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j9九游会官方网站决战量子力学之巅:当爱因斯坦的骰子遇上薛定谔的|MINUS8法

发布时间:2025-07-01 来源:j9游会真人游戏第一品牌科技大学

  这是两位辉煌的物理学家的故事ღღ,1947年的媒体战争曾破坏过他们几十年的友谊ღღ,以及科学合作和发现的脆弱本性ღღ。

  二人产生龃龉时j9九游会官方网站ღღ,各自都已是诺贝尔奖获得者ღღ,且已是人到中年ღღ,已经过了研究的高峰期ღღ。然而国际新闻界对两个人的故事讲得都不相同ღღ。这是一个大家都熟悉的情节ღღ:一位久经沙场的老兵ღღ,仍然很强大ღღ,面对一个正在崛起的渴望夺取奖杯的竞争者j9九游会官方网站ღღ。阿尔伯特·爱因斯坦 (Albert Einstein)声誉卓著——他的每一个声明都会有媒体报道ღღ;相比之下ღღ,很少有读者熟悉奥地利物理学家埃尔温·薛定谔的研究成果ღღ。

  关注爱因斯坦职业生涯的人都知道ღღ,他在统一场理论上已经进行了数十年的研究ღღ。他希望延续19世纪英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦 (James Clerk Maxwell)的工作ღღ,通过一个简单的方程组把自然界的力结合在一起ღღ。麦克斯韦提出了对于电力和磁力统一解释ღღ,称为电磁场ღღ,并将电磁波和光波等同视之ღღ。爱因斯坦自己提出的广义相对论将引力描述为时空的几何翘曲ღღ。该理论得到了验证ღღ,他声名大振ღღ。不过ღღ,他不想停止不前ღღ。他的梦想是将麦克斯韦的结果纳入广义相对论的扩展形式ღღ,从而使电磁与引力统一起来j9九游会官方网站ღღ。

  每隔几年ღღ,爱因斯坦都会宣布一个统一论ღღ,引来众人关注ღღ,但是却又会静悄悄地失败ღღ,并被另一个理论所替代ღღ。从1920年代末开始ღღ,他的主要目标之一是针对尼尔斯·玻尔ღღ、沃那·海森堡ღღ、马克斯·博恩等人建立的概率量子理论ღღ,提出一种确定性的替代理论ღღ。虽然他意识到量子理论在实验上是成功的ღღ,但他认为量子理论是不完整的ღღ。在他的心里ღღ,他觉得“上帝不掷骰子”ღღ,这是对这个问题的一种理想的机械主义创世论的表述ღღ。他所说的“上帝”ღღ,是指17世纪荷兰哲学家巴鲁赫·斯宾诺莎 (Baruch Spinoza)所描述的神ღღ:可能存在的最好的自然秩序的象征ღღ。斯宾诺莎认为ღღ,上帝与自然同义ღღ,他是不变的ღღ,永恒的ღღ,不留给机会任何余地ღღ。爱因斯坦赞同斯宾诺莎的看法MINUS8法老猫ღღ,试图寻求控制自然机制的不变规则ღღ。他坚定不移地要证明ღღ,世界是绝对确定的ღღ。

  1940年代ღღ,在纳粹吞并奥地利之后ღღ,薛定谔流亡爱尔兰ღღ,他也赞同爱因斯坦对量子力学的正统解释的鄙视ღღ,把他看作是一个自然的合作者j9九游会官方网站ღღ。类似地ღღ,爱因斯坦也觉得薛定谔的观点跟自己的很相符ღღ。在二人相互交换了对力的统一的想法之后ღღ,薛定谔突然宣布取得了成功ღღ,这引起了世人的关注ღღ,也让他和爱因斯坦的友谊出现了裂痕ღღ。

  大家可能听说过“薛定谔的猫”——这是他提出的著名的涉及猫科动物的思维实验ღღ。但是ღღ,当二人产生龃龉的那段时间ღღ,物理界以外ღღ,还很少有人听说过他所说的这个有关猫的寓言MINUS8法老猫ღღ。新闻界把他描绘成一个居住在都柏林的雄心勃勃的科学家ღღ,而且他可能已经击败了伟大的爱因斯坦MINUS8法老猫ღღ。

