チャプター12 第十一章 神の裁き

一 |Pxz-Pzy|<1+Pxy まあ、この不等式はとても普通に見えるので、私たちの宇宙の性質について究極の評決を下すことは言うまでもなく、魔法の力を持っているようには見えません.本当にそんな力あるの？ ベルの不等式の意味を見てみましょう。前の章で説明したように、Pxy は、粒子 A が x 方向に + であり、粒子 B も同時に y 方向に + であるという 2 つのイベント間の相関を表します。関連性とは、協力の程度の表れです (2 つの当事者が驚くほど一致しているか、一致していないかは、高度な協力を意味します)。一方、協力とは、効果的に調整できるように、両方の当事者が互いの状況を理解していることを必要とします。隠れ変数理論では、私たちの 2 つの粒子の記述は常識に沿っています。観察されているかどうかに関係なく、2 つの粒子は常に客観的な現実に存在し、それらの状態は分裂の瞬間から確実です。宇宙で光の速度を超える信号の伝播を禁止すると、理論的には、2 つの粒子を同時に観測した場合、情報を交換することはできず、それらが達成できる最大の協力の度合いは、与えられた制限にのみ制限されます。古典の世界で。この極限は、古典的な方法で導出されたベルの不等式です。

世界の本質が古典的である場合、具体的には、私たちの世界が同時に満たす場合: 1. ローカライズされた、つまり、超光速信号の伝播はありません。2. 現実、つまり、私たちの観察とは独立した外界が存在します。次に、任意の 3 方向を取り、A と B のスピンを観察します。これらが示す協力の程度は、ベルの不等式内に制限されている必要があります。つまり、神がアインシュタインが思い描いたサイコロを振らない親切な老人であるなら、ベルの不平等は彼が宇宙に設定した神聖な束縛です。私たちの観測方向がどのように取られようとも、EPR 実験の 2 つの粒子は決して長老たちの尊厳を傷つけることはできず、あえてこの禁止区域を突破します。実際、これは敢えてするかどうかの問題ではありませんが、2 つの古典的な粒子には論理的にそのような能力はありません。粒子間で信号を交換できないため、密接に動作してはなりません。

しかし、量子論の予測は違います！ベルは、量子論において、a と b の間の角度 θ を十分に小さくする限り、ベルの不等式を破ることができることを証明しました!具体的な証明には、もう少し複雑な物理学と数学の知識が必要なので、ここでは省略しますが、量子支配の世界では、2 つの粒子 A と B が非常に離れていることを信じてください。ベルの不等式が成り立たないように、さまざまな方向での協力。これは、従来のシナリオでは決して起こり得なかったことです。 このように EPR 実験を想像してみましょう: 2 人の犯罪者が銀行強盗をして犯行現場から逃げましたが、彼らはパニックになり、2 人は反対方向に逃げ、道路の両端で同時に警備されました。警察警官は別々に逮捕された。警察官Aが犯人Aに「あなたが主導権を握っていますか？」と尋ねたとします。 Aの答えはイエスかノーです。道の反対側で、警官 B が犯人 B に同じ質問をした場合、あなたは先頭に立ったのですか?その場合、B の答えは A の反対でなければなりません。なぜなら、A と B、または B と A のいずれかの兄が 1 人しか存在できないためです。二人の警察官の質問は同じ方向で、Aの答えを知ることはBの答えを知ることと同じで、答えは100％異なり、協力率は100％です。この時点では、古典の世界も量子の世界も同じです。

ただし、古典的な世界に戻ると、たとえば、2 人の警察官が異なる角度から質問した場合、A: 自分で弁護士を雇う必要がありますか? と尋ねます。質問 B: 今、水を飲みますか?これらは 2 つの無関係な質問であり (方向が異なります)、A は「はい」または「いいえ」と答えるかもしれませんが、B と A は理論的に連絡を失い、B は A の行動に従うことができないため、B が質問にどのように答えるかは関係ありません。答え。 ただし、これはあくまで古典世界の犯罪者であり、量子犯罪者が 2 人いると話は別です。A さんが弁護士を雇うと決めたとき、B さんは水を飲みたがる可能性が高くなり、その逆も同様です。AさんとBさんの間には不思議なテレパシーのようなものがあるようで、違う質問をされても不思議なことに同じ答えに！量子世界のボニーとクライドは、数千マイル離れていても、シームレスに協力しています. コペンハーゲンの説明によると、具体的に質問に答える前に、2人は現実にはまったく存在せず、1つになり、波動関数に従って拡散します。シュレーディンガーによって発明された用語を使用するには、観察前に、2 人 (粒子) は絡み合い (もつれ) の状態にあります。

もちろん、これは簡略化したものであり、特定の条件はやはりベルの不等式です。全体として、世界が古典的である場合、ベルの不等式は EPR で満たされなければならず、そうでなければ破ることができます。私たちの手の中にあるこの不思議な不平等は、宇宙の最も基本的な性質を決定するための試金石となり、自然の究極の謎を理解するための神秘の扉を開く鍵のようです. そして最もエキサイティングなことは、いくつかの厄介な実験 (クレイジーな量子自殺など) とは異なり、EPR は技術的にも倫理的にも実行不可能ではないということです!私たちが住んでいる世界が、アインシュタインが祈ったように局所化されて現実のものであるかどうか、またはその魔法が結局私たちの想像を超えているかどうかを確認するために、実際にいくつかの実験を行うことができます。 .

1964 年、ベルは「EPR のパラドックスについて」(アインシュタイン-ポドルスキー-ローゼンのパラドックスについて) というタイトルの「物理学」と呼ばれるジャーナルの創刊号で彼の不等式を発表しました。この論文は 20 世紀の物理学の歴史の中で有名な記事であり、その実証と導出は非常にシンプルで明確ですが、本質に深く根ざしており、人々を圧倒させます。1973 年に物理学でノーベル賞を受賞したブライアン D. ジョセフソンは、ベルの不等式を物理学の最も重要な新しい発展と呼びました. ヘンリー・スタップは、前述のように、精神が波動関数を崩壊させると主張しました) 科学における最も深遠な発見と呼びました. （科学における最も深遠な発見）。

しかし、ジャーナル Physics はこの素晴らしい論文を出版することができず、出版からわずか 1 年でジャーナルは閉鎖されました。現在、ベルのオリジナルの論文を見つける最良の方法は、彼の著書「量子力学におけるスピークブルとアンスピークブル」(Cambridge 1987) です。 その前に、ベルはフォン ノイマンの誤りを発見し、雑誌 Reviews of Modern Physics に記事を書きました。諸事情により、この論文は1966年まで公開されなかったが、いずれにせよ、一方が陰函数論の不可能性をフォン・ノイマンの証明を持ち、他方が証明するという、そんな恥ずかしい状況を変えてしまった。は Bohm! の量子ポテンシャルです。フォン・ノイマンの呪文が解けた。

今、ベルは野心に満ちているようです。アインシュタインの夢に対するすべての障害は取り除かれ、フォン ノイマンはもはや邪魔されず、ボームは最初の一歩を踏み出しました。そして、彼は量子論、つまり無限に強力な不平等を殺すのに十分な武器を作成しました。ベルは世界の現実を確信している.自然は私たちの観察によっては存在できない.それは言う必要がありますか?さて、反論の余地のない証拠を世界に伝えるには、EPR スタイルの実験を準備するだけでよいようです。どのような状況下でも、ベルの不等式も確立されます。粒子間のテレパシー協力はまったくのナンセンスであり、ばかげた妄想です。量子論は私たちの思考を台無しにしました。正常な状態に戻る時が来ました。量子の不確実性は、まあ、素晴らしい作品であり、素晴らしい実験であり、物理学の歴史の中で正当な位置を占めるに値します。ただし、それは現実ではなく、近似にすぎません。より信頼性が高く、真実に近いのは、伝統的な隠れ変数理論であるに違いありません。相対性理論と同じように人々を安全に感じさせ、サイコロが飛び回らず、素晴らしい多元宇宙は存在せず、超光速信号もありません。はい、このようにしてのみ、物理学の栄光、私たちの誇りと見せびらかしに値する物理学、宇宙の真の威厳のある立法者、そして運と偶然に支配された日和見主義者ではない物理学を回復することができます.

