四、关于“波包的缩编”的话题

在20世纪20年代，当量子理论的作用开始充分显露之时，一股强烈的震惊与迷惑在物理学家中间回响。然而，如前所述，在量子理论发展的早期曾起过重要作用的爱因斯坦，却成为抨击玻尔所坚持的量子理论的急先锋。爱因斯坦到1955年谢世，还依旧坚信量子理论的表述形式中缺少一种实质性成分。爱因斯坦生前反复试图证明量子理论的不完全性，提出许多很有见地的论据，但每次都被尼 · 玻尔雅致而有说服力地反驳掉，看来爱因斯坦驱除原子中幽灵的探索近乎徒劳。然而，量子论战远未消失，阿莱因 · 阿斯派克特的实验将这种论战推向高潮，这将促使人们重新看待爱因斯坦与玻尔的争论。

英国科学家J. 布朗和P. C. W. 戴维斯应英国广播公司要求，采访过对量子力学概念基础有兴趣的领头物理学家。他们与牛津大学外克汉姆席座物理教授鲁多尔夫 · 佩尔斯（Rudolf Peierls）的对话，内容涉及到波函数这一描述量子状态的话题，也许是对泡利那两个惊叹号的补充。为了叙述的方便，我们以简称戴维斯和佩尔斯代表双方，对话如下：

佩尔斯：在量子力学中，我们总是用称之为波函数或系统态函数来讨论问题的。它是一个数学对象，表征着我们对于系统的认识（例如，关于一个电子的知识）。现在，当我们做出一次观察时，我们必须用对系统新认识的新波函数描述去替代原先的那个波函数描述，这有时称作“波包的缩编”。关于波包缩编所涉及的问题，一直存在着许多揣测。

戴维斯：“波包的缩编”是指当作一次观察时，波函数所发生的突变吗？

佩尔斯：对。现在让我们设想实行一个实验（即一次观察）的方式。假设有一个装置，由表头指针的位置告诉你一个放射性原子是否衰变了。你可以用常规物理学描述这个装置。但是，在你看装置之前，有两个可能性对应于两种可能结果，量子力学将给出指针在一个位置或另一个位置的几率。然后，你说，对了，应该看一看表头，所以用光照亮指针，但还是仅知道光从一个方向或另一个方向被反射的几率，所以实验继续进行下去，直到这样一个时刻，即当你最后意识到实验已经给出了一个结果。这时，你可以拋弃掉一个可能性，而只保留另一个可能性。

戴维斯：设想不用人做实验，而使用高级计算系统或像照相机那样更质朴的某种东西。照相机在其底片上记录指针位置的动作，能够看成是把该放射性原子置于一种具体条件之中的函数缩编吗？

佩尔斯：不，不行。理由是：你当然可以用物理定律来描述照相机或计算机的动作，然而，你会发现，照相机何时曝光或者计算机何时输入信息，仍有两种可能性。所以，不存在波包的缩编。

戴维斯：这似乎启示：人类有一种称为精神的属性，它把我们同环境中其他东西区分开来，它对于使基本物理学有意义是绝对关键的，对吗？

佩尔斯：我认为是这样。事实上，它有一个有趣的推论，因为有人说：“好吧，假设你把观察者包含在量子力学的或波函数的描述之中，你就可以写下描述观察者脑内每个细胞中每个电子运动的方程。”你实际上不可能做到这一点，但原则上这些方程应该存在。在建立了波函数之后，问题便会是：这究竟表示谁的知识呢？对此，没有简易的答案。

