量子纠缠背后的故事吴健雄的实验精选

年,美国著名左翼作家辛克莱(UptonSinclair)自费出版了一本题为《精神无线电》(MentalRadio)的新书,记叙他妻子表现出的读心术、心灵感应等多种特异功能。辛克莱自己做了一些试验,证明妻子和其他一些人士超常能力的确实性。他相信人类存在着尚未被理解的“第六感”,可以超越时空局限互相联络。辛克莱希望他的新书能够激发科学家的兴趣,展开更为系统的研究、发掘。

两年后,他的书在德国出版。引人注目的是书中增添了一篇出自爱因斯坦的前言。

辛克莱的《精神无线电》封面,注有爱因斯坦撰写的前言。

爱因斯坦是在年第一次到美国南加州访问时结识辛克莱的。在那众星捧月的几个月里,他不仅与好莱坞的名流摩肩接踵(详见《宇宙膨胀背后的故事(十一):爱因斯坦错在哪里?》),也与辛克莱等崇尚社会主义的左派激进分子打成一片,让邀请、接待他的加州理工学院院长密立根很是头疼。

在辛克莱的引导下,爱因斯坦和夫人艾尔莎带着秘书杜卡斯和加州理工学院的托尔曼教授一起会见当地特异功能名人,近距离体验了各种名目繁多的诡异表演。

爱因斯坦在其后撰写的前言中为辛克莱的人格、诚信做了担保,表示作者并非凭空臆造。但他也没有确信书中所记和他亲眼目睹的事例是否真实的心灵感应。他猜测那也许属于某种无意识的催眠效果。而即便如此,他认为那也会是很有意义的心理现象。

在南加州时,爱因斯坦也在与托尔曼和波多尔斯基合作那篇一对光子从他那光子箱中逸出的论文。那是四年后他与波多尔斯基和罗森发表EPR论文的前奏。在量子的世界里,爱因斯坦正越来越清晰地见识到与心灵感应如出一辙的鬼魅般超距作用。让他同样地觉得不可思议。

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人类意识中可能存在“超自然”特异功能是一个亘古流长的神秘,几乎与人类与生俱来。作为自然世界观察者,物理学家也曾乐此不疲。但他们的热情在19世纪渐趋式微。那是以牛顿、拉普拉斯为代表的机械决定论独领风骚的时代,物理学主流确定自然界存在着完美、局域性的因果关系。任何事情的发生都有其缘由,可以被实际地观察、认识。在这样的自然界中,海神波塞多不可能仅凭脾气发作在千里之外兴风作浪,也不再留有心灵感应式超自然联系的存在余地。

及至19世纪末,开尔文勋爵宣布物理学晴朗天空中只剩下两朵乌云时,物理学家的乐观达到无与伦比的顶峰。也正是出于对严格因果律的承继和信念,爱因斯坦对心理界和物理界中的超自然之可能性抱着一视同仁的强烈质疑态度。

为驱除那两朵乌云,爱因斯坦在20世纪初相继提出了相对论和量子概念,革命性地改变物理学家的世界观。出乎他的意料,量子力学中的随机性和不确定性也随之异军突起,挑战传统的因果关系。

年时,约旦也出版过一本量子力学专著。那时,海森堡、泡利、狄拉克分别出版的教科书已经问世六年。约旦姗姗来迟的书没有引起反响。但他那本书也别具一格,其最后一章专门讲述了心灵感应实验,作为量子力学的注脚。那时,约旦在积极投身物理学和纳粹活动的同时还对植物学家莱茵(JosephRhine)复活的“超心理学”(parapsychology)研究兴致勃勃。

年,莱茵在美国的杜克大学创立了一个研究中心,专注于他称之为“超感官知觉”(extrasensoryperception,简称ESP)的实验验证。他让号称有特异功能的人远距离猜测自己手里随机抽取纸牌上的图像,发现其猜中的机会明显大于随机结果——即使他们分别处于校园内不同的楼房里。莱茵认为这证明人类能够有超越空间隔离的超感官知觉,亦即通俗所称的第六感。

