チャプター8 第7章 不確実性

一 私たちの歴史はここまで来ました。私たちが歩んできた道のりを振り返る時が来ました。壮大な古典物理学の建物が突然崩壊した様子を見てきたし、プランクの量子仮説が黒体問題を導きとして新しい革命の火花をどのように発火させたかを見てきました.その後、アインシュタインの光量子論により、生まれたばかりの量子に実質的な力が与えられ、群集から際立って初めて立ち上がることが可能になり、ボーアの原子論により、その無限のエネルギーの助けを借りて新しい世界が創造されました。 また、粒子と波動の 2 つの理論が、300 年前から光の性質について常に対立してきたことについても言及しました。ド・ブロイから始まって、この本質的な矛盾は物理学の基本的な問題になり、ハイゼンベルグは不連続性から行列力学を作成し、シュレーディンガーも別の連続経路方程式に沿って波動を発見しました。この 2 つの理論は数学的に同等であることが証明されていますが、その物理的な意味については広範な議論が巻き起こっており、ボンの確率論は数百年の決定論を疑いの段階に押し上げ、波の焦点となっています。一方、ゆらぎと粒子の戦いは今、最も重要な時期を迎えています。

次に、いくつかの本当に奇妙なことが物理学で起こります。それは人々の哲学を見せかけの狂気に変え、物理そのものを大渦に変えるだろう。20 世紀で最も有名な論争が始まろうとしており、その反響は今日まで続いています。私たちは長い道のりを歩んできました。私たちは皆疲れ果てて疲れていますが、後戻りはできません。振り返ると、白い雲が帰り道をふさいで、古典論の暖かい快適さに戻ることはできず、私たちの目の前には遠くの未知の場所への長く険しい道しかありませんでした。さあ、勇気を振り絞って物理学者の言うとおりに進み、この道の先にどんな光景が隠されているのか見てみましょう。 ここで、1927 年 2 月の魔法のような冬に戻ります。ここ数ヶ月はハイゼンベルグにとって悪夢のような日々だった。彼の行列を忘れて、シュレーディンガーと彼の忌まわしき波動理論に目を向ける人々がますます増えているからだ。ハイゼンベルクの元の優れた論文は現在、波動方程式の別の形式に書き直されており、これは彼を特に耐え難いものにしています。彼は後にパウリに次のように書いています: 行列に関するすべての論文について、人々はそれを共役波形に書き直します。私は、彼らは両方の方法を学んだほうがよいと思います。

しかし、彼を最も悲しませたのは、間違いなく、ボーアも彼の反対に目を向けたことでした.彼が厳格な教師、愛情深い父、良き友人と見なしていたボーアであり、彼の陰で量子論の教皇と呼ばれ、コペンハーゲン軍団の最高司令官であり精神的指導者であるボーアは、実際に彼に反対しました!これにより、ハイゼンベルグは非常に不当な扱いを受け、悲しくなりました。その後、ボーアが再び彼の理論を批判したとき、ハイゼンベルクは実際に涙を流しました。ハイゼンベルグにとってボーアの立場は独特で、ボーアのサポートがなければ、ハイゼンベルグは大人の腕のない川で泳ぐ子供のように感じ、孤独と無力感を感じました。 しかし、ボーアは休暇でノルウェーに行ったので、スキーをしているのでしょうか?ボーアのスキーの技術の低さを思い出して、ハイゼンベルグは思わず笑みをこぼした。ボーアはもはや何の助けにもなりませんでしたが、今では彼とクラインは寄り添い、相対論的ゆらぎの研究に集中しました。変動！ハイゼンベルクは鼻を鳴らした、殺しても認めない、電子はゆらぎと解釈すべきだ。しかし、事態はそれほど悪くはなく、彼にはまだ少なくとも数人の戦友がいた: 彼の旧友パウリ、ゲッティンゲンのヨルダン、そして現在コペンハーゲンを訪れていたディラック.

少し前に、ディラックとジョーダンはそれぞれ変換理論を開発しました。これにより、ハイゼンベルグは行列を使用して、シュレディンガーの方程式で扱われていたいくつかの確率問題を簡単に扱うことができました。ハイゼンベルクが喜んだのは、ディラックの理論の基礎として不連続性が採用されたことで、シュレディンガーの説明が疑わしいものであることがさらに確信したことでした。しかし、不連続性を前提にすると、この系には説明が難しい変数、例えば電子の軌道は常に連続しているじゃないですか。 ハイゼンベルクは、行列力学の作成の歴史を思い出すために最善を尽くし、問題がどこにあるかを確認しようとしました。当時のハイゼンベルグの仮定は、物理理論全体は観測可能な量のみを前提とすることができ、これらの変数のみが明確であり、あらゆるシステムの基礎を形成できるというものであったことを今でも覚えています。しかし、ハイゼンベルクはまた、アインシュタインがこれに完全に同意していなかったことを覚えています. 彼は古典哲学の影響を強く受けすぎており、絶望的に超越主義者でした.

観測可能な量だけが物理学の資格があると本当に信じていませんか?アインシュタインはかつて彼にこう尋ねました。 なぜだめですか？ハイゼンベルクは驚いて言った、あなたが相対性理論を作ったとき、絶対時間は観測できなかったので、それを放棄したのではありませんか? アインシュタインは笑った。原則として、観測可能な量だけに基づいて理論を構築しようとするのは間違っていることを知っておく必要があります。真実はまったく逆です。私たちが観察できるものを決定するのは理論です。 うん？理論は私たちが観察するものを決定しますか?では、理論は雲室での電子の軌道をどのように説明するのでしょうか?シュレーディンガーの見解では、これは一連の固有状態の重ね合わせですが、彼のことは忘れてください!ハイゼンベルクは、もっとオーソドックスな行列で説明しよう、と心の中で言いました。しかし、行列は不連続ですが、軌道は連続しており、いわゆる軌道は、行列が作成されたときに観測できない量として長い間破棄されてきました

窓の外は静かな夜で、ハイゼンベルクは一生懸命考えていたが分からなかった。彼は心配でいっぱいで、寝返りを打ったり、起き上がって、ボーア研究所からそう遠くないフェレド公園に散歩に行くことにしました。真夜中の公園は空っぽで、夕方の風はまだ苦くて寒かったですが、人々は冷静になりました。ハイゼンベルクの心は、大小さまざまな行列でいっぱいでした。彼は、行列の奇妙な乗算規則を思い出しました。 p×q≠q×p 理論は私たちが観察するものを決定しますか?理論では、p×q≠q×p とありますが、これによって観察対象が決まるのでしょうか? I×II とはどういう意味ですか?最初にライン I に乗り、次にライン II に乗り換えます。では、p×q とはどういう意味ですか? p は運動量、q は位置、という意味ではありません

夜空に稲妻が走ったようで、ハイゼンベルクの心は急に澄み渡った。 p×q≠q×pということは、運動量pを観測してから位置qを観測するのと、qを観測してからpを観測するのとでは結果が違うということではないでしょうか。 ちょっと待って、これはどういう意味ですか？小さなボールが前方に移動していると仮定すると、その運動量と位置は常に 2 つの明確な変数ではありませんか?観察の順番が違うだけで結果が違うのはなぜですか？ハイゼンベルクの手のひらは汗をかき、ここに非常に重要な秘密が隠されていることを知っていました。これはどのように可能ですか？長方形の縦と横を測る場合、縦を先に測るのと横を先に測るのは同じではありませんか？

そうでもなければ 運動量 p 自体を測定するアクションが q の値に影響しない限り。次に、q を測定する行為は p の値にも影響します。しかし、冗談ですが、p と q を同時に測定するとどうなるでしょうか。 ハイゼンベルクは突然神の啓示を見たように見え、突然悟りを開いた。 p×q≠q×p、私たちの方程式は、pとqを同時に観測することは不可能だと教えてくれますか?理論は観察できるものを決定するだけでなく、観察できないものも決定します! しかし、私は混乱しています.pとqが同時に観測できないとはどういう意味ですか?観測 p は q に影響を与えますか?観測 q は p に影響するか?私たちは一体何について話しているのですか？時刻 t に小さなボールがあり、その位置座標が 10 メートル、速度が 5 メートル/秒だとしても問題ありませんか?