本当に、昔の栄光の時代に戻る前の小さな一歩かもしれません.ハイゼンベルグ以来失われたエリュシオン、宇宙のすべてが厳密かつ秩序正しく機能している偉大な絵は、ノスタルジックな人々が憧れる古典的な時代です。確かに、それはほとんどあと一歩です、おそらく、すぐにミルトンの神聖で不滅の文をオルガンの伴奏に合わせて歌うでしょう： 昔は楽園があり、年月は喜びに満ちていました。 息子が不貞をしたら、Tian Hess は怒ります。 亡命中、犯罪を擁護する理由。 1 つが回心すると、すべてが償還されます。 今、私は考え、彼の返事を唱えるようになりました。 この心は忍耐強く、間違った道はありません。 すべての罪と罪は洗い流され、正しい道に戻りました。

Zhanbi Eden、不毛の上昇。 （『復活の楽園』第1巻、1～7） ただ、ベルは 1 つのことを忘れているようです。強力な武器は、多くの場合両刃の剣です。 夕食後のゴシップ：ボームとマッカーシー時代 ボームはアメリカの科学者でしたが、1940 年代後半から 1950 年代前半にかけてアメリカでマッカーシズムが台頭したおかげで、彼の最大の貢献はイギリスでなされました。 マッカーシズムは冷戦の産物であり、その本質は狂ったように反共産主義的で外国人嫌いです。ジョセフ・マッカーシー上院議員に煽られて、赤い恐怖の風が最高潮に達しました。ほぼ全員が、ソ連のスパイか、政府転覆を企む敵対勢力の疑いをかけられた。ボームは第二次世界大戦中にマンハッタン計画に一時的に関与しましたが、その後すぐに実際の仕事をすることなく辞めました。戦後、彼はプリンストンに行ってアインシュタインを教え、一緒に働きましたが、悪名高い非米活動委員会 (非米活動委員会) から召喚状を受け、バークレーにいた同僚の政治的立場を調査するよう求められました。 . 証言するために、ボームは腹を立てて辞退し、弁護の中で修正第 5 条を引用しました。

本来であればこの事件は過ぎ去ったはずだったが、マッカーシー時代は始まったばかりであり、パニックは瞬く間に全米に広がった。2年後、ボームは委員会の質問に答えることを拒否したとして裁判にかけられ、彼は無罪となったが、プリンストンは、アインシュタインが彼にアシスタントとしてとどまるように頼んだときでさえ、彼の契約を更新することを拒否した.ボームはついにアメリカを離れ、ブラジルとイスラエルに行き、最終的にロンドン大学のバークベック・カレッジに定住しました。そこで彼は陰関数の理論を発展させました。 マッカーシーの時代は、2,000 万人以上の人々がいわゆる忠誠心チェックの対象となった、クレイジーで屈辱的な時代でした。ジョージまで。マーシャル将軍、チャーリーの中間。チャップリンをはじめ、無数の一般人に多大な影響を与えました。中世ヨーロッパが魔女狩りに夢中だったように、人々はいわゆる共産主義者を神経質に探しています。学術界では、100人近くの教授が意見を理由に辞任し、Qian Xuesenのような中国出身の教授は検閲され、有名な量子化学のマスターであるポーリングは、米国共産党のスパイであると疑われました。同僚の政治的立場を証言するように求められる人がますます増えており、ボームのように断固として拒否する人もいれば、予期せぬ行動をする人もいます。おそらく最も有名なのはオッペンハイマー事件でしょう. オッペンハイマーはマンハッタン計画のリーダーでした. 彼でさえ国への不忠の疑いがありました.すべての物理学者は彼の側にいますが、エドワード.Taylor (Edward Teller) は、物理学コミュニティ全体にその耳を信じられないようにしました。ハンガリー生まれの物理学者（楊振寧の指導者でもある）は、オッペンハイマーが国に良くないことをするとは思わないが、公務が他人の手に委ねられれば、個人的には安全だと感じるだろうと述べた.オッペンハイマーの忠誠心は最終的に非難されませんでしたが、彼のセキュリティ クリアランスは没収され、極秘資料はもはや彼に送られませんでした。一部（ウィーラーなど）はテイラーに同情しましたが、科学界全体として彼を許すことはほとんどありませんでした。 テイラーはまた、水爆の大きな支持者であり、水爆の実際の設計者の 1 人でもあり (彼は水爆の父と呼ばれています)、地上核実験を禁止する条約の調印を阻止しようとしました。レーガン (SDI 防衛) へのウォーズ プロジェクト。彼は昨年 9 月 (2003 年) に 95 歳で亡くなりました。カール。彼の著書「A World Infested With Devils」の中で、セーガンはかつて科学者が自分の意見に責任を持つべき典型的な例として彼を引き出しました. テイラー自身も確かに独自の理由を持っており、水素爆弾の製造が実際に人間社会をより安全にしていると信じています。私たちとしては、科学そのものが政治にあまり干渉されないことを心から願うしかないのかもしれません。 二 ボーアかアインシュタインか？それが問題です。 物理学者はついに行動を起こし、真実を検証するための唯一の基準として実践を行う準備ができており、世界が科学の2つの巨人のどちらの記述に適合しているかを実際に調査しています.ボーアとアインシュタインの論争は まるで哲学的な空の話のようだった. パウリはかつてボルンに言った. 量子論の性質についてアインシュタインと議論することは, 針の先に何人の天使が座れるかについて議論するようなものだ. それは何もない.しかし、今は違います。ベルの不等式が手に入ったのです。2 つの粒子は、この古典的な神の神聖な禁止事項に素直に従うのでしょうか、それともある種の量子革命のような落ち着きのなさで束縛に逆らって、厳粛で不可侵に見えるこの規則を突破するのでしょうか?いよいよ実行に移すことができ、すべては運命の神の最終的な判断を待っています。 1969 年、Clauser らは Bohm の EPR モデルを改良して、実装を容易にしました。バークレー、ハーバード、テキサスで一連の予備実験が行われ、おそらくベルが驚いたことに、1 つを除いてすべてが漠然と量子論の予測を示していました。しかし、最初の実験は不正確であり、原子によって放射された光子対が偏光子を通過する EPR のプロトタイプからはほど遠いものでしたが、技術的な制限により、+ と - ではなく、すべての場合で単一の + の結果しか得られませんでした。