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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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