問題があり、大きな問題があります。ハイゼンベルクは手を叩いた。時間 t で、あるボールの位置が 10 メートル、速度が 5 メートル/秒であることをどのように知ることができますか?どうして知っていますか？ 何によって？言うまでもなく？観察する、測る。 鍵はここにある！測定！ハイゼンベルクは頭を叩いて言った、「問題は測定動作にあることが完全に理解できました.長方形は長さと幅が固定されているので、長さを測っても幅は変わらず、その逆も同じです。再び古典的なボールについて話しましょう、その位置をどのように測定しますか?あなたはそれを見るか、それを検出するための何らかの機器を持っている必要があります. とにかく、何らかの方法でそれに触れなければなりません.たとえば、小さなボールの位置をどのように見ることができますか?いくつかの光子が光源から出て、ボールに当たって、跳ね返ってあなたの目に戻ってくる必要がありますよね?要点は、古典的な球体は巨大であり、そこに当たる光子はアリが象に当たるようなものであり、その影響は無視できる程度であり、球体の速度にはまったく影響しないということです。このため、位置を測定した後は、誤差を無視して落ち着いて速度を測定できます。

しかし、今は電子について話しているのです!非常に小さく軽いため、光子の影響を無視してはなりません。電子の位置を測る？さて、このタスクを実行するために光子を送信しますが、どのように報告するのでしょうか?はい、私はこの電子にアクセスできましたが、それは私にハードバンプを与え、どこかに行きました。現在の速度については何も言えません.ほら、その位置を測定するために、運動量である速度を大幅に変更しました。電子の位置と運動量を同時に正確に知ることはできません。 ハイゼンベルグは急いで研究所に戻り、計算に没頭し、最終的に次の式を思いつきました。 △p×△q >h/2π Δp と Δq はそれぞれ p と q の測定誤差で、h はプランク定数です。Heisenberg は、p の測定値と q の測定値の誤差の積が特定の定数よりも大きくなければならないことを発見しました。p を非常に正確に測定すると、つまり△p が非常に小さくなり、それに対応して△q が非常に大きくなるはずです。つまり、q に関する私たちの知識は非常に曖昧で不確実になります。逆に、位置 q を非常に正確に測定すると、p がぐらつき、誤差が急激に増加します。

p を 100% の精度、つまり △p=0 で測定すると、△q は無限大になります。つまり、電子の運動量 p に関するすべての情報を知っている場合、同時にその位置 q に関するすべての情報を失うため、どのように配置しても、電子がどこにあるかはまったくわかりません。実験、私たちはそれをより良くすることはできません。両方を持つことはできません.pを正確に知っていてqを手放すか、qを正確に知っていてpのすべての知識を放棄するか、妥協して比較的漠然としたpと比較的漠然としたqを同時に取得します。 pとqは前世の一対の敵のようで、生では出会うこともなく、事業に参加するような動きをし、あなたはいるが私はいないという状態。一方に近づくと、同時に他方を劇的に遠ざけます。この特異な量は共役量と呼ばれ、そのような量がたくさんあることは後でわかります。 このハイゼンベルクの原理は、1927 年 3 月 23 日の「Journal of Physics」に掲載され、不確定性原理と呼ばれています。それが最初に中国語に翻訳されたとき、それは不確実性原理として素敵に翻訳されましたが、そのほとんどは現在、より一般的な不確実性原理に変更されています. 二 不確実性原理 わからない？改めてこの忌まわしい言葉に出くわしました。繰り返しますが、この用語は物理学では嫌われています。物理学で何も決定できない場合、何のためにそれが必要なのですか?すべての条件が予測可能ではないことを考えると、Born の確率論的解釈は十分に厄介です。すべての条件を考えると、ハイゼンベルクはさらに良くなっていますか?この前提自体が成り立たず、いくつかの条件が与えられると、条件の他の部分が曖昧になり、不確定になります。p が与えられると、q に別れを告げます。 これはきれいではありません。何か問題があるに違いありません。p を測定すると q は測定できないのですか?私はあきらめません。さて、ハイゼンベルグが引き継ぎます。ウィルソンの雲室を覚えていますか?そもそも、この問題について心配していませんでしたか?霧箱を通して電子の動きの軌跡を見ることができるので、もちろんその位置を連続的に測定することで瞬間速度を計算できるので、同時にその運動量を知ることができるでしょうか? この疑問、ハイゼンベルクは笑顔で言いました、私はついにそれを理解しました.電子が雲室に残したものは、私たちが理解しているような細かい軌跡ではありませんが、実際には一連の凝縮した水滴です。ズームインすると、不連続な点線の集まりであり、位置の概念を正確に取得することは不可能であり、不確定性の原則に違反することは言うまでもありません。 おお？それは正しい。では、もっと気をつけて、電子の細かい軌道を見つけることはできませんか?より大きな顕微鏡を使用してこの作業を行うことができますが、理論的には不可能ではないでしょうか? ところで、顕微鏡！ハイゼンベルグは熱狂的に言った、私はちょうど顕微鏡について話そうとしていた.思考実験（Gedanken-experiment）をしましょう。非常に強力な顕微鏡を持っていると想像してください。しかし、どんなに高性能な顕微鏡にも原理原則があり、どうしても波長よりも小さなものを波で観察しても、顕微鏡と同じように正確ではないことを知っておかなければなりません。粗い波. ペンが細い線を描くことができないような.電子のような小さなものを見たい場合は、非常に短い波長の光を使用する必要があります。通常の光だけでは不十分で、紫外線、X 線、さらにはガンマ線を使用する必要があります。 