第2章　造訪納根帕克——一個量子寓言

與其做得過火，不如做個徹底。

——G. I.葛吉夫^[1]

我們要在幾章之后才會遇到量子力學所帶來的謎團。這里我們不妨先看一個悖論。以今天的技術，我們只能在微小物體上顯現(xiàn)量子謎團，但實際上量子力學適用于一切物理對象。

我們先來講個物理學家訪問納根帕克的故事。這是一個虛擬的地方，它有一種神奇的技術，可以借助于大的物體（男人和女人）而不是在原子層面上來顯示類似于量子謎團的景象。這個寓言可以告訴我們一些現(xiàn)實世界中不可能取得的東西，但是要注意我們的訪客在納根帕克遇到的困惑。他的困惑正是我們這個寓言的要點。在后面的章節(jié)中，你將會遇到類似的困惑。

序幕：前往納根帕克的自信的訪客

讓我告訴你為什么我這會兒正穿著雨鞋，踩著泥巴，走在這條險道上。由于量子力學可以使大自然現(xiàn)出神秘，因此有些人會被誤導去接受超自然的愚昧。

上個月，我與一些通常很睿智的朋友在加州旅行。然而，那里的人們似乎特別容易聽信有關量子的流言。我的朋友們談到納根帕克有個叫“羅伯”的人。納根帕克是個處于高高的希馬烏拉爾山脈的村莊。他們聲稱這位薩滿^[2]可以用大的東西來顯現(xiàn)類似量子的現(xiàn)象。這顯然是荒謬的！

我向他們解釋這樣的演示是不可能的，但他們指責我是個頭腦封閉的科學家。我決定接受這個挑戰(zhàn)，前去調(diào)查一番。他們中的一位從事網(wǎng)絡業(yè)務的億萬富翁為我提供這趟行程的經(jīng)費。他承認他幾個月前剛賣了他的公司，免得走霉運。物理系的同事則勸我不要浪費時間去干這檔子吃力不討好的事情，勸我最好做些嚴肅的物理研究，發(fā)些文章，這對我獲得終身教職有益。但我相信，一個熱心公益的科學家應該花些力氣去調(diào)查不合理的觀念來防止其傳播。就這樣我來到這里。

我?guī)е耆_放的心態(tài)來看待這件事，想著回去后我便揭穿這種無稽之談。但當我在納根帕克的時候，我需要謹慎。這個薩滿的伎倆可能是當?shù)刈诮虄x式的一部分。

道路變得不那么陡峭，而且越來越寬闊，盡頭是一個中等大小的廣場。我們的訪客已經(jīng)抵達納根帕克。他欣慰地看到，他的朋友對他的遠道而來安排得挺到位。人們在等待他的到來。他受到羅伯和一群村民的熱情歡迎。

羅伯：您好，好奇的問道者，細心的實驗者。歡迎作為游客來到我們村。

訪客：謝謝，非常感謝。我很高興受到這么熱烈的歡迎。

羅伯：我們很高興您來到我們這里。我理解您是來尋求真理的。既然您是一個美國人，我相信您很想盡快見到它，我們會盡量滿足您的要求。但請理解我們的節(jié)奏有點慢。

訪客：哦，我明白。我希望我不會帶來太大的麻煩。

羅伯：哪兒的話。我最近非常理解你們物理學家，就在過去的這個世紀，你們事實上學到了一些有關我們這個宇宙的更深層次的東西。但你們的技術使你們局限在只能用小的和簡單的對象來進行演示。而我們的“技術”，如果您不反對我這么稱呼它，可以為您提供一種用最復雜的實體來進行的示范。

訪客：（熱情但有些疑慮地）那感情好，我真希望早點看到。

羅伯：我已經(jīng)作了安排。您可以問一個適當?shù)膯栴}，我們就把答案展示給您看。我相信，這里提出問題和作答的過程，很像你們科學家所稱的“做實驗”。您希望有這方面的經(jīng)歷對吧？

訪客：（看上去迷茫地）哦，是的……

羅伯：我會準備好進行這種實驗。

羅伯向兩間相距大約20碼（約18米）的小屋打個手勢，兩屋之間站著一男一女兩個手牽手的年輕人。

羅伯：我們做實驗準備，就是你們叫做“準備狀態(tài)”的過程，必須在無人觀察的條件下進行。故請戴上這個頭罩。

訪客順從地讓人將一只黑色頭罩戴在他頭上。羅伯繼續(xù)做著實驗準備。

羅伯：現(xiàn)在一切準備就緒，請除掉頭罩。在這兩間小屋的一間屋中有一對男女，一個男人和一個女人在一起。另一間屋子是空的。您的第一個“實驗”是要確定哪間小屋有人，哪間小屋是空的。請問一個適當?shù)膯栴}。

