爱因斯坦的骰子和薛定谔的猫 9787571006778

当量子力学的不确定性推翻了牛顿的有序世界之时，爱因斯坦和薛定谔正处在这场物理学革命的*前沿。不过，他们二人对于量子力学的标准解释都不满意，爱因斯坦说了一句非常有名的话“上帝不会掷骰子”，而薛定谔则创造了著名的有关猫的故事，它既不是活的，也不是死的——这不是用来解释量子力学，而是要突出显示这一误入歧途的理论是多么荒谬。在《爱因斯坦的骰子和薛定谔的猫》一书中，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”。他们*终虽然失败了，但他们的执着推动了物理学不断前进。

保罗·哈尔彭是美国费城科学大学的物理学教授，著有14部科普读物。他住在宾夕法尼亚州的费城附近。

章  宇宙的机制
第二章  对引力论的考验
第三章  物质波动和量子跃迁
第四章  对统一论的不懈追求
第五章  怪异的联系和僵尸猫
第六章  爱尔兰人的运气
第七章  公共关系与物理学
第八章  后的华尔兹

结语  超越爱因斯坦和薛定谔

当量子力学的不确定性推翻了牛顿的有序世界之时，爱因斯坦和薛定谔正处在这场物理学革命的*前沿。不过，他们二人对于量子力学的标准解释都不满意，爱因斯坦说了一句非常有名的话“上帝不会掷骰子”，而薛定谔则创造了著名的有关猫的故事，它既不是活的，也不是死的——这不是用来解释量子力学，而是要突出显示这一误入歧途的理论是多么荒谬。在《爱因斯坦的骰子和薛定谔的猫》一书中，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”。他们*终虽然失败了，但他们的执着推动了物理学不断前进。

保罗·哈尔彭是美国费城科学大学的物理学教授，著有14部科普读物。他住在宾夕法尼亚州的费城附近。

充满矛盾的人

薛定谔的猫的模糊性也完全符合其创作者充满矛盾的生活。这位戴着眼镜，有些书呆子气的教授，也具有多种对立观点的量子叠加状态。他的生活中阴阳叠加的特性开始于他年轻的时候。他从不同的家庭成员那里分别学会了德语和英语。他与许多国家有联系，但是他对自己的祖国奥地利始终保持至高无上的爱；他既不喜欢民族主义也不喜欢国际主义，希望完全躲开政治。

他热爱新鲜空气和运动，但是却同时又是个大烟枪，让别人淹没在自己吐出的烟雾里。在正式的学术会议上，他会穿得像背包客那样步入会场。他称自己是一个无神论者，却经常谈论神的动机。在他一生中，曾有一段时间，他和他的妻子，以及他个孩子的母亲同时住在一起。他的博士研究是实验和理论物理学的混合体。在他职业生涯的早年，曾有一段很短的时期考虑转向哲学，不过很快就掉转头回到了科学上。后来，他还在奥地利、德国和瑞士的众多大学之间来回奔波。

曾经与他合作的物理学家沃尔特·蒂林（Walter Thirring）描述说：“他就像一直被追逐着：他的天才把他从一个问题追到另一个问题，20世纪的政治权力斗争把他从一个国家追到另一个国家。他是一个充满矛盾的人。”

在他职业生涯的某个时刻，他强烈地认为，应该抛弃因果关系论，接纳纯粹的随机性。几年后，在建立了确定性的薛定谔方程之后，他又改了主意。他认为也许有因果法则。后来，物理学家马克斯·玻恩重新用概率的角度解释了他的方程。薛定谔在反驳了这一重新解释后，他又回到了概率的概念。在生命的后期，他的哲学轮盘赌再次转回因果关系的方向。

1933年，薛定谔因为纳粹的统治，英勇地放弃了在柏林受人尊敬的教职。他是自主选择离开的成就卓著的非犹太物理学家。在牛津大学工作一段时间后，他决定回到奥地利，成为格拉茨大学的教授。但是，奇怪的是，在纳粹德国吞并奥地利之后，他试图与纳粹政府达成协议，以保住自己的工作。在公开发表的悔过书中，他为早先的反对行为道歉，宣布忠诚于征服奥地利的纳粹德国政权。尽管他曲意迎合，后还是不得不离开奥地利，在新成立的都柏林高级研究院担任了重要职位。到了中立国的土地上之后，他就宣布收回他原来发表的自我忏悔。

“希特勒在德国上台后，他表现出了作为一名公民的勇气，令人赞叹，而且放弃了德国受人尊敬的物理学教授的教职，”瑟林说。“可是当纳粹重新掌控了他时，他被迫违心地赞同施行恐怖统治的政权，这一表现令人为其扼腕叹息。”

量子研究的战友 

爱因斯坦曾经是薛定谔在柏林期间的一位同事和密友，一直都支持薛定谔，而且乐于与他谈论他们在物理和哲学上的共同兴趣。他们共同对抗一个恶棍：纯粹的随机性，这是自然秩序的对立面。

在斯宾诺莎和叔本华的著作中，统一的原则是意志的力量将自然界中的所有东西联系在一起。爱因斯坦和薛定谔都曾熟读这两位哲学家及其他哲学家的作品，两人都不喜欢将模糊性和主观性纳入到宇宙的任何基本描述中。虽然两人在量子力学的发展中都发挥了重要作用，但是他们俩都认为这个理论是不完整的。虽然他们认识到了量子力学理论在实验方面的成功，但是他们认为，进一步进行理论研究，会揭示一个永恒的、客观的现实。

他们的联盟因为玻恩对薛定谔波动方程的重新诠释而得以巩固。薛定谔提出该方程的本意，是对有形物质波的连续行为提出模型，表示出电子进出原子的状态。麦克斯韦构造了确定性的方程，将光描述为在空间传播的电磁波。与之类似，薛定谔希望自己的方程能详细描述物质波的稳定流动。因此，他希望能解释电子的所有物理性质。

玻恩破坏了薛定谔描述的确定特性，用概率波代替了物质波。概率波不需要直接测量其物理性质，而需要通过对概率波值进行数学运算来计算出来。通过这样做，他把薛定谔的方程与海森伯的不确定性观念融合在了一起。海森伯提出，我们无法同时精确地测量某些成对的物理量，如位置和动量（质量乘以速度）。他在他著名的不确定性原则中写入了这样的量子模糊性：一个研究者测量一个粒子的位置越是精确，他对其动量所知就越少——反之亦然。

薛定谔急切地想提出描述电子和其他粒子的实质的模型，而不仅仅是它们的可能性，他批评海森伯-玻恩的方法存在不可捉摸的因素。他同样也避开了玻尔的量子学说，即所谓的“互补性”，该学说认为量子或是显示波动性质，或是显示粒子性质，这取决于实验者选择使用何种测量仪器。他反驳说，自然应该是可视的，不是一个带有隐匿的工作机制的神秘的黑匣子。

由于玻恩、海森伯和玻尔的观念在物理界被广泛接受，后相融形成了所谓的“哥本哈根诠释”，也就是正统的量子观，爱因斯坦和薛定谔自然成了盟友。两个人在晚年都希望找到一种统一场论，填补量子物理学中的空隙，把自然力结合到一起。通过扩展广义相对论来包括所有的自然力，这样的理论将会以纯几何取代物质——实现毕达哥拉斯学派所说的“万物皆数”的梦想。

“保罗·哈尔彭的书让我们重新认识了二十世纪*伟大的两位理论物理学家的人格、生活和成就。他把物理和个人故事讲得栩栩如生，这种能力罕有其匹。”