まあ、とにかく思考実験にはお金がかからないので、最先端のガンマ線顕微鏡を作るために、上層部が初めて巨額のお金を割り当てたと仮定しましょう.では、電子がどこにあるかを正確に見ることはできませんか? しかし、ハイゼンベルクが指摘したように、あなたは忘れていませんか?電子を検出する波は、電子自体に擾乱を引き起こすに違いありません。波の波長が短いほど、その周波数は高くなりますよね?プランクの式 E = hν. 周波数が高いほどエネルギーが高くなり、電子をより激しく乱すと同時に、その運動量を理解することがさらに難しくなります.おわかりのように、これは不確定性原理を完全に満たしています。 あなたは詭弁です。光子を使用して電子の位置を検出するたびに、電子の位置を検出するたびに、光子に強い擾乱が生じ、方向と速度が変化し、別の方向に飛ぶという事実を受け入れましょう。ただし、目標を達成するために、いくつかの巧妙で遠回しな方法を使用することはできます。たとえば、跳ね返った光子の方向速度を測定して、それが電子にどのように影響するかを推測し、電子自体の方向速度をエクスポートできます。何、これはあなたのトリックを壊しませんか？ か否か。ハイゼンベルクは首を横に振って、これほどの高感度を達成するためには、私たちの顕微鏡には大口径のレンズが必要だと言いました。ご存知のように、レンズはあらゆる方向からの光を 1 つの焦点に集めます。そのため、跳ね返る光子がどこから来るのかわかりません。光子が集束しないようにレンズの直径を小さくすると、顕微鏡の感度が低下してしまいます。だからあなたの賢さはまだ機能していません。 それは悪です。では、顕微鏡自体の跳ね返りを見るとどうなるでしょうか。 同様に、このような微妙な効果を観察するには波長の短い光を使う必要があるため、そのエネルギーは大きく、顕微鏡自体に擾乱を起こしてすべてを消し去ってしまいます。 待って、私たちはあきらめません。確かに、私たちの観測機器は非常に粗雑で、指は不器用で、私たちの文明は数千年しか経っていないこと、そして現代科学が確立されてから 300 年も経っていないことは認めています。現在の技術水準では、小さな電子の位置と運動量を同時に観測することはできません。しかし、これは電子が位置と運動量を同時に持たないことを意味するわけではありません. 将来、遠い将来でも、最先端の技術が開発され、電子を正確に測定するための非常に洗練された機器が発明されるかもしれません.電子の位置と運動量. 運動量はどうですか?その可能性を否定することはできません。 それはそれが言うことではありません。ハイゼンベルグは、ここでの問題は、理論が観察できるものを制限することであり、実験がエラーを導入することではないということです。どんなに技術が進んでも、正確な運動量と位置を同時に測定することは原理的に不可能です。永久機関を作ることができないのと同じように、p と q を同時に検出できる顕微鏡を作ることはできません。将来どんな理論を作っても不確定性原理に従わなければならない. これは基本原理であり、その後のすべての理論はその監督下になければ正当性を得ることができない. ハイゼンベルクの結論はあまりにも圧倒されていませんか?さらに、物理学者はこのようにすべての顔を失うのではないでしょうか?大衆を想像してみてください: 何、あなたは物理学者ですか?電子の運動量も位置も知らないなんて！少なくとも、トミーは自分のボールの扱い方を知っています。 しかし、私たちはまだ事実を提示し、理由を説明し、他の人を美徳で納得させなければなりません。思考実験が次々と提案されていますが、電子の運動量を正確に測定すると同時に、電子の位置を正確に求めることはできません。2 つの誤差の積は、その定数、つまり h を 2π で割った値よりも大きくなければなりません。幸いなことに、h は非常に小さく、わずか 6.626×10^-34 ジュール秒であることを私たちは皆覚えています。そのため、△p と△q の大きさが同じであれば、両方とも 10^-17 のオーダーです。何も知らされていない大衆に、物事はそれほど悪くないことを安心させることができ、その効果は電子と光子のスケールでのみ明らかになります.Tommy's ball の場合、10^-17 は取るに足りないので、まったく感じられません。トミーはボールがどこにあるかわからなかったので、失うことを心配することなくボールを撃つことができた. しかし、電子スケールの世界では、それは非常に異なります。前の章の最後で、原子の謎を探るために電子の大きさに縮小されたと想像したとき、私たちの身長はわずか 10^-23 メートルでした。さて、ママは私たちのいたずらを心配して、私たちの位置を測ろうとしましたが、彼らはがっかりする運命にありました。100万回の誤差とは何を意味するのでしょうか? 通常身長が 1.75 メートルの場合、誤差は 175 万メートル、つまり 1,750 キロメートルに達します。その名にふさわしいものになるとは予測できません。 常に、自然は頑固にこの結論に固執し、位置と運動量の正確な値を同時に取得する機会を与えてくれません。どれだけ多くのトリックができても、常に私たちよりも優れており、常に私たちの賢さを上回ります.電子の位置と運動量を測定できませんか?余分なスペースを残さずに電子を 1 つだけ収容できる非常に小さい非常に小さな容器を設計してみましょう。電子機器は動き回れませんよね？しかし、まず、このような容器は、電子で構成されている必要があるため、製造できないため、変動する位置を持たなければならず、内部空間が変動します。一歩下がって、可能であっても、この場合、電子は不思議なことにコンテナの壁を透過し、壁を通り抜けた伝説の老山道士のようにコンテナの外に現れます。不確実性原理は、すべての制約を打ち破るこの魔法の能力を与えます。もう1つの方法は、冷やすことです。原子が絶えず振動していることは誰もが知っており、温度はこの振動の巨視的な現れです. 温度が絶対零度まで下がると、理論的には原子は完全に静止します.そのときの運動量はゼロと判断されるので、位置を測ればいいじゃないですか。