したがって、EPR の元の推論は依然として間接的な推論に依存しています。当時使用されていた光源は、しばしば微弱な信号しか生成しませんでした。 技術の進歩、特にレーザー技術の進歩により、より精密で厳密な実験が可能になりました。1980 年代、フランスのオルセー C'dex にある Institut d'Optique Th'orique et Appliqu'e の科学者グループが、初めて正確な意味で EPR をテストする準備をしました. このグループはアレンです.Aspect（アラン アスペクト）。 フランス人はカルシウム原子を光子対の供給源として使用した.彼らはカルシウム原子を非常に高い量子状態に励起し、非励起状態に戻ると、エネルギー、つまり光子対を放出した.実際に使用されるのはカルシウム原子のビームですが、レーザーで焦点を合わせて正確に励起することで、強力な信号源を作り出すことができます。Aspect らは 2 つの光子を約 12 メートル離して飛ばしたため、信号がそれらの間を光速で移動するのに 40 ナノ秒 (ns) かかりました。光子はゲートを通って一対の偏光子に入りますが、ゲートは方向を変えることもでき、異なる偏光方向を持つ 2 つの偏光子に光子を向けます。2 つの偏光子の方向が同じ場合、両方の光子が通過するか、またはまったく通過しないかのいずれかであり、方向が異なる場合、理論的には (アインシュタインの世界観によると)、相関関係はベルの不等式に従わなければなりません。2 つの光子間で情報交換が行われないようにするために、科学者はゲートの位置をすばやく切り替え、平均 10 ns ごとに方向を変えました。 、そして光子は相手が通過したかどうかを知ることは不可能です.そこに偏光子を持っています.比較として、実験の系統誤差を排除するために、両側に偏光子を配置せず、片側のみに偏光子を配置した状況も調べます。 そこで、今すべきことは、2 つの光子の実際の協力度を記録することです。ベルの不等式に適合すれば、アインシュタインの信念は取り戻され、世界は独立した信頼できる客観的な状態に戻ります。それどころか、ボルナの一見ミステリアスな量子の概念を真剣に受け止めなければなりません。 時は1982年、晩夏から初秋へ。ファッションの中心地であるパリでは、この秋冬に流行するファッションのスタイルを把握するのに忙しいようです。バーでは、スポーツファンが、スペインで開催されたワールドカップで代表チームが圧倒されたことを嘆いています。その年、プラティニのリーダーシップの下、史上最強と見なされた代表チームは、古典的な試合でブラジルを破ったが、最終的に西ドイツにPK戦で敗れた。高貴な紳士たちは、サロンで世界の一般的な傾向について自由に話し、宿敵である英国がフォークランドでアルゼンチンをどのように操作したかについて話しました。ルーヴル美術館とオルセー美術館はいつものように世界中から芸術愛好家でにぎわい、セーヌ川はエッフェル塔とノートルダム大聖堂、そしてオルガニストの影を映して街の中心をゆっくりと流れていました。道路の脇に澄んだ目。 しかし、遠く離れていないオルセー光学研究所で、素晴らしい光子のペアがカルシウム原子から励起され、それらの運命的な偏光子に向かって急いでいるということをどれだけの人が知っているでしょうか? 私たちの世界は究極の危機に瀕しています.謎のベールに隠された顔？ アインシュタインとボーアが曖昧でなければ、彼らもこの実験の結果を天国で見ているのではないでしょうか?もし神がいるなら、老人は何をしているのですか？おそらく彼も運命にすべてを委ね、黄金の天秤と運命を表す 2 つの重りを使ってこの世界の性質を決定しなければならないのでしょう。トロイアでの伝説の決闘アキレスとヘクトルのように。 一組、二組、三組の素材が徐々に溜まっていきました。12,000 秒後、つまり 3 時間以上後に結果が出ました。科学者たちは皆、安堵のため息をついた。 アインシュタインが負けた！実験結果は量子論の予測と完全に一致していますが、アインシュタインの予測から 5 標準偏差だけずれています。これはすべてを決定するのに十分です。ベルの不等式の諸刃の剣は確かに強力ですが、それが断ち切るのは量子論の輝きではなく、アインシュタインが主張した夢を打ち砕くものです! アスペクトらの報告がその年の 12 月に Physics Review Letters に掲載されたとき、科学界からの最初の反応は不気味なほど静かでした。誰もがこの結果の重要性を知っていますが、何を言うべきか分からないようです。 アインシュタインが負けた？どういう意味ですか？世界は私たちの想像以上に神秘的で素晴らしいものであり、その前に私たちの貧弱な常識がついに破られるというのは本当ですか?この世界はあなたや私に依存しているのではなく、そこにあるだけです。このような基本的な仮定から導き出された結論と実験結果との間に修復不可能なギャップがあるのはなぜですか?神は狂っていますか、それともあなたと私は狂っていますか? 世界中の人々がアスペクトの実験を再現しようと試みており、新しい手法が次々と導入され、実験モデルはアインシュタインの EPR のアイデアにどんどん近づいています。メリーランド州とロチェスター州の科学者は、紫外光を使用して、観測結果の離散的ではなく連続的な出力相関を研究しました。英国のマルヴァーンでは、光ファイバーを使用して 2 つのもつれた光子を 4 キロメートル以上離すように誘導し、ジュネーブでは距離を数十キロメートルにしました。そのような距離でも、ベルの不等式は容赦なく破られています。 さらに、ベルの当初の考えによれば、観測がどちらの方向であるかを光子対に事前に知らせるべきではありません。 （量子力学の予測によると）彼らには予測できないため、彼らの飛行中にランダムな観測方向の配置を行う必要があります。Aspect の実験では、彼らが 10 ns の速度でゲートを切り替えたことがわかりましたが、12 メートルの 2 つの光子を分離できた距離はまだ短すぎて安全ではありませんでした。