20世纪初人类思想革命的范畴不仅限于物理领域。心理学也处于突飞猛进之中。弗洛伊德(SigmundFreud)在19世纪后期创立的精神分析学(Psychoanalysis)那时正逐渐成为主流时尚,引起广泛注意。

因为两个儿子都有着不同程度的心理、精神问题,爱因斯坦一度对弗洛伊德的心理分析有过兴趣。作为同时代的著名知识分子,他们也曾在媒体上有过思想交锋。但爱因斯坦对新兴的心理学只是浅尝辄止,没有深究。反倒是他的物理学深深影响了一位心理学家。

早在年回到苏黎士理工学院担任教授时,爱因斯坦与也在那里的荣格结识。在荣格频繁的家宴上,爱因斯坦经常被问及他的相对论。他所描述的奇异时空观念每每会让客人们浮想联翩,尤其是同样年轻的荣格。

荣格一度是弗洛伊德的助手,那时已经分道扬镳。与弗洛伊德强调人的幼年经历和性发育不同,荣格着重于成年的经历和他所谓的“无意识”(unconscious),以此为基础创立了自己的分析心理学(AnalyticalPsychology)。他尤其强调根源于文化、传统的集体性无意识行为,认为在那背后隐藏着一种人类尚未认识的神秘联系,才会使得彼此不相干的人思想上步调一致。也许爱因斯坦相对论中那超越三维空间的四维时空能提供一个超自然的联络途径。

那时,爱因斯坦自己也还未曾认识到量子世界中表现出的鬼魅般超距作用,还没有量子纠缠的概念。

但荣格从那时起便与20世纪的现代物理学结下不解之缘。当泡利在年代经历人生危机寻求荣格的心理帮助时,那无疑又是一例天作之合。

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泡利赢得诺贝尔奖后顺利地获得了美国国籍。但他还是不能习惯普林斯顿那平静安详的乡村生活方式,在年初回到了作为欧洲大都市的苏黎士。伴随着人到中年,他有着越来越强烈的宿命感。

自年轻时开始,泡利已经名声在外。那不只是因为他在相对论、量子物理中的杰出贡献。他还拥有一个如影随形的“泡利效应”:无论他走到哪里,那里实验室中的仪器就会出现莫名其妙的故障。有一次,哥廷根的实验室发生爆炸事故,无论如何找不出原因。最后只能归结于在那一时刻,泡利乘坐着的火车恰好在附近的站台上停靠。

与他发现的“不相容原理”对应,作为理论家的泡利与物理实验不相容。

当然,其他理论物理学家也经常会遭遇类似的“效应”,也是学界内部善意调侃和茶余饭后之笑料。但随着年龄的增长,泡利越来越确信这类巧合并非平常,背后可能隐藏有超自然的联系。于是,他与荣格不谋而合。

在新量子力学蓬勃发展的年代,中国的一些古籍逐渐被翻译成德文,作为“东方哲学”甚至“东方神秘主义”引起那里知识分子的某大兴趣。荣格精心研读了包括《易经》、《太乙金华宗旨》等著作,从中获取灵感。他尤其欣赏道教的“天人合一”,认为那正是人类意识超然地互为连接,形成共同的集体无意识之体现。

也是在莱茵以实验手段验证超感官知觉的年,荣格提出“共时性”(synchronicity)概念:一种不构成因果关系的相互联系。用平常的话描述,那就是人们时常会遇到的令人咋舌的巧合。但荣格坚信有些巧合之所以匪夷所思,其实是因为其背后有着更为深刻的关联。

泡利的出现和实验仪器的损坏就可以是共时性的一个表现。

年,荣格实现他个人的梦想,在苏黎士创建了自己的心理研究所。刚回到那里不久的泡利以诺贝尔奖获得者和荣格挚友的双重身份为研究所的开张增添风采。他的出席带来意外——或意料中——的后果:一个源自中国的精致花瓶在开幕典礼时毫无先兆地从架子上坠落摔碎。

荣格曾经钻进故纸堆,在炼金术著作中寻找那些科学家、工匠集体无意识中所共有的“原型”(archetype)。泡利也如法炮制,着迷于17世纪开普勒、伽利略等人奠定日心说的艰难历程。他惟妙惟肖地向荣格描述自己身临那个时代的荒诞梦境,还有梦中显现的决定世界走向的时钟。