残念ながら、絶対零度には到達できません.どんなに頑張っても、原子は運動量を測定することを妨げるために、内部エネルギーの最後のビットを必死に保持しています.原子を完全に静止させることは誰にとっても不可能であり、伝説の聖人も不可能であり、不確定性原理を克服することはできません。 勢いpと位置q、まさに生死です。1 つの量が宇宙に現れると、もう 1 つの量は不思議なことに消えます。または、両方とも不明瞭な形で表示されます。ハイゼンベルグはすぐに、エネルギー E と時間 t という、似たような敵の別のペアを発見しました。エネルギー E を正確に測定すればするほど時間 t はぼやけ、逆に時間 t を正確に測定すればするほど、エネルギー E は大きく変動し始めます。さらに、それらの関係は同じ不確実性ルールに従います。 △E×△t >h/2π ご列席の皆様、私たちの宇宙は非常に奇妙になりました。あらゆる種類の物理量が次々とハイゼンベルクの不確定性原理に従い、まるで神秘的な海で泡が立ち上り、はじけるように。古代人の目には、空は無を意味します。しかし、後に人々は、目に見えない空気にも無数の分子が存在することを知りました。ボイドとは、空気を排出する真空を指す必要があります。その後、人々は、重力場から電磁場までのさまざまな分野も空間の概念から除外し、空間自体のみを指す必要があると感じました。 しかし今、その概念は再び混乱しています。まず第一に、アインシュタインの相対性理論は、空間自体もゆがんだり変形したりできることを教えてくれます. 実際、重力はその曲率です.そして、ハイゼンベルクの不確実性原理は、より風変わりなシナリオを提示します: t がより正確に測定されるほど、E がより不確実になることがわかっています。そのため、非常に短い瞬間、非常に明確な瞬間に、真空中でもエネルギーに大きな変動が生じる可能性があります。この種のエネルギーは、完全に不確実性に頼ってどこからともなく現れ、エネルギー保存の法則に違反しています。しかし、この瞬間は非常に短く、人々がそれを発見する前に、不思議なことに消えてしまい、全体としてエネルギー保存の法則が維持されます.間隔が短いほど、t はより確実になり、E はより不確実になり、薄い空気から現れるエネルギーが大きくなります。 したがって、私たちの真空は実際には常に沸騰しており、神秘的なエネルギーがどこでも生成されたり消えたりしています.アインシュタインは、エネルギーと物質は互いに変換できると語ったので、実際には真空中には常にゴースト物質が現れますが、それらは私たちが捕まえる前に別の世界に消えました.真空自体は、この変動を提供するための最良の媒体です。 空について語るなら、はっきりと言うべきです。物質も、エネルギーも、時間も、空間もありません。これは何もありません。まったく想像できません (スペースがないとどうなるか想像できますか?)。しかし、多くの人はこれは空ではないと言います. 空間と時間自体が無から何かのメカニズムによって作られているように見えるからです. 私は本当に狂っています. 夕食後のうわさ話: 何もないところから むかしむかし、すべての科学者は、ゼロから何かを生み出すことは絶対に不可能だと信じていました。薄い空気から物質を作ることはできず、薄い空気からエネルギーを作ることはできず、ましてや時空そのものを作ることはできない。しかし、不確実性原理の出現により、これらの古い概念はすべて打ち砕かれました。 ハイゼンベルクは、非常に狭い空間と非常に短い時間では、何でも可能であると言いました。なぜなら、私たちは時間について非常に確信を持っているため、エネルギーについては非常に不確かだからです。エネルギー物質は、物理法則の束縛から逃れ、自由に現れたり消えたりすることができます。しかし、この種の自由の代償は、それが非常に短い期間に限られていることです. その時が来れば、シンデレラは元の姿を見せ、これらの神秘的な物質エネルギーは消えてしまいます, 法を維持するために.質量とエネルギーの保存の大規模な破壊ではありません。 しかし、1960 年代の終わりに、誰かが可能性を考えました: 重力のエネルギーは負の数です (重力は吸引であるため、無限遠での位置エネルギーが 0 であると仮定すると、物体が近づくと、重力の仕事はそのしたがって、短い時間で薄い空気から生成された物質エネルギーは、それらの間に重力場を形成することができ、それによって生成された負のエネルギーはちょうどそれ自体を相殺するので、総エネルギーは0のままです。保存の法則には違反していません。このようにして、物質は文字通り無から創造されます。 多くの人は、私たちの宇宙自体がこのメカニズムによって誕生したと信じています。量子効果とは、時空がまったくないところから突如として小さな時空の断片が生じ、さまざまな力の作用によって急激に指数関数的に膨張し、一瞬のうちに宇宙全体の規模にまで膨張することです。 MIT の科学者アラン。この考えから出発して、アラン・グースは宇宙のインフレーション理論 (Inflation) を作成しました。宇宙が誕生したごく初期の頃、宇宙の各部分が想像を絶する驚異的な速度で爆発し、宇宙の総体積が何倍にも増加しました。これは、今日その構造があらゆる方向に均一に見える理由を説明できます。 インフレーションの理論には当初から多くのバージョンがありましたが、この理論が正しいかどうかを確認するのは困難です.しかし、ほとんどの物理学者は今でも有望な理論としてそれを好んでいます。1998 年、Gus はインフレーションに関する人気の本も出版しました.彼の好きな言葉は、「宇宙そのものがフリーランチです.それは宇宙が無から生まれたことを意味します。 しかし、より厳しいものであれば、これは厳格なゼロからの創造とは言えません。物質がなくても、時間と空間がなくても、物理法則の存在という前提があるからです。不確定性原理自体など、相対性理論や量子論のさまざまなルールは、どのようにして無から生まれたのでしょうか?