1998 年、オーストリアのインスブルック大学の科学者は、光子を 400 メートル離れて飛ばしました。これにより、偏光子をランダムに配置するのに 1.3 マイクロ秒かかりました。今回は十分な時間があり、結果は非常に議論の余地がありませんでした.アインシュタインは今回、さらに30の標準偏差を失いました. 1990 年、Greenberger、Horne、および Zeilinger は、ベルの不等式を使用しなくても、量子力学と古典理論 (局所隠れ変数理論) との関係を示すより良い方法があることを示しました。トリオのイニシャル)、3 つ以上の光子のもつれを伴います。2000 年、Pan Jianwei、Bouwmeester、Daniell などは Nature 誌で、彼らの実験結果が局所的な現実、つまりアインシュタインの信念の可能性の 8 つの標準偏差を再び拒否したと報告しました。 2001 年、Rowe らはより洗練された Be+ イオン トラップ実験について説明しました。2003 年、Pittman と Franson は、2 つの独立したソースから生成された光子のベルの不等式の違反を報告し、長谷川らは、単一中性子の干渉法でベルのような関係を破る結果さえ発見しました。 世界中の研究所で、粒子は繊細でありながら魔法のようなつながりを粘り強く維持しています。彼らは自らの能力を誇示するかのように、古典世界が自らに課した不屈の枷を嘲笑し、何度も不可侵とされたドグマを踏みにじった。この現象は非常に議論の余地のないものになったため、量子情報の分野では、2 つの量子ビットがまだ絡み合っているかどうかをテストする日常的な方法になっています (情報が途中で盗聴されたかどうかを知るという追加のボーナスもあります!)。 今後さらに正確な実験を行う可能性はありますが、全体として、EPR におけるベルの不等式の突破口は反駁できない事実です。おそらく将来的には、新しい実験が現在の結論をすべて覆し、世界を古典的な外観に戻すでしょうが、現在の観点からは、この可能性は非常にわずかです. もしアインシュタインが今日生きていたら何と言ったかわかりません。多分彼は柔軟なことを言うでしょう。遠く離れた天国で、彼とボーアは今でもその古典的な対話を繰り返していると聞いているようです。 アインシュタイン: ボーア様、神様はサイコロを振らないのです! ボーア: アインシュタイン、何をすべきかを神に言わないでください! さて、傲慢になり、ニーチェのやり方で発表しましょう： アインシュタインの神は死んだ。 三つ 1982 年のアスペクトの実験 (というか、一連の実験) は、20 世紀の物理学の歴史の中で最も遠大な実験の 1 つであり、その重要性は、1886 年のマイケルソンの実験 - モーリーの実験と比較することさえできます。しかし、誰もが驚いたマイケルソンの実験と比較すると、アスペクトの結果は予想通りのものでした。ほとんどの人は、量子論の勝利が簡単になると早い段階で予想していました。量子論は 1927 年に創設されて以来、50 年以上にわたって浮き沈みを経験してきましたが、あらゆる分野でそのような強力な力を示しており、実験結果はそれを提案することさえできません。最も偉大な物理学者 (アインシュタインやシュレーディンガーなど) は、これを根本的に覆そうと試みましたが、その輝かしい輝きはさらに眩しく、目を楽しませてくれます。実際的な観点からは、量子論は史上最も成功した理論であり、相対性理論やマクスウェルの電磁理論をはるかに超えるだけでなく、ニュートンの古典力学をも凌駕しています!量子論は不安定で混沌とした世界で育った革命によって試された戦士である彼の気質は、風、ナイフ、霜、剣の厳しい拷問の下で、より粘り強く、無敵になるように磨かれてきました。実際、そのような理論が目立たない実験によって簡単に覆され、二度と覆されることはないと想像した人はあまりいなかったでしょう。アスペクトの実験の成功は、量子論のもう 1 つのテスト (最も厳しいものではありますが) に過ぎず、勝利の鎧に別の名誉のバッジを追加しました。そんな過酷な環境下でも成功を収めたことが今ではわかっています。はい、予想通り！このニュースは、人々に大きな感情的なショックを与えることはなく、センセーショナルな効果をもたらしました。 しかし、それは物理学者を厄介な立場に追いやります。本来、人々は通常、世界が実在するかどうかという問題についてダチョウの方針を進んで追求し、黙っていられるなら議論しないようにします。量子論が機能している限り、なぜその背後にある哲学的意味を突き止めなければならないのでしょうか?アインシュタインのように心配している人もいますが、ほとんどの科学者はまだ気にしていません。しかし今、アスペクトはついに人々に対決を強いました: やみくもに頭を下げるのは無意味です.人々は実験が古典的な絵の可能性を拒絶したという事実に直面しなければなりません! アインシュタインの夢は、冷酷なデータの前で泡のように砕け散り、もはやあの暖かく快適な巣には戻れず、風雨の厳しい現実に立ち向かわなければなりません。私たちはもう一度自分の常識を見直し、それがどれほど信頼できるものであり、どれほど誤解を招くものなのかを問い直さなければなりません。ベルにとって、彼が発見した不平等は最終的に彼の理想を裏切り、世界を古典的なイメージに戻さなかっただけでなく、それを行き詰まりに追いやった.Aspect の実験の後、私たちは 1 つのことを確信しなければなりませんでした。 ローカル隠し変数理論は存在しません! 言い換えれば、私たちの世界は、アインシュタインが夢見たように、局所的 (超光速信号の伝達がない) かつ現実的 (隠れた変数によって決定できる客観的で独立した世界がある) の両方になることはできません。ローカル リアリズムは実験的に私たちの宇宙から除外されており、私たちは今、難しい選択を迫られています。つまり、ローカル性を放棄するか、現実を放棄するかです。 現実を放棄すると、量子論の古いやり方に戻り、観測するまでは 2 つの粒子が客観的現実に存在しないことを認めます。通常の意味での物理的性質 (スピンなど) を持たず、観察して初めて意味を持ちます。