主题：【译】量子不确定性和非定域性的背后隐藏着更深层的原理吗? -- 衲子

"Do Deeper Principles Underlie Quantum Uncertainty and Nonlocality?" by

Charles Seife

Science, Vol 309, Issue 5731, 98 , 1 July 2005

http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/309/5731/98

量子不确定性和非定域性的背后隐藏着更深层的原理吗？

“量子力学很了不起,” 爱因斯坦在1926年写道，“但是一个内心的声音告诉我，它还不是那个真正的东西。” 随着量子论的逐渐成熟，这个声音虽然益发微弱，但却从未消失。夹杂在赞美量子论的大合唱之中,一直有股疑虑的窃窃私语之声。

量子理论诞生于19世纪末，并迅速成为现代物理学的支柱之一。 它能以难以置信的精度描绘极微细物体诸如原子、电子和其它微观世界中形形色色的怪物的奇异的、有违直觉的行为。然而这种成功带来的代价却是困惑不安。量子力学的方程表现优异；但看上去毫不合理。

不管你如何看待量子论的方程，它们总能允许微小物体以违反我们直觉的方式运作。譬如，这个物体可以处在“叠加”的状态：它能同时具备两种互斥的特性。根据量子理论，只要一个原子不被干扰、不被观测，它便能在同一瞬间处于一个盒子的左半边和右半边。一旦观测者打开盒子试图确认那个原子在哪儿，这个叠加态就会塌缩，原子立刻“选择”到底是处于左边还是右边。

这个想法在今天还是与它在80年前一样地令人感到困惑不安。那时，薛定谔描述了一个既死又活的猫，借以讥讽叠加态。那是因为量子理论改变了“是”的含义。在经典世界中，物体有可靠的实在性：即使一团气体也能用无数有着良好定义的速度与位置的小硬球来描述。而量子理论破坏了这种实在性。事实上，根据那个从量子理论的数学公式中导出的大名鼎鼎的不确定性原理，物体的位置和动量是模糊不清的。获得这两者中关于某一个的确切的信息，就意味着丧失关于另一个的信息。

早期的量子物理学家是这样看待这个非实在性的，他们认为那些被量子理论的方程所描述的物体并不是具备外表的实在性的粒子，而是一种“几率波”, 只有在受到测量时才摇身一变而成为“实在”。因此，原先传统意义上所谓的“X是Y”其实并不具备客观实在性，只有当被观测到时才有意义。如果你愿意接受这种说法，即：现实并非实实在在的客体，而只是几率波，那么这个叫做哥本哈根诠释是合理的。但即便如此，它仍不能很好地解释量子理论的另一个怪异之处：非定域性。

[图: 一个鸡蛋,既在此处,又在彼处？]

爱因斯坦于1935年提出了一个有悖常理的场景[1]。在他的思维实验中，两个粒子反向飞离，最终到达一个星系遥远的两端。假设这两个粒子始终处于“纠缠”态, 这就是说,它们在量子力学的意义上是心心相印的，一个粒子能立即感应到它的孪生兄弟所发生的一切，那么在测量一个粒子时，另一个马上也被这个测量行为所影响，好象这对孪生子能够穿越浩淼的空间神秘地进行瞬时通信一样。这个“非定域性”是量子论的一个数学推论，并已获实验验证。这种幽灵似的相互作用显得可以藐视时空的限制。理论上，在粒子的纠缠态已被测量到后，它们仍能处于纠缠态中。

在一个层面上，量子论的古怪特性根本不是个问题。它的数学框架是健全的，并能很好地描述所有那些奇异现象。如果我们人类不能想象一个对应于量子方程的物理现实，那又有什么可大惊小怪的呢？ 这种态度被称为量子力学的“闭嘴计算”诠释。 但对别人而言，我们直觉上理解量子论的难度暗示了有某些更进一步的真理尚未被人了解。

一些持这第二种观点的物理学家正在忙于尝试设计实验，以期能触及量子理论古怪特性的核心。他们正一点点地测试是什么导致量子叠加态的塌缩。这种研究或许能揭示测量行为在量子理论中到底扮演了何种角色，以及回答为何大的物体相比小的物体会表现迥异。 另一些人则想方设法地检验各种对于量子怪异性的解释，譬如“多世界”诠释，它假设存在着许多平行宇宙，借此来解释叠加态、纠缠、以及其它各种量子现象。通过这种种努力，科学家也许有望最终驱散当年萦绕在爱因斯坦心头，致使他宣称“[上帝]并不掷骰子”的那种困惑不安。

－－

[1] 即EPR佯谬。另见不爱吱声的雄文：

《从“EPR悖论”和“薛定谔猫悖论”想到的》

http://www.cchere.com/article/116574

• 【注意】25个《科学》问题---------西西河科普征稿活动及最新文章合集
• 我来小结一下
• 科学征文小结――截止23日5:53pm
• 25个《科学》问题翻译