それとも自明ですか？ますます謎が深まってきたので、ここでやめましょう。 三つ ハイゼンベルグが不確定性原理を完成させたとき、彼はすぐにノルウェーのパウリとボーアに自分の考えを伝えるために手紙を書きました。ハイゼンベルクの手紙を受け取った後、ボーアはすぐにノルウェーを出発し、コペンハーゲンに戻り、この問題についてハイゼンベルグと詳細な議論を行う準備をしました。ハイゼンベルクはおそらく、このような大発見がボーアの心を動かし、量子力学に関する彼の一貫した考えに同意させるだろうと考えていた.しかし、彼は非常に間違っていました。 ノルウェーでは、ボーアはスキーをしながら波動粒子の問題について考え、新しいアイデアが彼の心の中で徐々に形になりました。 .彼がハイゼンベルグの論文を見たとき、彼は自然にこの考えを使って結論全体を確認した.彼はハイゼンベルグに、この不確実性は粒子の性質によるものなのか、それとも波動の性質によるものなのか?と尋ねました。ハイゼンベルクは一瞬びっくりして、波のことなどまったく考えていませんでした。もちろん粒子ですから、光子が電子に当たるので、位置や運動量の不確かさが生じますよね。 ボーアは真剣に首を横に振って、ハイゼンベルグが想像した巨大な顕微鏡を使って、不連続な粒子の性質だけでなく、波の性質によっても大きな不確実性が引き起こされていることを証明しました。前に、ド・ブロイ波長の式 λ=h/mv について説明しました。mv は運動量 p であるため、p=h/λ であり、運動量 p ごとに、それに付随する波長の概念が常に存在します。Et の関係、E=hν には、まだ周波数νのゆらぎの概念があります。ハイゼンベルグはきっぱりと拒否し、ボラティリティを受け入れるのは容易ではなかった. ボーアは明らかにハイゼンベルグの頑固さにいらいらし、彼ははっきりとハイゼンベルクに言った. あなたの顕微鏡実験はノーです. これはハイゼンベルグを泣かせました.二人は大喧嘩になり、もちろんクラインはボーアを助け、コペンハーゲンの雰囲気は非常に鋭くなった。物理学の問題として始まったものは、ほとんど個人的な誤解に変わり、ハイゼンベルグは明確にするためにパウリの手紙を送り返さなければならなかった.結局、パウリ自身がデンマークに行き、事件の余波はようやく落ち着きました。 ハイゼンベルクにとって残念なことに、彼は顕微鏡について間違っていました。ハイゼンベルグはおそらくある種の顕微鏡恐怖症を持って生まれ、顕微鏡に触れるとめまいがした.当時、彼は博士論文の審査中に最も基本的な顕微鏡解像度の問題を理解できず、ほとんど学位を取得できませんでした。今回、ボーアは最終的に、不確実性が波と粒子の二重基底に基づいていることを認識させました。これは、実際には波と粒子の間の一種のスイングです。波の特性について知れば知るほど、属性はあまり知られていません。ハイゼンベルグは最終的にボーアの批判を受け入れ、彼の論文に脚注を追加して、不確実性は実際には連続性と不連続性の両方に同時に基づいていると述べ、これを指摘してくれたボーアに感謝した. ボーアもこの議論から何かを学び、不確定性原理の一般的な重要性が想像以上に大きいことを発見しました。彼は、これは部分的な原理にすぎないと考えていましたが、今では、この原理が量子論の核となる基礎の 1 つであることを認識しています。アインシュタインへの手紙の中で、ボーアはハイゼンベルクの理論を称賛し、不確実性が量子論にどのように適用できるかを非常に美しい方法で示したと述べた.長いイースター休暇の後、両当事者は一歩後退し、状況はついに明るくなりました.パウリへの手紙の中で、ハイゼンベルクは機嫌を取り戻し、物理学について話し合うだけで、他のことはすべて忘れることができると述べました。確かに, 兄弟は壁に向かって戦っています, そして、彼らはまた、彼らの侮辱から身を守らなければなりません. コペンハーゲン派閥は今や堅固な岩のように団結しています. 彼らはまもなくより大きな挑戦に直面し、コペンハーゲンの名前を物理学の歴史に深く刻みます.輝かしい歴史。 しかし、もう一度。ボラティリティ、粒度、この 2 つの言葉は、私たちの歴史の始まりから現在に至るまで、私たちを悩ませてきました。不確実性は、ボラティリティと粒度の両方に基づいて構築されていますが、それはナンセンスではないでしょうか?我們的耐心是有限的，不如攤開天窗說亮話吧，這個該死的電子到底是個粒子還是波那？ 粒子還是波，真是令人感慨萬千的話題啊。這是一齣三百年來的傳奇故事，其中悲歡起落，穿插著物理史上最偉大的那些名字：牛頓、胡克、惠更斯、楊、菲涅爾、傅科、麥克斯韋、赫茲、湯姆遜、愛因斯坦、康普頓、德布羅意恩恩怨怨，誰又能說得明白？我們處在一種進退維谷的境地中，一方面雙縫實驗和麥氏理論毫不含糊地揭示出光的波動性，另一方面光電效應，康普頓效應又同樣清晰地表明它是粒子。就電子來說，玻爾的躍遷，原子裡的光譜，海森堡的矩陣都強調了它不連續的一面，似乎粒子性占了上風，但薛定諤的方程卻又大肆渲染它的連續性，甚至把波動的標籤都貼到了它臉上。 怎麼看，電子都沒法不是個粒子；怎麼看，電子都沒法不是個波。 これはどのように行うべきですか？ 當遇到棘手的問題時，最好的辦法還是問問咱們的偶像，無所不能的歇洛克．福爾摩斯先生。他是這樣說的：我的方法，就建立在這樣一種假設上面：當你把一切不可能的結論都排除之後，那剩下的，不管多麼離奇，也必然是事實。（《新探案．皮膚變白的軍人》） 真是至理名言啊。那麼，電子不可能不是個粒子，它也不可能不是波。那剩下的，唯一的可能性就是 它既是個粒子，同時又是個波！ 可是，等等，這太過分了吧？完全沒法叫人接受嘛。什麼叫既是個粒子，同時又是波？這兩種圖像分明是互相排斥的呀。一個人可能既是男的，又是女的嗎（太監之類的不算）？這種說法難道不自相矛盾嗎？ 不過，要相信福爾摩斯，更要相信玻爾，因為玻爾就是這樣想的。毫無疑問，一個電子必須由粒子和波兩種角度去作出詮釋，任何單方面的描述都是不完全的。只有粒子和波兩種概念有機結合起來，電子才成為一個有血有肉的電子，才真正成為一種完備的圖像。