EPR 実験では、最後の最後まで、絡み合った粒子の両方が分離できない全体として見なされなければなりませんが、実際には 2 つの粒子ではなく、1 つの粒子 (もちろん重ね合わせて) しか存在しません。いわゆる2つの粒子は、観測（波動関数が崩壊）の後にのみ実在します。もちろん、このような悲痛な譲歩を行った後でも、私たちはまだ自分の好みに応じて選択することができます: さらに進んで決定論を完全に打ち破るか、つまり、コペンハーゲンの解釈を維持するか、高レベルの観点から、決定論を維持するか決定論、または多宇宙の説明を採用する!説明する必要があるのは、MWI がローカライズされた (ローカルな) 理論と見なされるかどうかは、依然として人によって異なるということです。Stapp などの反対派は別として、その支持者 (Deutsch、Tegmark、Zeh など) の間でさえ、トーンは均一ではありません。ただし、これは定義と用語の問題にすぎない可能性があります。量子エンタングルメント自体は非局所的な物理プロセスとして定義される可能性があるためです (Zeh, Found.of Physics Letters 13, 2000, p22)。局所化された現実の理論であり、超光速信号伝送はその中に存在しません。要点は、MWI によると、観測を行うたびに、実際には複数の結果 (実際にはすべての可能な結果) が生成されるということです。これは、アインシュタインが黙認した従来の現実とは大きく異なります。 そうすることで、心理的に堅実な世界が崩壊します（または崩壊しますか？）。神がサイコロを振るかどうかにかかわらず、神が私たちのために築いたものは、絶対的な外界の厳密に独立した建物ではありません。すべての壁、すべての床、すべての階段は、その活動が知的な（意識的な）観察者を含むかどうかにかかわらず、その中で行われる活動に密接に関連しています。一枚岩の建物ではなく、建物の各階が見事に絡み合っており、最上階と地上階に別々に住む住人は今でもある種の共感を持っています。 ただし、これらすべてに耐えられない場合は、別の方法、つまり、世界の現実を何としてでも維持することもできます。もちろん、このように局所性を放棄しなければなりません。隠れた変数の理論を確立することはまだ可能です. ある種の超光速信号がそのシステム内を行き来することを許可されている場合, それは私たちが観察するすべてを非常にうまく説明することができます.たとえば、EPR では、空の両端にある 2 つの電子は、一種の超光速の一時的な通信を通じて、それらの間の協力を確実に成功させることができます。実際、Bohm のシステムは Aspect の実験をうまく乗り切った。なぜなら、彼の量子ポテンシャルは離れた場所でのそのような作用を暗示していたからである。 しかし、これが事実である場合、私たちは人生がはるかに楽であるとは感じないかもしれません!超光速信号？ボス、それはどういう意味ですか？これについてアインシュタインが何と言うか考えてみてください。這樣一來，我們將陷入甚至比不確定更加棘手和叫人迷惑的困境，比如，想像那些科幻小說中著名的場景：你回到過去殺死了尚處在繈褓中的你，那會產生什麼樣的邏輯後果呢？雖然玻姆也許可以用高超的數學手段向我們展示，儘管存在著這種所謂超光速的非定域關聯，他的隱函數理論仍然可以禁止我們在實際中做到這樣的信號傳遞：因為大致上來說，我們無法做到精確地控制量子現象，所以在現實的實驗中，我們將在統計的意義上得到和相對論的預言相一致的觀測極限。也就是說，雖然在一個深層次的意義上存在著超光速的信號，但我們卻無法刻意與有效地去利用它們來製造邏輯怪圈。不過無論如何，對於這種敏感問題，我們應當非常小心才是。放棄定域性，並不比放棄實在性來得讓我們舒服！ 阿斯派克特實驗結果出來之後，BBC的廣播製作人朱里安．布朗（Julian Brown）和紐卡斯爾大學的物理學教授保羅．大衛斯（Paul Davies，他如今在澳大利亞的Macquarie大學，他同時也是當代最負盛名的科普作家之一）決定調查一下科學界對這個重要的實驗究竟會做出什麼樣的反應。他們邀請八位在量子論領域最有名望的專家作了訪談，徵求對方對於量子力學和阿斯派克特實驗的看法。這些訪談記錄最後被彙集起來，編成一本書，於一九八六年由劍橋出版社出版，書名叫做《原子中的幽靈》（The Ghost in the Atom）。 閱讀這些訪談記錄真是給人一種異常奇妙的體驗和感受。你會看到最傑出的專家們是如何各持己見，在同一個問題上抱有極為不同，甚至截然對立的看法。阿斯派克特本人肯定地說，他的實驗從根本上排除了定域實在的可能，他不太欣賞超光速的說法，而是對現有的量子力學表示了同情。貝爾雖然承認實驗結果並沒有出乎意料，但他仍然決不接受擲骰子的上帝。他依然堅定地相信，量子論是一種權益之計，他想像量子論終究會在有一天被更為複雜的實驗證明是錯誤的。貝爾願意以拋棄定域性為代價來換取客觀實在，他甚至設想復活乙太的概念來達到這一點。惠勒的觀點有點曖昧，他承認一度支持埃弗萊特的多宇宙解釋，但接著又說因為它所帶來的形而上學的累贅，他已經改變了觀點。惠勒討論了玻爾的圖像，意識參與的可能性以及他自己的延遲實驗和參與性宇宙，他仍然對於精神在其中的作用表現得饒有興趣。 魯道夫．佩爾斯（Rudolf Peierls）的態度簡明爽快：我首先反對使用哥本哈根解釋這個詞。他說，因為，這聽上去像是說量子力學有好幾種可能的解釋一樣。其實只存在一種解釋：只有一種你能夠理解量子力學的方法（也就是哥本哈根的觀點！）。這位曾經在海森堡和泡利手下學習過的物理學家仍然流連於革命時代那波瀾壯闊的觀念，把波函數的坍縮認為是一種唯一合理的物理解釋。大衛．德義奇也毫不含糊地向人們推銷多宇宙的觀點，他針對奧卡姆剃刀對於無法溝通的宇宙的存在提出的詰問時說，MWI是最為簡單的解釋。相對於種種比如意識這樣稀奇古怪的概念來說，多宇宙的假設實際上是最廉價的！他甚至描述了一種超腦實驗，認為可以讓一個人實際地感受到多宇宙的存在！接下來是玻姆，他坦然地準備接受放棄物理中的定域性，而繼續維持實在性。對於愛因斯坦來說，確實有許多事情按照他所預料的方式發生。玻姆說，但是，他不可能在每一件事情上都是正確的！在玻姆看來，狹義相對論也許可以看成是一種普遍情況的一種近似，正如牛頓力學是相對論在低速情況下的一種近似那樣。作為玻姆的合作者之一，巴西爾．