荣格与泡利通信集《原子与原型》封面。题图是泡利梦境中的“世界时钟”。

年时,荣格逐渐完善了他的共时性概念,他在给泡利的一封信中将自然和人类世界中联系方式总结成一个简洁的四元图。泡利看后根据他的物理知识做了修改,成了二人合作完成的关系图。在这个图中,能量、动量与空间、时间相对,那是相对论所揭示的自然界。同时,因果关系也与荣格那非因果的共时性相对,是另一层次的关联方式。与约旦一样,泡利相信莱茵实验中揭示的超感官知觉是这种非因果关系的表现。(二战之后,泡利专门为西德政府出具证明,担保曾加入纳粹党的约旦属于“可恢复工作”的好人。约旦因此得以重回学术岗位。)

泡利与荣格合作而成的共时性概念图。上下、左右分别为能量与时空、因果性与共时性的对立统一。

荣格与泡利两人几十年跨越心理、物理领域的合作在年终成硕果。那年,他们联名出版了《自然与心理的诠释》(TheInterpretationofNatureandPsyche)。

在泡利那些年描述的梦境中,他还遇见过一个与他似乎很有干系的神秘年轻中国女士。令他百思不得其解。

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巧合对物理学家并不陌生。早在年,与维格纳妹妹曼琪新婚的狄拉克在剑桥发现自然世界藏有一个惊人的巧合:质子与电子之间的电磁相互作用是它们之间引力作用的倍。那也恰好是我们宇宙大小与电子大小相比的倍数。这个1后面跟着39个零的大数居然同时出现在最大尺度、最小尺度、相互作用强度这些互不相干的比例上,不免令人讶异。更有甚者,宇宙中所有质子、电子的总数也被估计为。那正是的平方。

狄拉克认为这其中一定隐藏着未知的物理定律。他将这一发现以快报的方式送交《自然》杂志发表。这个所谓的“大数假设”(largenumbershypothesis)引起了一些天文学家的好奇,但物理学界对他这种无根无据的猜测却只有嘲讽。当玻尔在哥本哈根看到狄拉克寄来的论文时,他当即走进伽莫夫的办公室警告:“你看看,这就是年轻人结婚的后果。”

同在剑桥的天文学家爱丁顿在其学术暮年也对数字发生了浓厚的兴趣。狄拉克引用的质子、电子总数便来自他的估算。爱丁顿情有独钟的是索末菲当年推广玻尔原子模型计算光谱时发现的“精细结构常数”。那是一个集电子电荷、光速、普朗克常数、真空介电常数这些自然界基本物理参数构成的一个数值。神奇的是这些参数所带有的单位在这里互相抵消,成为一个“无量纲”的纯数字。这个因此不会因人为单位选择而异的常数数值却又无律可循,似乎只是一个随机的无理数。只是它的倒数非常接近整数。

爱丁顿认为这个精细结构常数与宇宙中的质子、电子总数有着紧密的联系。他坚持精细结构常数应该就是严格的1/,以保证宇宙的简单和谐。遗憾的是后来基于量子电动力学的计算和越来越精确的实际测量都没能成全他的希冀。

年12月,泡医院。当他看到病房的门牌号是时,他清楚地意识到自己大限已至。

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与20年前他经历那场人生危机时同样,泡利在年代钟情于梦境解析、心理感应时也没耽误传统的物理研究。有意思的是,他当初“疯狂中”预测β衰变过程里的中微子终于在年被实验证实,成为他人生一大成功。

也是在纪念玻尔诞生70周年的年,泡利奉献出他的最新成果:物理学中有一个非同寻常的严格对称性。如果把所有粒子的电荷调换,带正电的变成带负电,带负电的变成带正电,同时也将空间如照镜子般左右翻转,再让时间倒流,那么所有物理定律会保持恒定,仿佛世界未曾经历过这些变换。

这三个操作在物理学中分别叫做“电荷共轭”(chargeconjugation)、“宇称”(parity)和“时间反演”(timereversal)的变换。泡利描述的对称性因而叫做“CPT不变性”。

