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第二十章 量子纠缠,

作者:美-沃尔特·艾萨克森/译者:张卜天 当前章节:15374 字 更新时间:2026-6-30 18:52

1935

“幽灵般的超距作用”

虽然爱因斯坦借助思想实验向量子力学发起了攻击,但收效甚微。

事实上,这甚至还有助于对量子力学做出检验,使我们更好地理解它的

含义。不过,爱因斯坦并未善罢甘休,他仍然试图用新的办法来表明,

玻尔、海森伯、玻恩等人对量子力学的解释中所固有的不确定性意味

着,他们对“实在”的解释中缺少了某种东西。

就在1933年离开欧洲之前不久,爱因斯坦出席了一场讲演,演讲者

是带有哲学倾向的比利时物理学家莱昂·罗森菲尔德。讲演结束后,爱

因斯坦起身问了一个问题。“假定两个粒子以大小相等、方向相反的很

大的动量朝对方运动,当它们在给定位置相遇时发生短暂的相互作

用。”当粒子相互远离时,一位观察者测量了其中一个粒子的动量,“那

么根据实验条件,他显然能够推断出另一个粒子的动量,”爱因斯坦

说,“如果他选择测量其中一个粒子的位置,他将能够说出另一个粒子

的位置。”

由于两个粒子相距很远,爱因斯坦可以断言,或至少是能够假

定,“它们之间不再发生任何物理相互作用”。于是,他向罗森菲尔德提

出了这样一个问题,以挑战量子力学的哥本哈根解释:“第二个粒子的

最终状态如何可能因为对第一个粒子的测量而受到影响呢?[1234]

多年来,爱因斯坦的实在论信念与日俱增,按照他的说法,这一信

念是说,“实际的实在状况”“独立于我们的观察”而存在。[1235]这反映了

他对海森伯的不确定性原理等主张观察决定实在的量子力学原理的不

满。在向罗森菲尔德提出的问题中,爱因斯坦用了一个与此相关的概念

——定域性(locality)[1236],也就是说,如果两个粒子在空间中彼此分

离,那么其中一个粒子发生的事情与另一个粒子发生的事情无关,它们

之间无论传递什么信号、力或影响,都不能超过光速。

爱因斯坦假定,对一个粒子进行观察或作用,不能对远处的另一个

粒子瞬时产生作用。要想让对一个系统的作用能够影响远处的另一个系

统,唯一的途径就是在它们之间传递某种波、信号或信息,而且这一过

程必须遵守光速限制,甚至引力也是如此。如果太阳此时突然消失,那

么在引力场变化以光速传到地球所需的八分钟内,地球轨道将不会受到

影响。

正如爱因斯坦所说:“在我看来,我们应当对这样一个假设坚信不

疑:系统 S 实际的实在状况不依赖于我们对那个在空间上与之相分离的

2

系统 S 所采取的措施。

1

”[1237]这一结论非常直观,似乎显而易见。但正

如爱因斯坦所指出的,这是一个从未得到证明的“假设”。

在爱因斯坦看来,实在论与定域性均为物理学的支柱,且相互有关

联。他对朋友玻恩说:“物理学应当阐明时间和空间中的实在,而用不

着幽灵般的超距作用。” [1238]

在普林斯顿定居之后,爱因斯坦开始改进这一思想实验。他的同伴

沃尔特·迈尔似乎有欠忠诚,已经从与量子力学战斗的前线退却了。这

时,内森·罗森和鲍里斯·波多尔斯基前来助阵,罗森是研究院的一位26

岁的新人,波多尔斯基则是一位49岁的物理学家,爱因斯坦曾在加州理

工学院见过他,后来他来到了研究;

他们的合作成果是一篇四页的短文,发表于1935年5月,根据作者

名字的首字母而被称为EPR论文,这是爱因斯坦移居美国之后写的最重

要的论文。“能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗?”他们在标

题中提出了这样一个问题。

罗森做了大量数学演算,波多尔斯基撰写了发表的英文版。虽然他

们详细讨论过论文内容,但爱因斯坦对波多尔斯基将清晰的思想掩藏在

大量数学形式描述之下很不满意。“结果没有我当初预想的好,”文章刚

一发表,爱因斯坦就向薛定谔抱怨,“恕我直言,关键的东西被形式描

述掩藏起来了。”[1239]

