣告訴我們“動量和位置就在那里”犀概。

也許有人會說：“討論‘動量和位置在測量前到底有還是沒有’這個(gè)問題沒有意義，因?yàn)榉凑裏o法知道”夜惭。其實(shí)不是的姻灶，這不是一個(gè)形而上學(xué)的問題，科學(xué)有辦法把它納入到體系中诈茧，不同的理解可以推導(dǎo)出不同的結(jié)論产喉，并且這些結(jié)論可以通過觀測驗(yàn)證。這一點(diǎn)將在下一篇文章中詳細(xì)描述若皱。

這是經(jīng)典學(xué)派與哥本哈根學(xué)派關(guān)于量子世界客觀性的爭論镊叁。下面由此引申出對量子世界定域性的爭論。

二走触、EPR佯謬

1935年晦譬，愛因斯坦和波多爾斯基、羅森共同發(fā)表一篇論文互广，名為《量子力學(xué)對物理實(shí)在的描述可能是完備的嗎》敛腌，提出一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)：兩個(gè)處于量子糾纏態(tài)的粒子，從原點(diǎn)出發(fā)分別向兩個(gè)相反方向飛去惫皱。當(dāng)測得粒子1的坐標(biāo)為x⁰后像樊，即可推斷粒子2的坐標(biāo)為-x⁰，測得粒子1的動量為p⁰旅敷，即可推斷粒子2的動量為-p⁰生棍。這是量子糾纏態(tài)特性所決定的，已被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)（不過實(shí)驗(yàn)用的不是動量和位置這種不方便測量的連續(xù)量媳谁，而是自旋涂滴、偏振方向等離散量）友酱，經(jīng)典學(xué)派和哥本哈根學(xué)派對于這一點(diǎn)不存在爭議，爭議在于對它的解釋柔纵。

愛因斯坦認(rèn)為：兩個(gè)糾纏態(tài)的粒子從飛出的瞬間缔杉，已經(jīng)“約定好”之后的行為，包括每時(shí)每刻的動量和位置搁料。測量粒子1的動量或位置后或详，基于“粒子2與粒子1速度大小相等、方向相反”這一糾纏態(tài)特性郭计，即可知道粒子2的動量或位置霸琴。而哥本哈根學(xué)派認(rèn)為：在測量前，粒子沒有確定的動量和位置拣宏，只在測量的那一刻才被測量所確定沈贝，完成對粒子1測量的同時(shí)，基于“粒子2與粒子1速度大小相等勋乾、方向相反”這一糾纏態(tài)特性，即可推斷粒子2的動量或位置嗡善。

注意“被測量所確定”這一描述辑莫，論文正是抓住這一點(diǎn)，進(jìn)一步提出：根據(jù)愛因斯坦的相對論罩引，任何信息傳播的速度不能超過光速（即：定域性）各吨，而這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，按照哥本哈根理論袁铐，當(dāng)兩個(gè)粒子飛出很久揭蜒，相隔足夠遠(yuǎn)時(shí)，由于粒子1的動量或位置是被測量所確定的剔桨，那粒子2怎么能夠在粒子1被測量的瞬間知道自己的動量或位置應(yīng)該為何值呢屉更？除非兩個(gè)粒子之間存在違反定域性的超距作用來互通信息。哥本哈根理論要想不違反定域性洒缀，就必須拋棄不確定性瑰谜，接受實(shí)在性，也就是無論測不測量树绩，每時(shí)每刻粒子都有確定的動量和位置萨脑，這就是EPR佯謬。

玻爾寫了一篇同名論文進(jìn)行反駁饺饭，發(fā)表在《物理評論》上渤早。總結(jié)玻爾的回答瘫俊，大致意思是：由于量子糾纏鹊杖，整體系統(tǒng)的某種物理性質(zhì)具有不可分性悴灵，并且這種不可分性與空間無關(guān)。在測量前仅淑，兩個(gè)互相糾纏的粒子無論相距多遠(yuǎn)都必須是一個(gè)互相關(guān)聯(lián)的整體称勋，連兩個(gè)獨(dú)立的粒子都是不存在的，更談不上單個(gè)粒子的客觀的物理狀態(tài)涯竟。正因?yàn)樗鼈儽臼菂f(xié)調(diào)的一體赡鲜，所以相互之間無需傳遞什么信號。