海利（Basil Hiley）也強調了隱函數理論的作用。而約翰．惠勒（John Taylor）則描述了另一種完全不同的解釋，也就是所謂的系綜解釋（the ensemble interpretation）。系綜解釋持有的是一種非常特別的統計式的觀點，也就是說，物理量只對於平均狀況才有意義，對於單個電子來說，是沒有意義的，它無法定義！我們無法回答單個系統，比如一個電子通過了哪條縫這樣的問題，而只能給出一個平均統計！我們在史話的後面再來詳細地介紹系綜解釋。 在這樣一種大雜燴式的爭論中，阿斯派克特實驗似乎給我們的未來蒙上了一層更加撲朔迷離的影子。愛因斯坦有一次說：雖然上帝神秘莫測，但他卻沒有惡意。但這樣一位慈祥的上帝似乎已經離我們遠去了，留給我們一個難以理解的奇怪世界，以及無窮無盡的爭吵。我們在隱函數這條道路上的探索也快接近盡頭了，關於玻姆的理論，也許仍然有許多人對它表示足夠的同情，比如John Gribbin在他的名作《尋找薛定諤的貓》（In Search of Schrodinger's Cat）中還把自己描述成一個多宇宙的支持者，而在十年後的《薛定諤的貓以及對現實的尋求》（Schrodinger's Kittens and the Search for Reality）一書中，他對MWI的熱情已經減退，而對玻姆理論表示出了謹慎的樂觀。我們不清楚，也許玻姆理論是對的，但我們並沒有足夠可靠的證據來說服我們自己相信這一點。除了玻姆的隱函數理論之外，還有另一種隱函數理論，它由Edward Nelson所發明，大致來說，它認為粒子按照某種特定的規則在空間中實際地彌漫開去（有點像薛定諤的觀點），類似波一般地確定地發展。我們不打算過多地深入探討這些觀點，我們所不滿的是，這些和愛因斯坦的理想相去甚遠！為了保有實在性而放棄掉定域性，也許是一件飲鴆止渴的事情。我們不敢說光速絕對地不可超越，只是要推翻相對論，現在似乎還不大是時候，畢竟相對論也是一個經得起考驗的偉大理論。 我們沿著這條路走來，但是它當初許諾給我們的那個美好藍圖，那個愛因斯坦式的理想卻在實驗的打擊下終於破產。也許我們至少還保有實在性，但這不足以吸引我們中的許多人，讓他們付出更多的努力和代價而繼續前進。阿斯派克特實驗嚴酷地將我們的憧憬粉碎，它並沒有證明量子論是對的（它只是支持了量子論的預言，正如我們討論過的那樣，沒什麼理論可以被證明是對的），但它無疑證明了愛因斯坦的世界觀是錯的！事實上，無論量子論是錯是對，我們都已經不可能追回傳說中的那個定域實在的理想國，而這，也使我們喪失了沿著該方向繼續前進的很大一部分動力。就讓那些孜孜不倦的探索者繼續前進，而我們還是退回到原來的地方，再繼續苦苦追尋，看看有沒有柳暗花明的一天。 飯後閒話：超光速 EPR背後是不是真的隱藏著超光速我們仍然不能確定，至少它表面上看起來似乎是一種類似的效應。不過，我們並不能利用它實際地傳送資訊，這和愛因斯坦的狹義相對論並非矛盾。 假如有人想利用這種量子糾纏效應，試圖以超光速從地球傳送某個消息去到半人馬座α星（南門二，它的一顆伴星是離我們地球最近的恒星，也即比鄰星），他是註定要失敗的。假設某個未來時代，某個野心家駕駛一艘太空船來到兩地連線的中點上，然後使一個粒子分裂，兩個子粒子分別飛向兩個目標。他事先約定，假如半人馬星上觀測到粒子是左旋，則表示地球上政變成功，反之，如是右旋則表示失敗。這樣的通訊建立在量子論的這個預測上：也就是地球上觀測到的粒子的狀態會瞬間影響到遙遠的半人馬星上另一個粒子的狀態。但事到臨頭他卻犯難了：假設他成功了，他如何確保他在地球上一定觀測到一個右旋粒子，以保證半人馬那邊收到左旋的資訊呢？他沒法做到這點，因為觀測結果是不確定的，他沒法控制！他最多說，當他做出一個隨機的觀測，發現地球上的粒子是右旋的時候，那時他可以有把握地，一百％地預言遙遠的半人馬那裡一定收到左的信號，雖然理論上說兩地相隔非常遙遠，訊息還來不及傳遞過來。如果他想利用貝爾不等式，他也必須知道，在那一邊採用了什麼觀測手段，而這必須通過通常的方法來獲取。這一切都並不違反相對論，你無法利用這種超光速製造出資訊在邏輯上的自我矛盾來（例如回到過去殺死你自己之類的）。 在這種原理上的量子傳輸（teleportation）事實上已經實現。我國的潘建偉教授在此領域多有建樹。 二○○○年，王力軍，Kuzmich等人在Nature上報導了另一種超光速（Nature V406），它牽涉到在特定介質中使得光脈衝的群速度超過真空中的光速，這本身也並不違反相對論，也就是說，它並不違反嚴格的因果律，結果無法回到過去去影響原因。同樣，它也無法攜帶實際的資訊。 其實我們的史話一早已經討論過，德布羅意那相波的速度c^2／v就比光速要快，但只要不攜帶能量和資訊，它就不違背相對論。相對論並非有些人所想像的那樣已被推翻，相反，它仍然是我們所能依賴的最可靠的基石之一。 四 這已經是我們第三次在精疲力竭之下無功而返了。隱變數所給出的承諾固然美好，可是最終的兌現卻是大打折扣的，這未免教人喪氣。雖然還有玻姆在那裡熱切地召喚，但為了得到一個決定性的理論，我們付出的代價是不是太大了點？這仍然是很值得琢磨的事情，同時也使得我們不敢輕易地投下賭注，義無反顧地沿著這樣的方向走下去。 如果量子論註定了不能是決定論的，那麼我們除了推導出類似坍縮之類的概念以外，還可以做些什麼假設呢？ 有一種功利而實用主義的看法，是把量子論看作一種純統計的理論，它無法對單個系統作出任何預測，它所推導出的一切結果，都是一個統計上的概念！也就是說，在量子論看來，我們的世界中不存在什麼單個（individual）的事件，每一個預測，都只能是平均式的，針對整個集合（ensemble）的，這也就是系綜解釋（the ensemble interpretation）一詞的來源。 大多數系綜論者都喜歡把這個概念的源頭上推到愛因斯坦，比如John Taylor，或者加拿大McGill大學的BC Sanctuary。愛因斯坦曾經說過：任何試圖把量子論的描述看作是對於單個系統的完備描述的做法都會使它成為極不自然的理論解釋。但只要接受這樣的理解方式，也即（量子論的）描述只能針對系統的全集，而非單個個體，上述的困難就馬上不存在了。這個論述成為了系綜解釋的思想源泉（見於Max Jammer《量子力學的哲學》一書）。 嗯，怎麼又是愛因斯坦？