訪客：好的，請問哪間小屋有這對男女，哪間小屋是空的？

羅伯：非常好，做得好！

羅伯給助手發(fā)信號，助手打開右邊小屋的門，顯示一男一女手挽著手羞澀地微笑著。隨后，他打開了另一間小屋的門，里面是空的。

羅伯：請注意，我的朋友，您得到了一個合適的答案。這倆人確實在一間小屋里。另一間小屋自然是空的。

訪客：（不為所動，但有禮貌地）嗯。是的，我明白了。

羅伯：但我知道，重復性對科學家來說是至關重要的。所以我們將重復這個實驗。

這個過程為我們的訪客反復重復了6次。有時男女倆在右邊的小屋，有時在左邊的小屋。看到訪客顯然已經(jīng)感到厭煩，羅伯讓人停止了演示和解釋。

羅伯：（有點興高采烈地）請注意，我的朋友！您提的要求是看看這對男女待在哪里，這使得這個年輕男子和這個年輕女子一起待在了一間小屋里。

訪客：（千里迢迢趕來，看到的卻是這么一種不起眼的示范，感到很惱火。但他發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在不是發(fā)火的時候）是我問的問題造成了這倆人待在一間小屋？廢話！您安置他們的時候我不是帶著頭套嗎？哦，不過，我很抱歉。非常感謝您的演示。但天色已晚，我得下山了。

羅伯：不，應道歉的是我。我應該知道，美國人保持注意力的時間很短暫。我聽說你們居然在許多僅顯示30秒的小玻璃幕墻上就選定了你們國家的領導人。

但請別離開，我們現(xiàn)在進行第二個實驗。您會問不同的問題。您會問一個問題而導致男人和女人分別處在各自的小屋。

訪客：嗯，但是我真的必須下山了……

不待訪客猶豫，羅伯便已將頭套遞給他，訪客只好聳聳肩，戴上它。一會兒羅伯接著說。

羅伯：請取下頭套。提個新問題，一個能確定男人在哪個屋，女人在哪個屋的問題。

訪客：好的，好的，請問男人在哪個屋，女人在哪個屋？

這一次羅伯給出的信號是讓他的兩位助手同時打開小屋的門?？梢钥吹?，男人在右邊的小屋，女人在左邊的小屋，兩人隔著廣場彼此微笑著。

羅伯：注意！您得到的是對您問的新問題的合適的答案，這個結果正相當于你們做不同實驗的結果。您的問題造成這對男女分處于兩個小屋。我們現(xiàn)在可以重復這個實驗來顯示結果的可重復性。