  最早宣布这一消息的是《爱尔兰新闻》诺贝尔奖ღღ,从该报纸的报道中ღღ,国际社会得知了薛定谔所发出的挑战ღღ。薛定谔给媒体发去了一个长篇新闻稿ღღ,描述了他新提出的“万物理论”ღღ,而且毫不谦虚地将自己的成果与希腊圣人德谟克利特 (发明“原子”这个词的人)ღღ、罗马诗人卢克来修MINUS8法老猫ღღ、法国哲学家笛卡尔ღღ、斯宾诺莎和爱因斯坦本人的等量齐观j9·九游会游戏中国官方网站ღღ。ღღ。

  薛定谔说ღღ:“科学家宣传自己的发现并不是一件很恰当的事ღღ。但是既然新闻界希望了解ღღ,我就把新闻稿给他们了ღღ。 i”

  《纽约时报》将这一宣布描述为特立独行者的神秘方法与缺乏进步的现有权威之间的战斗ღღ。“薛定谔如何取得了进展ღღ,我们不得而知”ღღ,报道中说ღღ。 ii

  很短的一段时期内ღღ,在探究解释宇宙中的一切的理论这件事上ღღ,一个原来名不见经传的维也纳物理学家ღღ,似乎击败了伟大的爱因斯坦ღღ。也许是时候了——疑惑的读者可能会这么想——更好地了解一下薛定谔MINUS8法老猫ღღ。

  今天ღღ,大多数听到“薛定谔”这个名字的人都会立即想到一只猫ღღ、一个盒子和一个悖论j9九游会官方网站ღღ。他著名的思想实验科技大学ღღ,ღღ,是1935年发表的论文的一部分ღღ,论文题目是“量子力学的现状”ღღ,也是科学史上设计的最可怕的思想实验之一ღღ。首次听到这个思想实验的内容ღღ,肯定会让人内心发紧ღღ,不过在了解到这只是一个假设性的实验ღღ,可能从未在任何一只实际的猫科动物上尝试过之后ღღ,人们又会大松一口气ღღ。

  薛定谔在1935年提出了这个思想实验ღღ,相关描述出现在他的一篇论文中ღღ,文章研究了量子物理学中量子纠缠的后果ღღ。纠缠 (Entanglement)这一术语是由薛定谔创造的ღღ,指的是当两个或更多个粒子的条件由单一的叠加量子态表示时ღღ,如果一个粒子发生变化ღღ,则其他粒子立即受到影响ღღ。

  通过与爱因斯坦的对话ღღ,薛定谔的猫这一难题ღღ,把量子物理学所隐含的内容推到了极限ღღ:生或死的问题MINUS8法老猫ღღ。该实验让我们想象一只猫j9九游会官方网站ღღ,其命运与粒子状态纠缠在一起ღღ。这只猫被放在存有放射性物质的盒子里ღღ,里面还有一个盖革计数器和一瓶密封的毒药ღღ。盒子是盖着的ღღ,而定时器则精确地设置为合适的间隔ღღ,使放射性物质有50ღღ:50的几率通过释放粒子而产生衰变ღღ。研究人员设置好里面的仪器ღღ,如果盖革计数器记录到单个衰变粒子ღღ,盛有毒药的容器就会被打破ღღ,毒药释放出来ღღ,猫就会死去ღღ。但是ღღ,如果没有衰变发生ღღ,猫就会幸免ღღ。

  根据量子测量理论ღღ,正如薛定谔指出的那样ღღ,猫死亡或活着的状态将与盖革计数器的读数——衰减或不衰减的状态——相互纠缠ღღ,直到盒子被打开ღღ。因此ღღ,猫将处于僵尸般的或生或死的量子叠加态ღღ,直到定时器启动ღღ,研究人员打开盒子ღღ,猫和计数器的量子状态“塌缩”ღღ,变成两种可能性中的一种ღღ。

  1930年代末到1960年代初这段时间里ღღ,除了有时作为讲课时的趣事之外ღღ,该思想实验很少被提及ღღ。例如ღღ,哥伦比亚大学教授和诺贝尔奖获得者T.D.李曾跟学生讲过这个故事ღღ,以说明量子塌缩的奇怪性质 iiiღღ。1963年ღღ,普林斯顿的物理学家尤金·魏格纳 (Eugene Wigner)在他的一篇关于量子测量的论文中提到了该思想实验ღღ,现在被称为“魏格纳的朋友”悖论ღღ。

