量子力学揭示的世界本质.pdf

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量子力学揭示的世界本质 似是故人来。 “即使在理论上,我们也无法获得一个电 子的不在场证明! ”——赫尔曼· 韦尔,《群理论和量子力学》 (1950 )不知道大家有没有听过下面这个故事?法国西南部 比利牛斯山山麓有一个名叫阿尔蒂加的小村庄,村里生活着 一个名叫马丁·盖尔的人,他有一位新婚妻子,还有刚出生 的幼子。 1548 年,马丁·盖尔被他的亲生父母指控偷窃,随 后便离家出走。八年后,他的双亲过世,盖尔回到村中,与 家人团聚。又过了三年,盖尔和妻子贝特兰黛有了另两个孩 子。一切都很顺利,直到有一天,一名外籍士兵出现在小镇 上,他指控这名回家的男子并不是真正的马丁·盖尔,而是 一名冒名顶替者,他的真名是阿雷诺·杜·汀。指控者声称 他曾与盖尔在西班牙军中并肩作战,盖尔在一次战役中失去 了一条腿。贝特兰黛对这个指控无动于衷,相信与她生活在 一起的这个男人就是她丈夫。但是不久后,盖尔的叔叔和贝 特兰黛的继父站到了这名外籍士兵一边,指控这个男人假冒 盖尔的身份, 并把他送上了审判台。 假如电子能够加以区分, 一切都会陷入混沌。这是一个耳熟能详的故事——它拍过电 影,写过音乐,编入过历史小说和电视系列片——因为它击 中了我们的神经:假如我们的身份识别出现问题会怎样。我 们如何才能认出谁是谁,即使他是我们身边的人?我们怎样 才能确信我们是谁?在一个变化着的世界里,身份识别又意 味着什么?早期的哲学家有他们的答案:每个人都有独立的 灵魂,我们的身体不过是被看不见的自我操控的提线木偶。 但科学不这么认为,科学要在我们体内找到可供识别的东 西:显微镜下,科学家追逐着还原论者的梦想。肯定有什么 能够让我们加以区别。那应该是一种不折不扣的,由分子和 原子构建的基础性标志。而这条路,其实并不怎么可靠。假 如站在被告席上的不是盖尔: 他的脸, 他的皮肤, 他的毛孔, 直至他最基本的构成,比如:电子?这是盖尔的基本结构之 一。假如我们审判的是一堆电子,情况又当怎样?真爱?: 杰拉德·德帕迪约和娜塔莉·贝在 1982 年的电影中,演绎 了马丁·盖尔和他妻子贝特兰黛的故事。德帕迪约扮演了假 冒的盖尔。 Jacky COOLEN / Gamma-Rapho (华盖创意)也 许我们可以嘲笑审讯基本粒子的古怪行为。也许我们可以对 此加以讽刺。但让我们先忘掉这一切。气氛紧张。被告背负 着严重的欺诈指控。让我们看看接下去会怎样。法官挥舞着 木槌试图让法庭保持秩序。十二位陪审员正襟危坐。被告坐 立不安,辩护律师和拙劣的素描像让他倍感失望。电子,所 有电子,作为基本粒子的一种,是没有子结构的。盖尔由分 子构成,分子由原子构成,原子由基本粒子构成。而到了基 本粒子这里,就无法继续细分了,它们由“无”构成。它们 是物质世界的基本材料。电子就是一个点,不占任何空间。 每个电子只有三个属性,质量、自旋和电荷。在空间上它容 不下更多的属性。什么意思?每个电子都是其它电子的精确 影像, 它们没有丝毫的区别。 和复合的宏观物体, 比如盖尔, 或我们在生活中体验到的其它物体不同,电子不仅仅是彼此 相像,它们在本质上是完全相同的。它们可以互相替换,除 了“电子”这个标签,没有别的属性。这就会导致一种奇特 的结果。比如我们有两个基本粒子 A 和 B ,以及两个盒子。 假如我们知道这些粒子在特定时间内必然存在于一个或两 个盒子里。 如果 A 和 B 虽然相似但有区别, 就存在以下几种 可能: A 在盒子 1、B 在盒子 2,A 和 B 都在盒子 1,A 和 B 都在盒子 2 ,B 在盒子 1、A 在盒子 2 。规则告诉我们,总共 存在四种不同的可能性。 但是如果粒子 A 和粒子 B 是完全相 同的,我们的思考方式就会非常奇特, A 在盒子 1、B 在盒 子 2 ,与 B 在盒子

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