五、爱因斯坦对耶？玻尔对耶？

爱因斯坦与玻尔的论战，始于1924年，止于1955年。在争论过程中，多数人站在玻尔一边，多数评论家也对爱因斯坦颇有微词。究其个中原因，也还没有定论。

在近代物理发展过程中，没有一次重大问题离开过爱因斯坦。他冒过险，为此曾付出过沉重的代价。他早年提出光盘子学说，连普朗克这样知名的物理学家，也认为他迷失过方向。与玻尔长达30余年的争论更是如此。这次争论发端于第五次索尔维会议，玻恩要求一直沉默的爱因斯坦发言，对用球面波解释α粒子在云室中径迹的看法。在当时与会者大多数赞成量子力学几率解释情况下，爱因斯坦发表不赞成把量子力学看成单个过程完备理论的观点，这无疑把本来激烈的争论推向了高潮。会议主席洛仑兹拍桌子让大家安静，但几种语言同时叫嚎，爱伦弗斯特跑到黑板边写道：“上帝真的使人们的语言混杂起来了。”物理学家看了大笑，因为那句话指一个典故，说混杂语言妨碍了建筑巴比伦塔。会议改成小组讨论，但一些倾向爱因斯坦的科学家，却赞成玻尔的观点了。玻尔成功地守住了自己的阵地，但爱因斯坦没有认输。在爱因斯坦看来，玻尔也不过是在策划“绥靖”哲学而已。1928年5月31日，爱因斯坦给薛定谔的信中写道：“海森伯-玻尔的绥靖哲学-或绥靖宗教——是如此精心策划的，使它得以向那些信徒暂时提供了一个舒适的软枕。那种人不是那么容易从这个软枕上惊醒的，那就让他们躺着吧。”

玻尔始终十分尊重爱因斯坦的挑战，不止一次表达对爱因斯坦感激之情。他说：“爱因斯坦的关怀和批评，很有价值地激励着我们所有的人，来再度检验和原子现象的描述有关的形势的各个方面。对于我来说，这是一种很不欢迎的刺激，迫使我进一步澄清测量仪器所起的作用

爱因斯坦孤独地思考着。每次与玻尔论战，都被认为是爱因斯坦发难，近乎“无理取闹"。他是少数派，但每次总有一些人站在他的一边。如德布罗意、薛定谔、泡利等，在不同程度上也怀疑过哥本哈根学派的影响，同情爱因斯坦。也许这些人同爱因斯坦一样认为：对狭隘可观察性原则的揭露和批判，不仅对现代物理学史，而且对整个现代自然科学史，都将产生积极的影响：的确，在长期的争论中，笼罩着爱因斯坦的那些哲学上的阴影，也丝毫否定不了爱因斯坦所表现出来的哲学光辉。随着时间的流逝，人们对哥本哈根学派的观点越来越怀疑了。在哥本哈根学派中，海森伯哲学立场的某种转变最富有代表性。由于他低估理性思辨的作用，否定了不可观察量的重要地位，只能用洛仑兹不变性和几率守恒性等极其抽象形式关系去研究矩阵力学，以致于在20多年里没有任何实质性进展。20世纪50年代后，海森伯丢开他的矩阵力学，去研究宇宙问题时，引入了一个无法用仪器直接测量的物理量ψ（x）。

哥本哈根学派另一个代表人物玻恩，在给爱因斯坦1948年回信中，声明放弃他早年浓厚的实证主义观念。爱因斯坦劝他将实证的哲学看法撕得粉碎，他作了如下回答：“我愿意恭恭敬敬地领受你的耳光和训斥……但是你因为我的实证论思想而责备我，这使我感到恼火；那种哲学实在是我最不愿意去找的

可以这样说，一些哥本哈根学派重要人物的哲学转变，足以证明爱因斯坦反对哥本哈根学派逻辑实证论倾向的正确性，也显示了爱因斯坦哲学思想的光辉。

1979年，当爱因斯坦的弟子们在纪念他诞辰100周年之际，曾经发现变换理论的量子力学创造者狄拉克承认爱因斯坦是正确的。他说：“看来量子力学不是最后形式，要作些改变。终有一天，我们会有相对论性量子力学发明出来。在新的理论中不会有许多无穷大，新理论蕴藏着爱因斯坦所要求的决定论。引进决定论就要牺牲现在某些科学家的一些见解。在迄今这长距离赛跑中，爱因斯坦被证明是正确的。”

有关爱因斯坦与玻尔的争论，是很难下什么结论的。一些有代表性的看法，还是有参考价值的。

加拿大物理学家邦格（M. Bunge）认为“玻尔在科学上是对的”，“爱因斯坦在哲学上是对的”，“玻尔和爱因斯坦在决定论问题上都是错的”。他在题为《爱因斯坦一玻尔论战》长文中，发表了如下结论性意见：

爱因斯坦-玻尔论战，是在两个追求真理而不追求荣誉的人物之间进行的、尽管感情激动，然而并无恶意，堪称辩论的典范（在展开论战以前，两个人都已被授予诺贝尔奖）。这是在声誉卓著的出版物上进行的一场很有教育意义的论战为什么现在物理学中没有更多这样的论战了呢？是因为我们在一切重要的科学、哲学问题上都已取得了一致吗？是因为人们花不起时间来进行科学论战了吗？是因为讨论已经受到系统的压制乃至禁止吗？不管是什么原因，关于基本问题的争论不出现，都是和牺牲了新结果的取得而集中精力于无谓地争吵同样地使人不安的一种衰落象征。

