物理學領域的難言之隱

量子力學獲得了驚人的成功，至今沒有一項理論預言是錯的。全球經濟的三分之一依賴于以此為基礎的產品。然而，我們對量子理論所要求的世界觀的陌生程度可能遠遠超乎我們的想象。讓我們來看看為什么是這樣。

我們大多數人都有這樣一些常識性的直覺：一個對象不可能同時處在分開的兩地。顯然，一個人在這里決定做什么不可能立即影響到遠離此地的某個地方發生的事情。我們也不會認為“那里”的真實世界與我們是否看到它有關系。量子力學則挑戰這些直覺。若什（J.M.Jauch）告訴我們：“對于許多有思想的物理學家來說，（量子力學的深層含義）還是像家丑那樣的難言之隱。”

我們從困擾愛因斯坦的量子理論開始敘述。什么是量子理論呢？量子理論是一種在20世紀早期發展起來的、用于解釋原子行為機制的理論。在早期，人們發現，一個物體的能量可以按某個離散量的大小即量子來改變，因此描述這種行為的理論被稱為“量子力學”。“量子力學”既包括實驗觀察也包括量子理論對觀察結果的解釋。

量子理論是每一門自然科學——從化學到宇宙學——的基礎。我們需要量子理論來理解為什么陽光普照，電視機是如何產生圖像的，為什么草是綠的，以及宇宙是如何從大爆炸演化而來的。現代技術就是建立在基于量子理論所設計的器件之上的。

前量子理論物理學，或稱“經典力學”或“經典物理學”，有時也稱“牛頓物理學”，是一種用來描述比分子大得多的物體的絕好的近似理論，它對物體的處理通常要比量子理論簡單得多，但它只是一種近似處理。對于由原子構成的一切事物，它無能為力。盡管如此，經典物理學卻是我們的傳統智慧——牛頓世界觀——的基礎，盡管我們現在知道這個古典的世界觀在根本上是有缺陷的。

自古以來，哲學家一直對物理實在的性質進行著深奧的猜測。在量子力學之前，人們拒絕這樣的理論性思考，而采取一種簡單的、常識性世界觀，具有邏輯上的必然性。今天，量子實驗否定了這種常識性的物理實在。它不再是一種合理的選擇。

量子力學建議的世界觀與科學之外的東西可能有關聯嗎？對此請考慮兩個確實有這類相關性的早期發現：否定了地球是宇宙中心的哥白尼理論和達爾文的進化論。在某種意義上，量子力學與外界的相關性要比哥白尼或達爾文的思想更直接，后者處理的是與遙遠之外或很早以前的聯系，而量子理論研究的是這里和現在，它甚至與我們人類的本質——我們的意識——相聯系。

那么，為什么量子力學沒有像那些早期的思想那樣對人類產生知識上和社會性的影響呢？這也許是因為這些早期思想較容易理解，從而也更易為人們所相信的緣故。你可以用幾句話大致總結哥白尼或達爾文的影響。至少對現代人來說，這些理論都好理解。但如果你嘗試總結量子理論的影響，你所得到的結論聽上去則有一種神秘感。

不管怎樣，這里我們試著粗略總結一下：量子理論告訴我們，對一物的觀察可以瞬間影響到遙遠距離之外的另一個物體的行為，即使二者間不存在任何連接。這些作用就是愛因斯坦所稱的“幽靈作用”，但現在它們已被證明是真實存在的。量子理論還告訴我們，一個物體可以同時出現在兩個地方。只有在對其觀察后我們才能發現它恰好在某個特定的地方。因此，量子理論否認存在一個獨立于觀察的物理實在世界。（我們將看到，“觀察”是一個棘手且有爭議的概念。）

奇怪的量子現象只有在小物體上才能得到直接驗證。經典物理學能夠在近似程度極高的水平上描述大物體的合理行為。但大物體是由小物體組成的。因此作為一種世界觀，經典物理學對于微觀世界是行不通的。

經典物理學可以相當好地解釋世界，它只是不能處理“細節”。而量子物理學則能夠完美地處理“細節”，但它恰恰無法解釋世界。因此你可以知道為什么愛因斯坦感到不安。

現代量子理論的創始人之一薛定諤曾通過他的著名的貓故事來強調量子理論所述東西的“荒謬性”。根據量子理論，這只未觀測到的薛定諤貓既是死的也是活的，直到你對它的觀察使得它要么死掉要么活著，二者擇一。這里有些東西更難接受：如果發現貓死了，那么這個發現便產生出其尸僵發展的歷史；如果發現它活著，則這個發現觸發了其饑餓的歷史。時間上總是倒回去的。

量子理論所包含的謎團已經使物理學家為此奮斗了80年。這期間，盡管形成了特定的專業知識，培養了天才的物理學家，但并不能保證目前的理解就非常可靠。因此，我們這些物理學家只能以謙虛的方式來處理這個問題，盡管我們發現這很難。

值得注意的是，要講清楚什么是量子之謎，基本上無須涉及太多的物理學背景。那是不是有可能某個在量子理論方面未經多年訓練的人就能提出新的見解？只有小孩子才會指出皇帝沒穿衣服。