我們還記憶猶新的是，隱變數不是也把他拉出來作為感召和口號嗎？或許愛因斯坦的聲望太隆，任何解釋都希望從他那裡取得權威性，不過無論如何，從這一點來說，系綜和隱變數實際上是有著相同的文化背景的。但是它們之間不同的是，隱變數在作出量子論只不過是統計解釋這樣的論斷後，仍然懷著滿腔熱情去尋找隱藏在它背後那個更為終極的理論，試圖把我們所看不見的隱變數找出來以最終實現物理世界所夢想的最高目標：理解和預測自然。它那銳意進取的精神固然是可敬的，但正如我們已經看到的那樣，在現實中遭到了嚴重的困難和阻撓，不得不為此放棄許多東西。 相比隱變數那勇敢的衝鋒，系綜解釋選擇固本培元，以退為進的戰略。在它看來，量子論是一個足夠偉大的理論，它已經界定了這個世界可理解的範疇。的確，量子論給我們留下了一些盲點，一些我們所不能把握的東西，比如我們沒法準確地同時得到一個電子的位置和動量，這叫一些持完美主義的人們覺得坐立不寧，寢食難安。但系綜主義者說：不要徒勞地去探索那未知的領域了，因為實際上不存在這樣的領域！我們的世界本質上就是統計性質的，沒有一個物理理論可以描述單個的事件，事實上，在我們的宇宙中，只有系綜，或者說事件的全集才是有物理意義的。 這是什麼意思呢？我們還是用大家都熟悉的老例子，雙縫前的電子來說明問題。當電子通過雙縫後，假設我們沒有刻意地去觀察它，那麼按照量子論，它應該有一個確定而唯一的，按照時間和薛定諤方程發展的態向量： |電子>＝|穿過左縫>＋|穿過右縫> 按照標準哥本哈根解釋，這意味著單個電子必須同時處在|左>和|右>兩個態的疊加之中，電子沒有一個確定的位置，它同時又在這裡又在那裡！按照MWI，這是一種兩個世界的疊加。按照隱變數，所謂的疊加都是胡扯，量子論的這種數學形式是靠不住的，假如我們考慮了不可見的隱變數，我們就能確實地知道，電子究竟通過了左邊還是右邊。那麼，系綜解釋對此又有何高見呢？ 它所持的是一種外交式的圓滑態度：量子論的數學形式經得起時間考驗，是一定要保留的。但疊加什麼的明顯違背常識，是不對的。反過來，一味地急功冒進，甚至搞出什麼不可觀察的隱變數，這也太過火了，更不能當真。再怎麼說，實驗揭示給我們的結果是純隨機性質的，沒人可以否認。 那麼，我們應該怎麼辦呢？ 系綜解釋說：我們應當知足，相信理論告訴我們的已經是這個世界的本質：它本就是統計性的！所以，徒勞地去設計隱變數是沒有用的，因為實驗已經告訴我們定域的隱變數理論是沒有的，而且實驗也告訴我們對同樣的系統的觀測不會每次都給出確定的結果。但是，我們也不能相信所謂的疊加是一種實際上的存在，電子不可能又通過左邊又通過右邊！我們的結論應該是：對於電子的態向量，它永遠都只代表系統全集的統計值，也就是一種平均情況！ 什麼叫只代表全集呢？換句話說，當我們寫下： |電子>＝1／SQRT（2）[|穿過左縫>＋|穿過右縫>] 這樣的式子時（1／SQRT（2）代表根號二分之一，我們假設兩種可能相等，所以係數的平方，也就是概率之和等於一），我們所指的並不是一個電子的運動情況，而永遠是無限個電子在相同情況下的一個統計平均！這個式子只描述了當無窮多個電子在相同的初狀態下通過雙縫（或者，一個電子無窮次地在同樣的情況下通過雙縫）時會出現的結果。根據量子論，世界並非決定論的，也就是說，哪怕我們讓兩個電子在完全相同的狀態下通過雙縫，觀測到的結果也不一定每次都一樣，而是有多種可能。而量子論的數學所能告訴我們的，正是所有這些可能的系綜，也就是統計預期！ 如此一來，當我們說電子＝左＋右的時候，意思就並非指一個單獨的電子同時處於左和右兩個態，而只是在經典概率的概念上指出它有五十％的可能通過左，而五十％的可能通過右罷了。當我們準備這樣一個實驗的時候，量子論便能夠給出它的系綜，在一個統計的意義上告訴我們實驗的結果。 態向量只代表系統的系綜！嗯，聽上去蠻容易理解的，似乎皆大歡喜。可是這樣一來，量子論也就變成一個統計學的理論了，好吧，當許多電子穿過雙縫時，我們知道有五十％通過了左邊，五十％通過了右邊，可現在我們關心的是單個電子！單個電子是如何通過雙縫並與自己發生干涉，最後在螢幕上打出一個組成干涉圖紋的一點的呢？我們想聽聽系綜解釋對此有何高見。 但要命的是，它對此什麼都沒說！在它看來，所謂單個電子通過了哪裡之類的問題，是沒有物理意義的！當John Taylor被問道，他是否根本沒有想去描述單個系統中究竟發生了什麼的時候，他甚至說，這是不被允許的。量子物理所給出的只是統計性，that's all，沒有別的了。如果這個世界能夠被我們用數學方法去理解的話，那就是在一種統計的意義上說的，我們不自量力地想去追尋更多，那只不過是自討苦吃。單個電子的軌跡，那是一個沒有物理定義的概念，正如時間被創造前一秒，比光速更快一倍，或者絕對零度低一度這樣的名詞，雖然沒有語法上的障礙阻止我們提出這樣的問題，但它們在物理上卻是沒什麼意思的。和哥本哈根派不同的是，玻爾等人假設每個電子都實際地按照波函數發散開來，而系綜解釋則是簡單地把這個問題踢出了理論框架中去，來個眼不見為淨：現在我們不必為坍縮操心了，談論單個電子是沒有意義的事情！ 不過，這實在是太掩耳盜鈴了。好吧，量子論只給出系綜，可是我們對於物理理論的要求畢竟要比這樣的統計報告要高那麼一點啊。假如我去找占卜師算命，想知道我的壽限是多少，她卻只告訴我：這個城市平均壽命是七十歲，那對我來說似乎沒有很大的用處啊，我還不如去找保險公司！更可恨的是，她居然對我說，你一個人的壽命是沒什麼意義的，有意義的只是千千萬萬個你的壽命的系綜！ 系綜解釋是一種非常保守和現實主義的解釋，它保留了現有量子論的全部數學形式，因為它們已經被實踐所充分證明。但在令人目眩的哲學領域，它卻試圖靠耍小聰明而逃避那些形而上的探討，用劃定理論適用界限這樣的方法來把自己封閉在一個刀槍不入的外殼中。是的，如果我們採納系綜主義，那麼的確在純理論方面說，我們的一切問題都解決了：沒有什麼坍縮，電子永遠只是粒子（波性只能用來描述粒子的全集），不確定原理也只是被看成一個統計極限，而不理會單個電子到底能不能同時擁有動量和位置（這個問題沒有意義）。但是，這樣似乎有點自欺欺人的味道，把搞不清楚的問題劃為沒有意義也許是方便的，但的確是這樣的問題使得科學變得迷人！每個人都知道，當許多電子通過雙縫時產生了干涉圖紋，可我們更感興趣的還是當單個電子通過時究竟發生了什麼，而不是簡單地轉過頭不去面對！ Taylor在訪談中的確被問道，這樣的做法不是一個當逃兵的遁詞嗎？