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生与死：薛定谔的猫
《寻找薛定谔的猫》
方在庆
●寻找薛定谔的猫可以引导我们对瞬间的真实性及一般量子力学有一新的理解。 ●它可以让你旋风般地领略20世纪物理学的发展过程。 ●即使对物理学没有任何兴趣，你也可以获得许多意想不到的东西。 记得当年学物理时，大多数教材都是公式来，公式去。严谨是严谨，但大多没有留下太深的印象。只有一套翻译的伯克利物理学教程，让我终身难忘。在讲到何 为“不可逆过程”时，它是这样说的：“正如我们不可能从成人变成小孩，再退回到母亲的子宫一样。”这句现在看来很平常的话，在当时国内的教科书中是不可能 出现的。 在看过约翰·R·格利宾（John R. Gribbin）写的两本“薛定谔的猫”的书后，我不由得感慨万千。要是我们的教科书或辅导教材也这样来写，那该多好！ 格利宾今年51岁，先在Sussex大学学习物理学，后改学天文学，在剑桥大学获得天文学博士学位之后，加入《自然》杂志，最初只是审读一些与天文学 有关的稿件，后来他必须按时向BBC的世界报导提供一些科学进展方面的消息，因而促进他的兴趣转移，开始了写作生涯。在过去的20年间，他写了大量的科普 读物，许多都成了畅销书，其中包括这两本出版时间前后相差十年的书在内。2000年，他被选为皇家文学院院士。对于他的科普写作是一种承认。 格利宾博士在写第一本关于“薛定谔的猫”（即中译本第一篇：《寻找薛定谔的猫》）时，首先是想向外行解释20世纪物理学以外的其他科学分支中的秘密； 其次，他不能容忍在科学界以外所存在的一些对量子理论的误解。当时有一本名为《东方神秘主义与物理学之“道”》（F.Capra著，国内曾出过编译本）的 书引起了轰动，许多人竞相效仿。而这些人既不懂“道”，也不懂物理学，只想借机大赚一笔。这也从另一方面表明，有关量子力学的解释还有很多问题。 格利宾博士反其道而行之，他认为科学“不需要穿上从别处得来的哲学外衣，因为它自身就充满光明、神秘和惊奇”。由于“薛定谔的猫”涉及到量子理论的整 个发展过程，他利用丰富的历史事实和最近的科学进展，对与量子力学息息相关的“什么是真实的”这一问题给出了回答。 埃尔温·薛定谔在20世纪20年代中期创立了现在被称为量子力学分支中的一个方程。量子理论是20世纪科学的重大进展之一，但由于量子力学对传统观念 所带来的巨大冲击，连“量子”的提出者在内的科学家都想尽各种办法拒绝它，或做出各种调和性的解释。事实上，薛定谔就被量子力学的结果弄得心神不安，他不 喜欢波粒二象性的二元解释以及波的统计解释，试图建立一个只用波来解释的理论。 薛定谔尝试着用一个理想实验来检验量子理论隐含的不确之处。 设想在一个封闭的匣子里，有一只活猫及一瓶毒药。当衰变发生时，药瓶被打破，猫将被毒死。按照常识，猫可能死了也可能还活着。但是量子力学告诉我们，存在一个中间态，猫既不死也不活，直到进行观察看看发生了什么。 量子力学告诉我们：除非进行观测，否则一切都不是真实的。爱因斯坦和少数非主流派物理学家拒绝接受由薛定谔及其同事创立的理论结果。爱因斯坦认为，量 子力学只不过是对原子及亚原子粒子行为的一个合理的描述，是一种唯象理论，它本身不是终极真理。他说过一句名言：“上帝不会掷骰子。”他不承认薛定谔的猫 的非本征态之说，认为一定有一个内在的机制组成了事物的真实本性。他花了数年时间企图设计一个实验来检验这种内在真实性是否确在起作用，但他没有完成这种 设计就去世了。 后来，许多科学家沿着这条思路走下去。如玻姆就提出了“隐变量”的概念。格利宾博士花了大量的篇幅来描述这种变化，非常生动有趣。他从光是波还是粒子 的争论开始，结合科学家本身的历史作用，相继讲述了波动理论的胜利；爱因斯坦的原子概念；电子、离子、X射线、放射性的发现；量子概念的提出；薛定谔理 论；反物质；超导体；不确定性的意义；哥本哈根解释；时空的扭曲以及超引力等许多引人入胜的主题。 诚如作者所指出的，“探索薛定谔的猫就是寻找量子的真实性。简单总结说，好像这种寻求是没有什么结果的，因为不存在日常词汇中的真实性。但这不能算完，寻找薛定谔的猫可以引导我们对瞬间的真实性及一般量子力学有一新的理解。” 作者在书中生动描述了科学家得出他们理论的过程。尽管物理学与数学的关系是十分密切的，但在这本书中，作者很少用数学来描述他要讲述的主题。即使是那些不懂数学的外行，也能理解物理学概念的发展过程。甚至有人开玩笑地说，这本书每一个人都应该读，包括猴子在内！ 11年之后（1995年），格利宾又将焦点关注于量子理论的一些新的疑问上，这就是另一本书，即中译本的第二篇：《薛定谔的小猫及对实在的追求》。他 从贝尔的证明开始展开讨论。他认为，量子世界的所有奇异性都可以通过考察薛定谔猫的悖论的两个变种——即他的书中所说的小猫的历险过程来获得最清楚的理 解。从光的本质问题开始，中间涉及到电子干涉的标准观点、牛顿的世界观、托马斯·杨、菲涅耳、泊松的观点、法拉第的场、麦克斯韦方程组、以太之死、狭义相 对论的产生；哥本哈根解释的垮台；冯·诺依曼的的错误等多个主题，由此来试图解释真实性的本质和解决所有的量子之谜。 格利宾的这两本书，既有思想深度，路数又非常清晰。是非常难得的高级科普读物。完全读懂这两本书是不容易的，但却非常值得一读。它可以在让你旋风般地 领略20世纪物理学的发展过程中，加深对事物本性的认识。难怪有许多读者说，正是在读完格利宾的书后，才开始喜欢上物理，开始科学生涯的。 即使对物理学没有任何兴趣，你也可以获得许多意想不到的东西。比如：我们都知道牛顿是一位伟大的科学家，但对他的不幸人格却不甚了解。他脾气不好，疑 心太重，经常卷入优先权与抄袭指控等学术争论。他在与同样尖刻，个子矮小的胡克的争论中，不惜使用下流卑鄙的手段。他的那句名言：“如果我看得更远，那是 因为我站在巨人的肩上”，实际上是讽刺了胡克的矮个子，同时又暗指其才智不佳。 这有点让人不可思议。如果你想发现更多不可思议的故事，不妨读一读格利宾的两本书。 《寻找薛定谔的猫》海南出版社 |
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