沒有粒子性的電子是盲目的，沒有波動性的電子是跛足的。 這還是不能讓我們信服啊，既是粒子又是波？難以想像，難道電子像一個幽靈，在粒子的周圍同時散發出一種奇怪的波，使得它本身成為這兩種狀態的疊加？誰曾經親眼目睹這種惡夢般的場景嗎？出來作個證？ 不，你理解得不對。玻爾搖頭說，任何時候我們觀察電子，它當然只能表現出一種屬性，要麼是粒子要麼是波。聲稱看到粒子-波混合疊加的人要麼是老花眼，要麼是純粹在胡說八道。但是，作為電子這個整體概念來說，它卻表現出一種波-粒的二像性來，它可以展現出粒子的一面，也可以展現出波的一面，這完全取決於我們如何去觀察它。我們想看到一個粒子？那好，讓它打到螢光幕上變成一個小點。看，粒子！我們想看到一個波？也行，讓它通過雙縫組成干涉圖樣。看，波！ 奇怪，似乎有哪裡不對，卻說不出來好吧，電子有時候變成電子的模樣，有時候變成波的模樣，嗯，不錯的變臉把戲。可是，撕下它的面具，它本來的真身究竟是個什麼呢？ 這就是關鍵！這就是你我的分歧所在了。玻爾意味深長地說，電子的真身？或者換幾個詞，電子的原型？電子的本來面目？電子的終極理念？這些都是毫無意義的單詞，對於我們來說，唯一知道的只是每次我們看到的電子是什麼。我們看到電子呈現出粒子性，又看到電子呈現出波動性，那麼當然我們就假設它是粒子和波的混合體。我一點都不關心電子本來是什麼，我覺得那是沒有意義的。事實上我也不關心大自然本來是什麼，我只關心我們能夠觀測到大自然是什麼。電子又是個粒子又是個波，但每次我們觀察它，它只展現出其中的一面，這裡的關鍵是我們如何觀察它，而不是它究竟是什麼。 玻爾的話也許太玄妙了，我們來通俗地理解一下。現在流行手機換彩殼，我昨天心情好，就配一個shining的亮銀色，今天心情不好，換一個比較有憂鬱感的藍色。咦奇怪了，為什麼我的手機昨天是銀色的，今天變成藍色了呢？這兩種顏色不是互相排斥的嗎？我的手機怎麼可能又是銀色，又是藍色呢？很顯然，這並不是說我的手機同時展現出銀色和藍色，變成某種稀奇的銀藍色，它是銀色還是藍色，完全取決於我如何搭配它的外殼。我昨天決定這樣裝配它，它就呈現出銀色，而今天改一種方式，它就變成藍色。它是什麼顏色，取決於我如何裝配它！ 但是，如果你一定要打破砂鍋地問：我的手機本來是什麼顏色？那可就糊塗了。假如你指的是它原裝出廠時配著什麼外殼，我倒可以告訴你。不過要是你強調是哲學意義上的本來，或者理念中手機的顏色到底是什麼，我會覺得你不可理喻。真要我說，我覺得它本來沒什麼顏色，只有我們給它裝上某種外殼並觀察它，它才展現出某種顏色來。它是什麼顏色，取決於我們如何觀察它，而不是取決於它本來是什麼顏色。我覺得，討論它本來的顏色是癡人說夢。 再舉個例子，大家都知道白馬非馬的詭辯，不過我們不討論這個。我們問：這匹馬到底是什麼顏色呢？你當然會說：白色啊。可是，也許你身邊有個色盲，他會爭辯說：不對，是紅色！大家指的是同一匹馬，它怎麼可能又是白色又是紅色呢？你當然要說，那個人在感覺顏色上有缺陷，他說的不是馬本來的顏色，可是，誰又知道你看到的就一定是正確的顏色呢？假如世上有一半色盲，誰來分辨哪一半說的是真相呢？不說色盲，我們戴上一副紅色眼鏡，這下看出去的馬也變成了紅色吧？它怎麼剛剛是白色，現在是紅色呢？哦，因為你改變了觀察方式，戴上了眼鏡。那麼哪一種方式看到的是真實呢？天曉得，莊周做夢變成了蝴蝶還是蝴蝶做夢變成了莊周？你戴上眼鏡看到的是真實還是脫下眼鏡看到的是真實？ 我們的結論是，討論哪個是真實毫無意義。我們唯一能說的，是在某種觀察方式確定的前提下，它呈現出什麼樣子來。我們可以說，在我們運用肉眼的觀察方式下，馬呈現出白色。同樣我們也可以說，在戴上眼鏡的觀察方式下，馬呈現出紅色。色盲也可以聲稱，在他那種特殊構造的感光方式觀察下，馬是紅色。至於馬本來是什麼色，完全沒有意義。甚至我們可以說，馬本來的顏色是子虛烏有的。我們大多數人說馬是白色，只不過我們大多數人採用了一種類似的觀察方式罷了，這並不指向一種終極真理。 電子也是一樣。電子是粒子還是波？那要看你怎麼觀察它。如果採用光電效應的觀察方式，那麼它無疑是個粒子；要是用雙縫來觀察，那麼它無疑是個波。它本來到底是個粒子還是波呢？又來了，沒有什麼本來，所有的屬性都是同觀察聯繫在一起的，讓本來見鬼去吧。 但是，一旦觀察方式確定了，電子就要選擇一種表現形式，它得作為一個波或者粒子出現，而不能再曖昧地混雜在一起。這就像我們可憐的馬，不管誰用什麼方式觀察，它只能在某一時刻展現出一種顏色。從來沒有人有過這樣奇妙的體驗：這匹馬同時又是白色，又是紅色。波和粒子在同一時刻是互斥的，但它們卻在一個更高的層次上統一在一起，作為電子的兩面被納入一個整體概念中。這就是玻爾的互補原理（Complementary Principle），它連同波恩的概率解釋，海森堡的不確定性，三者共同構成了量子論哥本哈根解釋的核心，至今仍然深刻地影響我們對於整個宇宙的終極認識。 第三次波粒戰爭便以這樣一種戲劇化的方式收場。而量子世界的這種奇妙結合，就是大名鼎鼎的波粒二象性。 四 三百年硝煙散盡，波和粒子以這樣一種奇怪的方式達成了妥協：兩者原來是不可分割的一個整體。就像漫畫中教皇善與惡的兩面，雖然在每個確定的時刻，只有一面能夠體現出來，但它們確實集中在一個人的身上。波和粒子是一對孿生兄弟，它們如此苦苦爭鬥，卻原來是演出了一場物理學中的絕代雙驕故事，這教人拍案驚奇，唏噓不已。 現在我們再回到上一章的最後，重溫一下波和粒子在雙縫前遇到的困境：電子選擇左邊的狹縫，還是右邊的狹縫呢？現在我們知道，假如我們採用任其自然的觀測方式，它波動的一面就占了上風。這個電子於是以某種方式同時穿過了兩道狹縫，自身與自身發生干涉，它的波函數ψ按照嚴格的干涉圖形花樣發展。但是，當它撞上感應屏的一剎那，觀測方式發生了變化！我們現在在試圖探測電子的實際位置了，於是突然間，粒子性接管了一切，這個電子凝聚成一點，按照ψ的概率隨機地出現在螢幕的某個地方。 假使我們在某個狹縫上安裝儀器，試圖測出電子究竟通過了哪一邊，注意，這是另一種完全不同的觀測方式！！！我們試圖探測電子在通過狹縫時的實際位置，可是只有粒子才有實際的位置。這實際上是我們施加的一種暗示，讓電子早早地展現出粒子性。