他非常精明地回答說：我認為你應當問一問，如果陷進去是否比逃之夭夭確實會惹出更多的麻煩。系綜主義者持有的是極致的實用主義，他們炮轟隱變數和多宇宙解釋，因為後兩者都帶來了許多形而上學的麻煩。只要我們充分利用現有的體系，搞出一個又不違反實驗結果，又能在邏輯上自洽的體系，那不就足夠了嗎？系綜解釋的精神，就是盡可能少地避免麻煩，絕不引入讓人頭痛的假設，比如多宇宙或者坍縮之類的。 但是，我們還是不能滿足於這樣的關起門來然後自稱所有的問題都已經解決的做法。或許，是因為我們血液中的熱情還沒有冷卻，或許，是因為我們仍然年少輕狂，對於這個宇宙還懷有深深的激動和無盡的好奇。我們並不畏懼進入更為幽深和神秘的峽谷和森林，去探究那事實的真相。哪怕註定要被一些更加惱人和揮之不去的古怪精靈所纏繞，我們還是不可以放棄了前進的希望和動力，因為那是我們最寶貴的財富。 接下來我們還要去看看兩條新的道路，雖然它們都新辟不久，坎坷顛簸，行進艱難，但沿途那奇峰連天，枯松倒掛，瀑布飛湍，冰崖怪石的絕景一定不會令你失望。五 我們已經厭倦了光子究竟通過了哪條狹縫這樣的問題，管它通過了哪條，這和我們又有什麼關係呢？一個小小的光子是如此不起眼，它的世界和我們的世界相去天壤，根本無法聯繫在一起。在大多數情況下，我們甚至根本沒法看見單個的光子（有人做過實驗，肉眼看見單個光子是有可能的，但機率極低，而且它的波長必須嚴格地落在視網膜杆狀細胞最敏感的那個波段），在這樣的情況下，大眾對於探究單個光子究竟是幽靈還是實在無疑持有無所謂的態度，甚至覺得這是一種杞人憂天的探索。 真正引起人們擔憂的，還是那個當初因為薛定諤而落下的後遺症：從微觀到宏觀的轉換。如果光子又是粒子又是波，那麼貓為什麼不是又死而又活著？如果電子同時又在這裡又在那裡，那麼為什麼桌子安穩地呆在它原來的地方，沒有擴散到整間屋子中去？如果量子效應的基本屬性是疊加，為什麼日常世界中不存在這樣的疊加，或者，我們為什麼從未見過這種情況？ 我們已經聽取了足夠多耐心而不厭其煩的解釋：貓的確又死又活，只不過在我們觀測的時候坍縮了；有兩隻貓，它們在一個宇宙中活著，在另一個宇宙中死去；貓從未又死又活，它的死活由看不見的隱變數決定；單個貓的死活是無意義的事件，我們只能描述無窮只貓組成的全集諸如此類的答案。也許你已經對其中的某一種感到滿意，但仍有許多人並不知足：一定還有更好，更可靠的答案。為了得到它，我們仍然需要不斷地去追尋，去開拓新的道路，哪怕那裡本來是荒蕪一片，荊棘叢生。畢竟世上本沒有路，走的人多了才成為路。 現在讓我們跟著一些開拓者小心翼翼地去考察一條新闢的道路，和當年揚帆遠航的哥倫布一樣，他們也是義大利人。這些開拓者的名字刻在路口的紀念碑上：Ghirardi，Rimini和Weber，下面是落成日期：一九八六年七月。為了紀念這些先行者，我們順理成章地把這條道路以他們的首字母命名，稱為GRW大道。 這個思路的最初設想可以回溯到七十年代的Philip Pearle：哥本哈根派的人物無疑是偉大和有洞見的，但他們始終沒能給出坍縮這一物理過程的機制，而且對於觀測者的主觀依賴也太重了些，最後搞出一個無法收拾的意識不說，還有墮落為唯心論的嫌疑。是否能夠略微修改薛定諤方程，使它可以對坍縮有一個讓人滿意的解釋呢？ 一九八六年七月十五日，我們提到的那三位科學家在《物理評論》雜誌上發表了一篇論文，題為《微觀和宏觀系統的統一動力學》（Unified dynamics for microscopic and macroscopic systems），從而開創了GRW理論。GRW的主要假定是，任何系統，不管是微觀還是宏觀的，都不可能在嚴格的意義上孤立，也就是和外界毫不相干。它們總是和環境發生著種種交流，為一些隨機（stochastic）的過程所影響，這些隨機的物理過程不管它們實質上到底是什麼會隨機地造成某些微觀系統，比如一個電子的位置，從一個彌漫的疊加狀態變為在空間中比較精確的定域（實際上就是哥本哈根口中的坍縮），儘管對於單個粒子來說，這種過程發生的可能性是如此之低按照他們原本的估計，平均要等上10^15秒，也就是近十億年才會發生一次。所以從整體上看，微觀系統基本上處於疊加狀態是不假的，但這種定域過程的確偶爾發生，我們把這稱為一個自發的定域過程（spontaneous localization）。GRW有時候也稱為自發定域理論。 關鍵是，雖然對於單個粒子來說要等上如此漫長的時間才能迎來一次自發過程，可是對於一個宏觀系統來說可就未必了。拿薛定諤那只可憐的貓來說，一隻貓由大約10^27個粒子組成，雖然每個粒子平均要等上幾億年才有一次自發定域，但對象貓這樣大的系統，每秒必定有成千上萬的粒子經歷了這種過程。 Ghirardi等人把薛定諤方程換成了所謂的密度矩陣方程，然後做了複雜的計算，看看這樣的自發定域過程會對整個系統造成什麼樣的影響。他們發現，因為整個系統中的粒子實際上都是互相糾纏在一起的，少數幾個粒子的自發定域會非常迅速地影響到整個體系，就像推倒了一塊骨牌然後造成了大規模的多米諾效應。最後的結果是，整個宏觀系統會在極短的時間裡完成一次整體上的自發定域。如果一個粒子平均要花上十億年時間，那麼對於一個含有一摩爾粒子的系統來說（數量級在10^23個），它只要.一微秒就會發生定域，使得自己的位置從彌漫開來變成精確地出現在某個地點。這裡面既不要觀測者，也不牽涉到意識，它只是基於隨機過程！ 如果真的是這樣，那麼當決定薛定諤貓的生死的那一刻來臨時，它的確經歷了死／活的疊加！只不過這種疊加只維持了非常短，非常短的時間，然後馬上自發地精確化，變成了日常意義上的，單純的非死即活。因為時間很短，我們沒法感覺到這一疊加過程！這聽上去的確不錯，我們有了一個統一的理論，可以一視同仁地解釋微觀上的量子疊加和宏觀上物體的不可疊加性。 但是，GRW自身也仍然面臨著嚴重的困難，這條大道並不是那樣順暢的。他們的論文發表當年，海德堡大學的E. Joos就向《物理評論》遞交了關於這個理論的評論，而這個評論也在次年發表，對GRW提出了置疑。自那時起，對GRW的疑問聲一直很大，雖然有的人非常喜歡它，但是從未在物理學家中變成主流。懷疑的理由有許多是相當技術化的，對於我們史話的讀者，我只想在最膚淺的層次上稍微提一些。 GRW的計算是完全基於隨機過程的，而並不引入類如觀測使得波函數坍縮之類的假設。他們在這裡所假設的自發過程