因为电荷的正负、镜像的左右、时间的先后在物理定律中都只是相对性质,不具备绝对意义,物理学家普遍认为即使将它们分别地实施变换也不会影响结果。(惠勒和费曼那个正电子即是逆时间运动的电子便是其中一例,即CT变换。)但泡利却只能从数学上证明这三个变换同时操作时的对称性,尽管他同样认定这个对称性适用于任何个别的变换。

然而,就在他这个结果问世的第二年,年轻的杨振宁和李政道却提出宇称在β衰变的弱相互作用中不会保持不变,即宇称不守恒。泡利看到论文时嗤之以鼻。正如爱因斯坦不相信上帝掷骰子,泡利不相信上帝会与常人一般左手不如右手灵活有力。但在他夸口要为此下大赌注时,吴健雄(Chien-ShiungWu)——来自中国的年轻女性——和另外两个团队已经通过实验证实了杨振宁和李政道的预测,残酷地击碎泡利基于和谐、对称的理想世界观。(在给威斯科夫的回信中,泡利庆幸他未及下赌注。因为他输得起名声却输不起钱财。)

泡利(左)与吴健雄在一起。

虽然宇称在弱相互作用中不再守恒,泡利的CPT总体不变性至今依然完美无缺。但泡利没有因此满足。不过他更大的失望却来自他最亲近的师弟海森堡。

在普林斯顿高等研究院屡次挫败爱因斯坦的尝试后,泡利对统一场论已经完全失去信心。他曾尖刻地指出:“上帝分开了的东西,常人不应去瞎撮合。”(WhatGodhasputasunder,letnomanjointogether)但在年,海森堡也投入了这个物理学非主流领域,提出自己的统一场论。犹如当年第一次见识师弟从海岛上带回的矩阵力学,泡利没有丝毫的刻薄,立即展开了合作。与曾经的薛定谔一样,他们自信终于能一举解决让爱因斯坦束手无策的最大难题。

年1月,美国物理学会在纽约举行大会。应远道而来贵客的要求,吴健雄为泡利安排了专场演讲。也在美国的玻尔和几百名物理学家在会议室里济济一堂,听取泡利兴致勃勃地讲解他和海森堡的新理论。不料,泡利演讲中的声调逐渐变得犹豫不决,他边讲边意识到这个理论其实并不靠谱。观众席上,年轻的戴森痛切地感觉到他正亲眼目睹一只高贵的动物在缓慢地死去。

在德国的海森堡依然信心十足。在他的一次演讲后,德国的报纸乐观地报道了海森堡和“他的助手”泡利的新成就,更让泡利火冒三丈。他急忙广泛地给物理学界同行写信,宣布已经退出与海森堡的合作,还在学术会议上公开与海森堡辩论,互为诋毁。师兄弟几十年的感情完全破裂。

那年年底,泡利腹痛住院手术后被发现胰腺处已经长出巨大的恶性肿瘤。在号病房内休养两天后,他与世长辞,终年58岁。

海森堡没有出席师兄的葬礼。

诺贝尔当初设立的是像人们更为熟悉的奥斯卡、金鸡百花奖那样一年一度的奖项。他在遗嘱中指明要奖励的是“过去一年中”最杰出的贡献。但在其后的实践中,评奖委员会一边坚持每年获奖者不超过三人的死规定,一边却对其时效性要求置若罔闻。爱因斯坦是在光电效应论文发表的十多年后才因之得奖。泡利年获奖时,他那作为得奖理由的不相容原理已经问世了整整20年。物理学界也因而没有忘却曾经为量子理论做出显著贡献却屡屡被这个大奖忽视的索末菲和玻恩,几十年来持之以恒地为他们提名。索末菲在年以82岁高龄去世,终究未能遂愿。他倒是赢得历史上被提名次数最多(84次)物理学家的殊荣。一直因未能与学生海森堡共同获奖而耿耿于怀的玻恩终于在年修得正果。那时他也已经被提名34次。尽管他后来在固体物理等方面上又已做出突出的贡献,他的获奖缘由依然是“对量子力学基础研究的贡献,尤其是波函数的统计诠释”。那已经是接近30年前的成就了。(当年与玻恩一起完善矩阵力学并参与创立量子力学、量子场论的约旦后来只得到寥寥无几的提名,更没能获奖。他应该是受到自己纳粹历史的连累。)玻恩得奖时已经是一位72岁的老人。在那两年前,他从爱丁堡大学退休,回到战后的德国安享晚年。