事實上，的確只有一邊的儀器將記錄下它的蹤影，但同時，干涉條紋也被消滅，因為波動性隨著粒子性的喚起而消失了。我們終於明白，電子如何表現，完全取決於我們如何觀測它。種瓜得瓜，種豆得豆，想記錄它的位置？好，那是粒子的屬性，電子善解人意，便表現出粒子性來，同時也就沒有干涉。不作這樣的企圖，電子就表現出波動性來，穿過兩道狹縫並形成熟悉的干涉條紋。 量子派物理學家現在終於逐漸領悟到了事情的真相：我們的結論和我們的觀測行為本身大有聯繫。這就像那匹馬是白的還是紅的，這個結論和我們用什麼樣的方法去觀察它有關係。有些看官可能還不服氣：結論只有一個，親眼看見的才是唯一的真實。色盲是視力缺陷，眼鏡是外部裝備，這些怎麼能夠說是看到真實呢？其實沒什麼分別，它們不外乎是兩種不同的觀測方式罷了，我們的論點是，根本不存在所謂真實。 好吧，現在我視力良好，也不戴任何裝置，看到馬是白色的。那麼，它當真是白色的嗎？其實我說這話前，已經隱含了一個前提：用人類正常的肉眼，在普通光線下看來，馬呈現出白色。再技術化一點，人眼只能感受可見光，波長在四百-七百六十納米左右，這些頻段的光混合在一起才形成我們印象中的白色。所以我們論斷的前提就是，在四百-七百六十納米的光譜區感受馬，它是白色的。 許多昆蟲，比如蜜蜂，它的複眼所感受的光譜是大大不同的。蜜蜂看不見波長比黃光還長的光，卻對紫外線很敏感。在它看來，這匹馬大概是一種藍紫色，甚至它可能繪聲繪色地向你描繪一種難以想像的紫外色。現在你和蜜蜂吵起來了，你堅持這馬是白色的，而蜜蜂一口咬定是藍紫色。你和蜜蜂誰對誰錯呢？其實都對。那麼，馬怎麼可能又是白色又是紫色呢？其實是你們的觀測手段不同罷了。對於蜜蜂來說，它也是親眼見到，人並不比蜜蜂擁有更多的正確性，離真相更近一點。話說回來，色盲只是對於某些頻段的光有盲點，眼鏡只不過加上一個濾鏡而已，本質上也是一樣的，也沒理由說它們看到的就是虛假。 事實上，沒有什麼客觀真相。討論馬本質上到底是什麼顏色，正如我們已經指出過的，是很無聊的行為。根本不存在一個絕對的所謂本色，除非你先定義觀測的方式。 玻爾也好，海森堡也好，現在終於都明白：談論任何物理量都是沒有意義的，除非你首先描述你測量這個物理量的方式。一個電子的動量是什麼？我不知道，一個電子沒有什麼絕對的動量，不過假如你告訴我你打算怎麼去測量，我倒可以告訴你測量結果會是什麼。根據測量方式的不同，這個動量可以從十分精確一直到萬分模糊，這些結果都是可能的，也都是正確的。一個電子的動量，只有當你測量時，才有意義。假如這不好理解，想像有人在紙上畫了兩橫夾一豎，問你這是什麼字。嗯，這是一個工字，但也可能是橫過來的H，在他沒告訴你怎麼看之前，這個問題是沒有定論的。現在，你被告知：這個圖案的看法應該是橫過來看。這下我們明確了：這是一個大寫字母H。只有觀測手段明確之後，答案才有意義。 測量！在經典理論中，這不是一個被考慮的問題。測量一塊石頭的重量，我用天平，用彈簧秤，用磅秤，或者用電子秤來做，理論上是沒有什麼區別的。在經典理論看來，石頭是處在一個絕對的，客觀的外部世界中，而我觀測者對這個世界是沒有影響的，至少，這種影響是微小得可以忽略不計的。你測得的資料是多少，石頭的客觀重量就是多少。但量子世界就不同了，我們已經看到，我們測量的物件都是如此微小，以致我們的介入對其產生了致命的干預。我們本身的擾動使得我們的測量中充滿了不確定性，從原則上都無法克服。採取不同的手段，往往會得到不同的答案，它們隨著不確定性原理搖搖擺擺，你根本不能說有一個客觀確定的答案在那裡。在量子論中沒有外部世界和我之分，我們和客觀世界天人合一，融和成為一體，我們和觀測物互相影響，使得測量行為成為一種難以把握的手段。在量子世界，一個電子並沒有什麼客觀動量，我們能談論的，只有它的測量動量，而這又和我們的測量手段密切相關。 各位，我們已經身陷量子論那奇怪的沼澤中了，我只希望大家不要過於頭昏腦脹，因為接下來還有無數更稀奇古怪的東西，錯過了未免可惜。我很抱歉，這幾節我們似乎沉浸於一種玄奧的哲學討論，而且似乎還要繼續討論下去。這是因為量子革命牽涉到我們世界觀的根本變革，以及我們對於宇宙的認識方法。量子論的背後有一些非常形而上的東西，它使得我們的理性戰戰兢兢，汗流浹背。但是，為了理解量子論的偉大力量，我們又無法繞開這些而自欺欺人地盲目前進。如果你從史話的一開始跟著我一起走到了現在，我至少對你的勇氣和毅力表示讚賞，但我也無法給你更多的幫助。假如你感到困惑彷徨，那麼玻爾的名言如果誰不為量子論而感到困惑，那他就是沒有理解量子論或許可以給你一些安慰。而且，正如我們以後即將描述的那樣，你也許應該感到非常自豪，因為愛因斯坦和你是一個處境。 但現在，我們必須走得更遠。上面一段文字只是給大家一個小小的喘息機會，我們這就繼續出發了。 如果不定義一個測量動量的方式，那麼我們談論電子動量就是沒有意義的？這聽上去似乎是一種唯心主義的說法。難道我們無法測量電子，它就沒有動量了嗎？讓我們非常驚訝和尷尬的是，玻爾和海森堡兩個人對此大點其頭。一點也不錯，假如一個物理概念是無法測量的，它就是沒有意義的。我們要時時刻刻注意，在量子論中觀測者是和外部宇宙結合在一起的，它們之間現在已經沒有明確的分界線，是一個整體。在經典理論中，我們脫離一個絕對客觀的外部世界而存在，我們也許不瞭解這個世界的某些因素，但這不影響其客觀性。可如今我們自己也已經融入這個世界了，對於這個物我合一的世界來說，任何東西都應該是可以測量和感知的。只有可觀測的量才是存在的！ 卡爾．薩根（Karl Sagan）曾經舉過一個很有意思的例子，雖然不是直接關於量子論的，但頗能說明問題。 我的車庫裡有一條噴火的龍！他這樣聲稱。 太稀罕了！他的朋友連忙跑到車庫中，但沒有看見龍。龍在哪裡？ 哦，薩根說，我忘了說明，這是一條隱身的龍。 朋友有些狐疑，不過他建議，可以撒一些粉末在地上，看看龍的爪印是不是會出現。但是薩根又聲稱，這龍是飄在空中的。 那既然這條龍在噴火，我們用紅外線檢測儀做一個熱掃描？ 也不行。薩根說，隱形的火也沒有溫度。 要麼對這條龍噴漆讓它現形？這條龍是非物質的，滑不溜手，油漆無處可粘。 反正沒有一種物理方法可以檢測到這條龍的存在。