量子和粒子物理學何以解釋一切

第8章 量子必須死

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阿爾伯特·愛因斯坦攻擊量子論

這是1935年5月4日《紐約時報》的頭條新聞,時年56歲的世界上最偉大的物理學家轉而反對他自己的創造物,就像弗蘭肯斯坦(1)拋棄自己創造的怪物一樣。當然,愛因斯坦一直對量子力學心存疑慮。1935年,在他的年輕助手納森·羅森的幫助下,愛因斯坦投入了所有時間,他要把量子力學推向滅亡。

傾注了多年的血汗,並得到了俄羅斯物理學家鮑裏斯·波多爾斯基的一點幫助,愛因斯坦最終在玻爾的盔甲上發現了一道裂縫,這就是後來的愛因斯坦-波多爾斯基-羅森佯謬,簡稱“EPR佯謬”。[1]

必須處死貓嗎

薛定諤方程把粒子描述成一個隨時間變化的取平方根的可能屬性—波函數。我們沒有理由隻局限於一個粒子。

氦原子的原子軌道上有兩個電子。由於波函數可以疊加,兩個電子的波函數可以組成一個“雙電子波函數”。這在數學上比較複雜,但在物理學上沒有問題。

我們甚至可以更進一步,把質子和中子的波函數與雙電子波函數加起來,從而得到整個原子的波函數。實踐中很難做這樣的計算,通常我們不得不走捷徑(參閱附錄Ⅱ),但在理論上我們可以計算任何事物的波函數,無論它包含多少粒子。

我們先從兩個電子開始,把它們的波函數加起來。現在,在波函數上計算的每一個值,都是把這對電子當成一個單位,而不是單個的電子。

一對電子的波函數可以告訴我們,其中一個電子上旋,而另一個電子下旋,但在測量之前我們無法確定究竟是誰在上旋、誰在下旋,因為波函數是聯合在一起的,我們必須描述整體,而不能描述其中的成員。

薛定諤把這樣的兩個粒子稱為“糾纏”,因為它們的屬性就好像糾纏在一起,在測量時無法預測哪個粒子會出現哪種屬性。[2]