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在用她的β衰变实验率先证实杨振宁和李政道提出的宇称不守恒而一鸣惊人时,吴健雄已经在哥伦比亚大学默默无闻地服务了十多年。吴健雄年出生于中国江苏。她有一对重视教育的父母。父亲还创建了一所女校,让女儿和其她当地女孩能接受基本教育。吴健雄后来在南京的国立中央大学本科毕业,并在浙江大学进修了物理研究生课程。年,24岁的吴健雄来到美国,在旧金山港口上岸。她的目的地是远在美国东部的密西根大学,准备去那里攻读物理博士。在旧金山逗留期间,她在也是从中国到来不久的新生袁家骝(LukeChia-LiuYuan;中国“皇帝”袁世凯的孙子)陪同下参观了附近的伯克利校园。伯克利那时正在成为奥本海默的哥本哈根。发明回旋加速器的劳伦斯(ErnestLawrence)也在那展开着热火朝天的核物理实验。吴健雄被这朝气蓬勃的气氛深深吸引。在听说密西根存在严重的性别歧视后,她毅然改变计划留在伯克利,在劳伦斯和塞格雷(EmilioSegre)指导下开始她的研究生生涯。(劳伦斯和塞格雷后来分别在和年获得诺贝尔奖。)四年后,吴健雄以优异成绩获得博士学位,同时也成为β衰变的实验专家。她继续留在伯克利从事博士后研究。年,她与已经转学到加州理工学院师从密立根的袁家骝喜结连理,就在密立根的家中举行了婚礼。婚后,夫妇俩一起搬迁到美国东部工作。

年5月30日,吴健雄(左二)和袁家骝(左一)婚礼照片。右一右二分别为密立根夫妇。

年,吴健雄参加了哥伦比亚大学中支援曼哈顿工程的研究项目,与那里在原子核结构上抢了惠勒之先的雷恩沃特成为同事。她在伯克利时做的一项测量结果也帮助惠勒解决反应堆中出现的一个难题。二战之后,哥伦比亚大学在拉比的领导下急速成为世界领先的实验物理中心。吴健雄再也没有离开那里。她在年升为副教授,是哥伦比亚大学物理系第一个获得终身职位的女性。当她在伯克利毕业时,玻姆已经追随奥本海默来到那里。两人那时没有什么交往。当玻姆在年注意到已经成为名人的吴健雄时,他自己已经在以色列流亡。而让玻姆感兴趣的并不是β衰变中的宇称不守恒,却是吴健雄八年前一个不引人注意的小实验。