從玻爾的回答看庐船，他在堅(jiān)持否認(rèn)實(shí)在性的同時(shí)银酬，暗示了超距作用的存在，因?yàn)樗f“不可分性與空間無關(guān)”筐钟。但需要注意揩瞪，他并沒有否認(rèn)定域性。相對論所要求的定域性限制的是經(jīng)典信息超光速傳輸篓冲，而玻爾認(rèn)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中并不存在經(jīng)典信息的傳輸李破，因?yàn)榱孔蛹m纏中的粒子“本是協(xié)調(diào)的一體，相互之間無需傳遞信號”壹将。但是什么決定了跨空間的不可分性嗤攻，不得而知。

關(guān)于信息傳輸诽俯，有必要單獨(dú)寫一段：

經(jīng)典信息傳輸指的是消息的傳遞或物質(zhì)的傳送妇菱，一方要從另一方獲取原本不知道的消息或原本沒有的物質(zhì)，定域性限制的是這類傳送的速度暴区。而玻爾認(rèn)為糾纏的兩個(gè)粒子是一個(gè)整體闯团，測量粒子1的速度或位置不是決定粒子2的速度或位置的原因，所有這些只不過是整體系統(tǒng)應(yīng)有的狀態(tài)仙粱，兩個(gè)粒子間無需相互通信房交。

下面舉個(gè)例子：
有一對夫妻，丈夫常年不歸家缰盏，妻子一怒之下提出離婚涌萤。丈夫?yàn)榱硕惚茈x婚，逃到距離地球4.3光年的人馬座口猜。法院缺席判決離婚负溪。判決下達(dá)的那一刻，丈夫即由已婚狀態(tài)變?yōu)槲椿榧醚祝m然他最快也得4.3年后才能得到法院做出判決的消息川抡，但不妨礙他已經(jīng)成為單身漢的事實(shí)，他與前妻糾纏的狀態(tài)也至此結(jié)束。
這里崖堤，法院判決的消息傳輸就是經(jīng)典信息傳輸侍咱，受到定域性限制，最快也得4.3年才能到達(dá)人馬座密幔。而夫妻婚姻狀態(tài)的變化卻是超距的楔脯，瞬間可達(dá)雙方，但這沒有實(shí)際的消息傳遞胯甩。

劉慈欣的小說《三體》中昧廷，距離地球4光年的三體人在地球部署“智子”，利用量子糾纏實(shí)現(xiàn)對地球的實(shí)時(shí)監(jiān)視偎箫，實(shí)際上是不可能做到的木柬。

玻爾的回答顯然不能讓愛因斯坦?jié)M意，愛因斯坦將玻爾描述的量子行為嘲諷為“鬼魅般的超距作用”淹办，同時(shí)對概率解釋也多有評論眉枕，認(rèn)為它只是一種統(tǒng)計(jì)近似的理論，可能存在某種描述大自然的怜森、尚未被發(fā)現(xiàn)的完備理論速挑，可以給出變量來對應(yīng)每個(gè)物理實(shí)在要素。這種完備理論稱為隱變量理論副硅。

關(guān)于隱變量理論以后有時(shí)間再細(xì)說梗摇，我們回到爭論上來。EPR佯謬中兩人的解釋似乎無法分出對錯(cuò)想许，因?yàn)閮扇硕颊J(rèn)可最終的結(jié)果逢捺，只是對過程的解釋不同寿烟，可是誰也無法在這個(gè)過程中插入檢測點(diǎn)來做判斷嚎京。難道這次論戰(zhàn)將成為永遠(yuǎn)無法判決的懸案嗎忘分？

下一篇《愛因斯坦和玻爾的爭論最后誰贏了》再敘胚膊。

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