薩根最後問：這樣一條看不見摸不著，沒有實體的，飄在空中噴著沒有熱度的火的龍，一條任何儀器都無法探測的龍，和根本沒有龍之間又有什麼差別呢？ 現在，玻爾和海森堡也以這種苛刻的懷疑主義態度去對待物理量。不確定性原理說，不可能同時測准電子的動量p和位置q，任何精密的儀器也不行。許多人或許會認為，好吧，就算這是理論上的限制，和我們實驗的笨拙無關，我們仍然可以安慰自己，說一個電子實際上是同時具有準確的位置和動量的，只不過我們出於某種限制無法得知罷了。 但哥本哈根派開始嚴厲地打擊這種觀點：一個具有準確p和q的經典電子？這恐怕是自欺欺人吧。有任何儀器可以探測到這樣的一個電子嗎？沒有，理論上也不可能有。那麼，同樣道理，一個在臆想的世界中生存的，完全探測不到的電子，和根本沒有這樣一個電子之間又有什麼區別呢？ 事實上，同時具有p和q的電子是不存在的！p和q也像波和微粒一樣，在不確定原理和互補原理的統治下以一種此長彼消的方式生存。對於一些測量手段來說，電子呈現出一個準確的p，對於另一些測量手段來說，電子呈現出準確的q。我們能夠測量到的電子才是唯一的實在，這後面不存在一個客觀的，或者實際上的電子！ 換言之，不存在一個客觀的，絕對的世界。唯一存在的，就是我們能夠觀測到的世界。物理學的全部意義，不在於它能夠揭示出自然是什麼，而在於它能夠明確，關於自然我們能說什麼。沒有一個脫離於觀測而存在的絕對自然，只有我們和那些複雜的測量關係，熙熙攘攘縱橫交錯，構成了這個令人心醉的宇宙的全部。測量是新物理學的核心，測量行為創造了整個世界。 飯後閒話：奧卡姆剃刀 同時具有p和q的電子是不存在的。有人或許感到不理解，探測不到的就不是實在嗎？ 我們來問自己，這個世界究竟是什麼和我們在最大程度上能夠探測到這個世界是什麼兩個命題，其實質到底有多大的不同？我們探測能力所達的那個世界，是不是就是全部實在的世界？比如說，我們不管怎樣，每次只能探測到電子是個粒子或者是個波，那麼，是不是有一個實在的世界，在那裡電子以波-粒子的奇妙方式共存，我們每次探測，只不過探測到了這個終極實在於我們感觀中的一部分投影？同樣，在這個實在世界中還有同時具備p和q的電子，只不過我們與它緣慳一面，每次測量都只有半面之交，沒法窺得它的真面目？ 假設宇宙在創生初期膨脹得足夠快，以致它的某些區域對我們來說是如此遙遠，甚至從創生的一剎那以光速出發，至今也無法與它建立起任何溝通。宇宙年齡大概有一百五十億歲，任何信號傳播最遠的距離也不過一百五十億光年，那麼，在距離我們一百五十億光年之外，有沒有另一些實在的宇宙，雖然它們不可能和我們的宇宙之間有任何因果聯繫？ 在那個實在世界裡，是不是有我們看不見的噴火的龍，是不是有一匹具有實在顏色的馬，而我們每次觀察只不過是這種實在顏色的膚淺表現而已。我跟你爭論說，地球其實是方的，只不過它在我們觀察的時候，表現出圓形而已。但是在那個實在世界裡，它是方的，而這個實在世界我們是觀察不到的，但不表明它不存在。 如果我們運用奧卡姆剃刀原理（Occam's Razor），這些觀測不到的實在世界全都是子虛烏有的，至少是無意義的。這個原理是十四世紀的一個修道士威廉所創立的，奧卡姆是他出生的地方。這位奧卡姆的威廉還有一句名言，那是他對巴伐利亞的路易四世說的：你用劍來保衛我，我用筆來保衛你。 剃刀原理是說，當兩種說法都能解釋相同的事實時，應該相信假設少的那個。比如，地球本來是方的，但觀測時顯現出圓形。這和地球本來就是圓的說明的是同一件事。但前者引入了一個莫名其妙的不必要的假設，所以前者是胡說。同樣，電子本來有準確的p和q，但是觀測時只有一個能顯示，這和只存在具有p或者具有q的電子說明的也是同一回事，但前者多了一個假設，我們應當相信後者。存在但觀測不到，這和不存在根本就是一碼事。 同樣道理，沒有粒子-波混合的電子，沒有看不見的噴火的龍，沒有絕對顏色的馬，沒有一百五十億光年外的宇宙（一百五十億光年這個距離稱作視界），沒有隔著一釐米四維尺度觀察我們的四維人，沒有絕對的外部世界。史蒂芬．霍金在《時間簡史》中說：我們仍然可以想像，對於一些超自然的生物，存在一組完全地決定事件的定律，它們能夠觀測宇宙現在的狀態而不必干擾它。然而，我們人類對於這樣的宇宙模型並沒有太大的興趣。看來，最好是採用奧卡姆剃刀原理，將理論中不能被觀測到的所有特徵都割除掉。 你也許對這種實證主義感到反感，反駁說：一片無人觀察的荒漠，難道就不存在嗎？以後我們會從另一個角度來討論這片無人觀察的荒漠，這裡只想指出，無人的荒漠並不是原則上不可觀察的。 五 正如我們的史話在前面一再提醒各位的那樣，量子論革命的破壞力是相當驚人的。在概率解釋，不確定性原理和互補原理這三大核心原理中，前兩者摧毀了經典世界的因果性，互補原理和不確定原理又合力搗毀了世界的客觀性和實在性。新的量子圖景展現出一個前所未有的世界，它是如此奇特，難以想像，和人們的日常生活格格不入，甚至違背我們的理性本身。但是，它卻能夠解釋量子世界一切不可思議的現象。這種主流解釋被稱為量子論的哥本哈根解釋，它是以玻爾為首的一幫科學家做出的，他們大多數曾在哥本哈根工作過，許多是量子論本身的創立者。哥本哈根派的人物除了玻爾，自然還有海森堡、波恩、泡利、狄拉克、克萊默、約爾當，也包括後來的魏紮克和蓋莫夫等等，這個解釋一直被當作是量子論的正統，被寫進各種教科書中。 當然，因為它太過奇特，太教常人困惑，近八十年來沒有一天它不受到來自各方面的置疑、指責、攻擊。也有一些別的解釋被紛紛提出，這裡面包括德布羅意-玻姆的隱函數理論，埃弗萊特的多重宇宙解釋，約翰泰勒的系綜解釋、Ghirardi-Rimini-Weber的自發定域（Spontaneous Localization），Griffiths-Omn's-GellMann-Hartle的脫散歷史態（Decoherent Histories, or Consistent Histories），等等，等等。我們的史話以後會逐一地去看看這些理論，但是公平地說，至今沒有一個理論能取代哥本哈根解釋的地位，也沒有人能證明哥本哈根解釋實際上錯了（當然，可能有人爭辯說它不完備）。隱函數理論曾被認為相當有希望，可惜它的勝利直到今天還仍然停留在口頭上。因此，我們的史