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还在他幻想一切粒子都是由电子、正电子组成的年月里,惠勒曾研究过那样的世界里最简单的“原子”:由一个正电子和一个电子以各自正负电荷互相吸引而形成的“正电子素”(positronium)。它与由一个质子和一个电子组成的氢原子相当。但因为正电子的质量与电子相同,比质子小了多倍,它无法同样地约束电子。惠勒通过计算发现正电子素如果能够存在也会极其不稳定,只有0.12纳秒(0.秒)的寿命。随后那电子与正电子就会互相湮没,化为一对高能的γ光子。在当时的条件下,没有实验能够捕捉那么一个稍瞬即逝的存在。但惠勒提出可以通过寻找那两颗同时发出、在偏振方向上有关联的的γ光子来判定正电子素(原先)的存在。年,吴健雄带着研究生萨克诺夫(IrvingShaknov)在哥伦比亚进行了这个实验,证实惠勒的预测。(更确切地说,她们证实的是沃德(JohnWard)的预测。沃德和他在牛津大学的博士导师普赖斯(MauricePryce)在惠勒之后发表了更为严谨的计算结果。)她们的结果以“致编辑信”的快报方式发表在年1月1日的《物理评论》杂志上。那时,玻姆还在普林斯顿精心写作他那本集哥本哈根诠释之大成的《量子理论》,用电子自旋重新表述爱因斯坦的EPR假想试验。玻姆年摆脱在巴西的梦魇来到以色列后很快时来运转,仅仅两年后又得到英国一所学院的聘请。虽然仍然无法返回自己的祖国,他终于能够结束学术流放,重回与欧洲同行自由交流的科学大家庭。在以色列那短短的两年里,他收获甚丰。他在那里终结了自己的单身日子,幸福地结婚成家。一位名叫阿哈罗诺夫(YakirAharonov)的本科生也投师麾下,两人开始精诚的科研合作。大学毕业后,阿哈罗诺夫跟随着玻姆到英国继续攻读博士学位。为了不耽误学生的前程,玻姆曾经主动约法三章:他们之间只传授、研究“主流”物理学,不涉及他那离经叛道的隐变量理论。这样,他们在不涉及量子力学诠释的“安全”领域中发现电磁场中一个原来未知的奇怪现象。这个所谓“阿哈罗诺夫-玻姆效应”在物理学界引起相当大的轰动和持久的科研兴趣。但玻姆也没能完全信守诺言。当他看到吴健雄和萨克诺夫简短的实验报告时,脑洞突然为之大开。在先前出版的《量子理论》中,玻姆为爱因斯坦的EPR假想试验提供了一个更为简洁、清晰的描述:当一对电子、正电子在真空或由高能光子转化产生时,它们之间的自旋态会保持着互相的纠缠,即使它们已经彼此飞离了非常远。玻姆领悟到吴健雄和萨克诺夫做的其实就是这么一个实验,只是粒子产生的过程正好相反:不是通过光子产生电子、正电子对,而是通过电子与正电子的湮没产生出一对新的光子。那对光子在这个过程中同时产生,必然处于同一个量子态。因为动量、角动量的守恒,它们也会各自向相反的方向飞离,同时保持着二者的纠缠。与电子一样,光子也有着自旋。那正是吴健雄和萨克诺夫所测量的偏振态。玻姆和阿哈罗诺夫一起进行了一次物理学史上极为罕见的操作。他们作为理论学家把别人八年前的实验数据实施以其初衷迥然不同的重新分析,得出该实验结果中蕴藏着两个光子的确处于纠缠状态的结论。于是,玻姆与阿哈罗诺夫在年发表论文石破天惊式地宣布,那曾经让爱因斯坦牵肠挂肚的鬼魅般超距作用的的确确是量子世界中的真实存在,已经被人类观察到。只是当初实施实验的吴健雄和萨克诺夫对此浑然不知(萨克诺夫做完实验毕业后投笔从戎,不久捐躯于朝鲜战场)。在那之后也从来没有人看出其中之奥妙。那时,爱因斯坦已然作古。