加拿大另一位物理学家巴伦坦（L. E. Ballentine）和美国哈佛大学哲学教授詹里特（T. P. Jarrett）的一篇研究文章表明，爱因斯坦关于EPR论证是正确的。他们的文章认为：“爱因斯坦、波多尔斯基和罗森所引入的完备性概念，强于并且包含预言的完备性。因此我们证明了EPR的结论是正确的。这个结论就是量子力学对实在的描述是不完备的。不过这种证明是在不考虑EPR论证的具体细节的情况下进行的。与EPR信念不同之处在于，不仅量子力学的状态描述（在他们的意义上以及在我们的更为普遍的意义上）是‘不完备的’，而且任何与量子力学统计预言相符合的状态描述，特别是那些违反贝尔不等式的状态描述都必须是‘不完备的’。既然贝尔不等式的违反已经得到实验证实，那么这种‘不完备性’从某种意义上说就是自然界的属性。”

如前所述，一种较为流行的观点认为，在具体科学问题上，爱因斯坦在争论中始终处于不利地位，并以失败而告终；然而在哲学问题上，爱因斯坦始终站在基本正确的立场，坚持不懈地反逻辑实证主义。这种看法有一定的片面性，但大体上反映了他们辩论的一些情况。

不少科学家对玻尔的互补原理，进行了多方面的研究。自从70年前玻尔首次阐述互补性以来，人们一直相信互补性就是不确定关系的结果。最近，一些西方科学家研究表示，不确定性并不是互补性唯一的实施形式。他们认为，互补性要比人们曾经认识到的更为深刻；对于量子力学来说，互补性是比不确定规则更普遍、更基本的东西。现在，除了美国得克萨斯农业与机械大学的M. O. Scully和马 · 普朗克学会的H. Walther等学者外，还有伯克利加利福尼亚大学、约 · 霍普金斯大学、曼彻斯特大学、罗里兰大学和因斯布鲁克大学等研究人员参与有关互补原理的实验研究，认为“实验结果不会动摇量子力学。量子世界给自己布置了非常周密的保护，以防出现任何内部矛盾；如果出现意外的结果，那么这多半说明实验装置有问题，而不是量子力学有问题。不管人的实验才能有多么精巧，大自然毫无疑问总是要棋高一着。”

也有人认为爱因斯坦和玻尔之间在量子力学描述的“完备性”方面的主要分歧，不在于他们那些肯定很不相同的或者说是针锋相对的物理结论；而在于他们那些根本上不相同的前提或出发点。正像佩格斯所说的那样，爱因斯坦"继续怀疑量子论给出对自然一个完备的和客观的描写。但是，这一异议是个哲学问题，不是个理论物理问题。爱因斯坦和玻尔的争论，继续到他们的有生之年，从来没有解决，它也不能解决。一旦争论离开了共同的假定，即实在是由仪器决定的，并且变为对实在本性评价上的分歧，那就没有解决的可能了。彼此的尊敬把他们结合在一起，这两位巨人，最后的经典物理学家和新量子物理的领头人，一直争论到在世的最后一天。”

值得说明的是，爱因斯坦与玻尔之间个人的友谊是可贵的。关于论战，爱因斯坦说过，人们只会同兄弟发生真正的争吵，至于别人那就太疏远了。提到量子力学，他说是由他的“非常尊敬的同事”建立起来的。玻尔对爱因斯坦一直怀有敬慕之情。1962年11月18日，玻尔去世。人们发现他工作室的黑板上有两张草图：一张是1920年与爱因斯坦首次见面讨论黎曼平面的草图；另一张是爱因斯坦光子箱草图，32年来，这两张图一直在他脑海中盘旋。玻尔令人惊叹的习惯之一，就是遇到重大问题时，总要先考虑爱因斯坦是怎样想的，几乎每天都在推导他的推理，以便更加完善由他开创的理论。

二位科学巨人的论战已成历史，但论战的意义却是深远的。这是因为论战的内容涉及到关于量子力学的基本结构、认识方式和物理图景等根本问题的评价，这在客观上构成了现代物理学发展的基础。

［参考文献略］

（续完）