  著名哈佛哲学家希拉里·普特南 (Hilary Putnam)从物理学家同事那里了解到了这个难题ღღ,也是物理界以外第一批分析并讨论薛定谔的猫思想实验的学者之一 ivღღ。他在他经典的1965年的“哲学家眼中的量子力学”一文中描述了它的含义ღღ,该文章是一本书中的一个章节ღღ。同一年ღღ,《科学美国人》的书评提到了该论文ღღ,这一术语进入了科普领域ღღ。在接下来的几十年中ღღ,它被当作模糊性的象征进入文化领域ღღ,被许多小说ღღ、散文和诗句引用ღღ。

  虽然那时候公众开始熟悉猫的悖论ღღ,但是对于提出它的那位物理学家还不是很清楚ღღ。自1920年代以来ღღ,爱因斯坦就成了一个偶像ღღ,是聪明绝顶的科学家的象征ღღ,但人们并不熟悉薛定谔的生平事迹ღღ。这里面真是有些讽刺意为ღღ,因为人们张口闭口“薛定谔的”——包括其中的“模糊”的含义——说的就是他ღღ。

  许多物理学家在自己的职业生涯中ღღ,集中研究的是关于自然界特定方面的非常具体的问题ღღ。他们看到的是树木ღღ,而不是森林ღღ。爱因斯坦和薛定谔的目标则更广阔ღღ。两人基于自己所读过的哲学ღღ,都相信自然有一个宏伟的蓝图ღღ。他们年轻时的学术经历让他们有了重要的发现——爱因斯坦的相对论和薛定谔的波动方程ღღ,这些发现揭示了答案的一部分ღღ。受到这种部分解决方案的诱惑ღღ,他们希望找到能够解释一切的理论ღღ,来完成他们毕生的目标ღღ。

  但是ღღ,就像宗教上的派别之争一样ღღ,对于前景的微小差异也可能导致重大冲突ღღ。薛定谔操之过急ღღ,以为他奇迹般地发现了爱因斯坦不知何故忽略了的线索ღღ。他的错误的顿悟ღღ,再加上他的学术地位给他带来的要表现得更优异的压力ღღ,让他在获得足够的证据证实自己的理论之前ღღ,就按耐不住要往前冲ღღ。

  他们的冲突是有代价的ღღ。从那时起ღღ,他们的宇宙统一梦想受到了个人冲突的影响ღღ。他们浪费了两人生命中的一段时间ღღ,这段时间里ღღ,他们本可以在友好对话中ღღ,全面地讨论宇宙中可能的发条机制ღღ。意外打破了他们用决定性取代随机性的决心ღღ。对于能够完整地解释其运作机制的理论ღღ,宇宙在等待了数十亿年的时间之后ღღ,还必须继续耐心地等下去ღღ,但是两位伟大的思想家ღღ,却失去了转瞬即逝的机会j9九游会官方网站ღღ。

  iii 艾利休·卢布金MINUS8法老猫ღღ,“薛定谔的猫”ღღ,《国际理论物理学杂志》ღღ,第18卷ღღ,第8期ღღ,1979年ღღ,第520页ღღ。

  当量子力学的不确定性推翻了牛顿的有序世界之时ღღ,爱因斯坦和薛定谔正处在这场物理学革命的最前沿ღღ。不过ღღ,他们二人对于量子力学的标准解释都不满意ღღ,爱因斯坦说了一句非常有名的话“上帝不会掷骰子”ღღ,而薛定谔则创造了著名的有关猫的故事ღღ,它既不是活的ღღ,也不是死的——这不是用来解释量子力学JIUYOU九游会体育在线登录ღღ,ღღ,而是要突出显示这一误入歧途的理论是多么荒谬ღღ。在《爱因斯坦的骰子和薛定谔的猫》一书中ღღ,物理学家保罗•哈尔彭讲述了爱因斯坦和薛定谔如何寻求一种超越量子随机性的 “万物理论”ღღ。他们最终虽然失败了ღღ,但他们的执着推动了物理学不断前进ღღ。