訪客：請讓我離開，我必須走了。（語調(diào)帶著譏諷）我承認，您的“實驗”都是可以重復無數(shù)次，結果都一樣。

羅伯：哦，對不起。

訪客：（對自己的無禮嚇了一跳）哦，不，我道歉。我真的很高興看到重復這個實驗。

羅伯：好了，那我們就重復兩三次怎么樣？

演示重復了三次。

羅伯：您似乎不耐煩。因此，也許三次足以證明您提問的男人和女人分別在哪里這個問題導致了這對男女分別待在兩間小屋里。您能同意嗎？

訪客：（無聊和失望地，但有些飄飄然）我當然同意您能夠讓這對男女按您希望的方式分處在兩間小屋里。不過，現(xiàn)在我真的要下山了。不過我非常感謝您為我……

羅伯：（打斷）您還沒有看到這些實驗的最終版本。這是完成我們的演示最關鍵的一環(huán)。讓我為您只做兩次，只做兩次怎么樣？

訪客：（屈尊地）那好吧，確定，就兩次。

我們的訪問者再次戴上頭套。

羅伯：請取下頭套，并提出您的問題。

訪客：我該問哪個問題？

羅伯：啊，我的朋友，您現(xiàn)在已經(jīng)提過兩個問題。您可能會問其中之一。您可以選擇這兩個實驗的隨便哪一個。

訪客：（沒太多想）好的。這對男女在哪間小屋？

羅伯讓人打開右邊小屋的門，露出了男人和女人手拉手的情形。隨后打開另一間小屋的門，顯示它是空的。

訪客：（有點納悶，但并沒有真正感到驚訝）嗯……

羅伯：注意到?jīng)]有，您問的問題，您選擇的實驗，造成了這對男女待在一間小屋里?，F(xiàn)在，讓我們再嘗試一遍，當然得您同意。

訪客：（相當心甘情愿地）當然，讓我們再試一次。

我們的訪客再次帶上頭套。

羅伯：請取下頭套，問問題吧，隨便哪一個。

訪客：（帶著一絲懷疑）好的。這次我決定問另一個問題：男人在哪間屋，女人在哪間屋？

羅伯讓助手同時打開兩間小屋的門，結果顯示，男人在右邊的小屋，女人在左邊的小屋。

訪客：嗯……（待在一邊，喃喃地沉思道）有趣，他居然能夠兩次答對我問的問題。他不可能知道我要問哪一個問題呀。

羅伯：注意到?jīng)]有，我的朋友，不論您選擇問哪個問題，您總是能得到正確的回答?，F(xiàn)在，如果您愿意，就走吧。

訪客：哦，嗯……事實上，我想最后再做一遍這個實驗。

羅伯：很好。只要您有興趣，我很樂意為您提供示范。無論您選擇哪種實驗，您都會得到正確的答案。

我們的訪問者再次戴上頭套。

羅伯：請取下頭套，并再次提出兩個問題中隨便哪一個。

訪客：好的，這次，這對男女在哪間小屋？

羅伯讓人打開左邊小屋的門，顯示男人和女人在一起。然后他讓助手打開右邊小屋的門，是空的。

訪客：對我一連三次提出的問題您都安排對了正確答案。您的運氣真不錯！

羅伯：這不是運氣，我的朋友。是您自由選擇的觀察確定了這對男女是在一間小屋還是分處在兩間小屋。

訪客：（疑惑地）怎么會這樣呢？（急切地）現(xiàn)在我們能不能再試一次？

羅伯：當然可以，只要您愿意。

演示再次重復，我們的訪客變得越來越困惑，要求進一步重復。又重復了9次，有8次他問的問題都能得到正確的回答，但有一次他問了一個其他的問題，結果回答不正確。

訪客：（激動地旁白：我簡直不相信這一點）我想再試一次！

羅伯：恐怕現(xiàn)在天快黑了，下山的路很陡，不好走。請放心，您的提問總是能得到正確答案，因為是您的問題造成了這種存在。

訪客：（喃喃自語，看起來感到非常困擾）……

羅伯：您怎么了，我的朋友？

訪客：您怎么知道我要問的問題，您安排您的人在屋里是在我之前呀？

羅伯：我不知道。您可以問兩個問題中隨便哪一個。

訪客：（激動地）可是，可是……讓我們評評理！如果我問的問題，結果男人和女人的實際處境與答案不相符該怎么辦？

羅伯：我的朋友，你們偉大的丹麥物理學家、哥本哈根的玻爾不是教過你們嗎？科學不必為沒有實際進行的實驗提供解釋，不需要回答實際上沒有問的問題。

訪客：哦，是的，但是我覺得，您的人在我問問題之前就已經(jīng)聚在一塊兒或立即分處兩地了。

羅伯：我看到您是想多了。盡管您作為物理學家受過訓練，您具有實驗室從事量子力學實驗的豐富經(jīng)驗，但您腦子里仍然充滿著在您選擇要觀察什么之前，在您對它有意識經(jīng)驗之前，這個特定的物理實在就已經(jīng)存在的觀念。物理學家顯然還很難完全理解他們最近收集的偉大真理。不過今晚天氣不錯，我的朋友。您現(xiàn)在已經(jīng)見識了您想見識的東西。您得走了。下山一路小心。

訪客：（轉(zhuǎn)身準備離去，但顯然還是百思不得其解）嗯，好的，我這就走，嗯，非常非常謝謝您，我……嗯，好的……謝謝……

訪客：（一邊走在下山的路上一邊自言自語地）現(xiàn)在讓我想想，我們應該有個合理的解釋。如果我問這對男女在哪間屋子，他立即就能顯示出兩人待在一間屋里。但如果我選擇問男人和女人各待在哪間屋子，他立即就能顯示他們各在一間小屋。而在我問問題之前，兩間屋子相距甚遠，他們要跑也來不及呀。他是怎么做到的呢？

我是被騙按他事先布置好的要求問的問題嗎？不對呀，我知道我的選擇是自由做出的。

這是不可能的！但我確實看到了這一切。這就像一項量子實驗，兩種情況同時存在，直到你看了之后，你才能只看到一個答案。難道真像羅伯說的“意識的經(jīng)驗”使然？但物理學不應涉及任何像意識這樣的東西呀。不管怎么說，量子力學都不適用于像人這樣的大的物體。嗯……當然，這并不完全正確。原則上，量子物理學適用于一切對象。但是，你只能用干涉實驗來證明這樣的性質(zhì)。而用大的物體來做干涉實驗是不可能的，那不切實際。是我的幻覺嗎？

我回到加州后該如何揭穿這個羅伯呢？而且，噢，我的上帝！那幫已回到物理系的家伙們肯定會問我這趟行程收獲如何。哎喲！

當然，這只是個虛構的故事，根本不存在納根帕克這個地方。我們的訪客所看到的東西其實是不可能的。但在后面的章節(jié)中，你會看到一個對象，在不同的實驗選擇下，是如何被顯示為既可以完全在一個地方，也可以分處兩處，就像納根帕克的那對男女一樣。你會像我們的納根帕克訪客一樣感到同樣的困惑。

對物理實在是由觀察產(chǎn)生的這一現(xiàn)象的演示目前還只能在非常小的對象上進行。但隨著時間的推移，科學的進步正在逐步證明，這種現(xiàn)象對越來越大的對象也是成立的。我們將用一整章來闡明物理學對這一悖論給出的“正統(tǒng)”解釋，這就是以玻爾為首的量子力學締造者們給出的哥本哈根解釋。玻爾給出的解釋與納根帕克的羅伯[“羅伯（Rhob）”是“玻爾（Bohr）”的倒序拼寫]給出的解釋并沒有什么不同。然后我們來討論哥本哈根解釋面臨的現(xiàn)代挑戰(zhàn)。