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和他的老朋友一样,薛定谔始终没有接受正统的哥本哈根诠释。比爱因斯坦尤甚,薛定谔一直强烈反对玻恩的波函数几率解释。他坚持波函数是实际的物理存在,比粒子更为现实。而这样的波函数不可能会发生莫名其妙的突然坍缩。年夏天,薛定谔在都柏林举行的系列讲座中再一次阐述了自己对量子力学诠释的看法。他告诉听众现在物理学界主流对量子测量的看法是每次或者测到这个值,或者测到那个值,二者非此即彼。但其实还可以存在着一种可能性。那就是不同的测量数值并不是互为取代,而是可以同时存在的。他承认这样的想法听起来十分疯癫,在主流人士看来自然是绝对的不可能。那年年底,英国历史和哲学历史学会召集玻尔、玻恩、薛定谔和一些哲学家齐聚伦敦,准备让他们在量子力学诠释上再来一场面对面的思想交锋。然而,薛定谔急性阑尾炎发作破裂,不得不施行紧急手术并卧床休息三个月,错过了这一机会。之后,他把早已准备好的发言稿交给创刊不久的《不列颠科学哲学杂志》(BritishJournalforthePhilosophyofScience)发表。论文题目是一个触目惊心的设问:《量子跃迁存在吗?》(AreThereQuantumJumps?)。自然,他给出的答案是否定的。不仅如此,薛定谔还在文中将玻尔最早提出的那个瞬时、不连续更没有数学根据的“跃迁”与托勒密(ClaudiusPtolemaeus)在哥白尼的日心说之前为解释行星运动所杜撰的“均轮”、“本轮”等繁复而无益的概念(参阅《宇宙膨胀背后的故事(之二):寻觅宇宙的中心》)相提并论,百般挖苦。假如他当时能够按原计划向玻尔当面宣读这篇论文会是一个怎样的情景,只能留给历史的想象。同样只能付诸想象的是他对艾弗雷特五年后提出的量子力学“多世界”诠释可能的反应。在惠勒和玻尔的合力打压下,艾弗雷特的毕业论文在普林斯顿和哥本哈根小圈子之外基本上无人知晓,很快便销声匿迹。没有证据表明薛定谔曾听说过那个发现。然而,艾弗雷特正是在数学上严格推理出薛定谔那个“不同测量数值可以同时存在”的疯癫想法:他的猫同时是死的和活的,只是分别处在不同的世界里。正如玻姆的隐变量理论是对德布罗意早期思想的承继和推广,艾弗雷特的多世界诠释正是薛定谔波函数观的一脉相承。30年前,尚且年轻的德布罗意和薛定谔在第五届索尔维会议上被泡利、海森堡等人驳得体无完肤,由那时起被摒弃于量子力学主流之外。30年后,年轻的玻姆和艾弗雷特的命运如出一辙,甚至更为残酷。

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在爱因斯坦去世的年夏天,薛定谔告别了都柏林和那里的高等研究院。他再度回到家乡奥地利,在维也纳大学继续担任教授。那时,他67岁的身体在急剧地每况愈下。终于回到他所钟爱的阿尔卑斯山的薛定谔极其遗憾地发现自己在小山坡上已然举步维艰,再也不可能尽情地登山跋涉。一生陪伴着他的妻子安妮也疾病缠身,同时患有严重的哮喘和抑郁症。在步入晚年之际,这对患难夫妻终于有了情投意合的心心相印。薛定谔与老情人希尔德的女儿也已长大成人,得知了自己的真实身世。作为血缘父亲,薛定谔骄傲地参加了女儿的婚礼,也抱上了自己的外孙。即使在70岁时正式退休后,薛定谔仍然孜孜不倦地继续着他的物理和哲学思考。与早年写作的《生命是什么》相对应,他回忆录最后部分的总标题为《实在是什么》(WhatisReal?)。与爱因斯坦一样,薛定谔坚信量子世界的基础是真实的物理实在,而他的实在就是波函数。在没有爱因斯坦的日子里,他的主要通信对象是比他还年长五岁的玻恩。年10月,73岁的薛定谔在给玻恩的信中抱怨:“你知道我爱你,没有任何事情可以改变这一点。但我需要好好地给你洗一次头,所以你站好了别动。你一而再再而三不带任何保留地宣扬哥本哈根诠释已经被广泛接受的无礼行为实在让人难以忍受。……难道你对历史的判决不带焦虑吗?你就如此地自信人类会很快在你自己的胡说八道面前俯首屈服?”三个月后,薛定谔在年1月4日离开了人间。

薛定谔与妻子安妮合葬的墓地。墓碑上方写有他的波动方程。

薛定谔去世时,以他命名的波动方程已经是物理学生的必修课,也是哥本哈根正统量子力学不可或缺的根基之一,几乎能与牛顿的动力学方程并驾齐驱。在物理学之外,他的《生命是什么》激励了一代年轻学生投身遗传生物研究,包括已经在年发现DNA双螺旋结构的沃森(JamesWatson)和克里克(FancisCrick)。薛定谔方程和方兴未艾的分子生物学是他永恒的丰碑。那时依然不为人所广知的是他那只有着奇怪命运的猫。还有那由他命名、在玻姆的心目中已经被切实观察到的量子纠缠。

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来源:程鹗科学网博客,编辑:nhyilin

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