令爱因斯坦感到恼火的另一件事情是,波多尔斯基在文章发表之前

就向《纽约时报》透露了其中的内容。报道的大标题称:“爱因斯坦对

量子理论发起攻击/科学家及两位同事认为它即使‘正确’也不‘完备’。”当

然,爱因斯坦偶尔也会就即将出炉的论文接受采访,但这一次,他说这

种做法让他很不安。“我一向只在适当的场合才讨论科学问题,”他在给

《泰晤士报》的声明中写道,“我反对就这种事情预先在通俗报刊上发

表任何消息”[1240]

爱因斯坦和两位合作者先是定义了他们的实在论前提:“假如对一

个系统没有任何干扰,我们就能够确定地预测一个物理量的值,那么对

应于这一物理量,必定存在着一种物理实在的元素。”[1241]换句话说,

如果通过某种非定域过程,我们能够绝对确定地知晓粒子的位置,而且

我们并没有通过观察而干扰粒子,那么我们就可以说粒子的位置是实在

的,它完全独立于我们的观察而实际存在着。

接着,这篇论文又对爱因斯坦关于两个粒子因碰撞(或由原子衰变

引起的反向飞离)而拥有相关属性的思想实验进行了拓展。文章称,我

们可以对第一个粒子做出测量,由此得知关于第二个粒子的信息,

而“不以任何方式干扰第二个粒子”。通过测量第一个粒子的位置,我们

就可以精确地确定第二个粒子的位置。对于动量也是如此。“根据我们

关于实在性的判据,我们必须认为,在第一种情况下,量 P是实在的元

素;而在第二种情况下,量 Q是实在的元素。”

更简单地说,在任一时刻,我们没有进行观察的第二个粒子都拥有

实在的位置和实在的动量。这两种作为实在特征的属性是量子力学所无

法解释的,因此应当这样来回答标题所提出的问题:不,量子力学对实

在的描述是不完备的。[1242]

文章称,唯一的可能就是认为对第一个粒子进行测量会影响第二个

粒子的位置和动量。“任何关于实在的合理定义都不会容许这一点。”他

们总结说。

泡利给海森伯写了一封长信。“爱因斯坦又一次公然评论量子力学

(和波多尔斯基、罗森一起——顺便说一句,这不是什么好团

队),”他怒气冲冲地说,“众所周知,他每次这样做都会带来一场灾

难。” [1243]

玻尔在哥本哈根看到EPR论文后,意识到他必须再次担当起索尔维

会议上的那种重任,抵挡住爱因斯坦对量子力学发动的新一轮袭

击。“这次袭击如晴天霹雳一般从天而降,”玻尔的一位同事说,“它对

玻尔震动很大。”以前面对这种情况时,玻尔往往会走来走去,口里不

停地念叨:“爱因斯坦……爱因斯坦……爱因斯坦!”这一次他又配上了

几句打油诗:“波多尔斯基(Podolsky),哦波多尔斯基

(Opodolsky),哎哦波多尔斯基(lopodolsky),塞哦波多尔斯基

(Siopodolsky)……”[1244]

“所有其他事情都被抛在了一边,”玻尔的同事回忆说,“我们必须

立即清除这样一种误解。”在六个多星期的紧张工作中,玻尔不断地思

考、动笔、修改和讨论,终于想出了回应EPR论文的对策。

对EPR论文的回应比原文更长。在文中,玻尔没有过分强调不确定

性原理的一个方面,即观测行为所造成的力学干扰会导致不确定性。他

承认,在爱因斯坦的思想实验中,“所考察的系统无疑受到了力学干

扰”。[1245]

这一承认非常重要。直到那时,由测量所引起的干扰一直是玻尔对

量子不确定性的物理解释的一部分。在索尔维会议上,他在反驳爱因斯

坦天才的思想实验时指出,同时知晓关于位置和动量的信息至少部分是

不可能的,因为确定一种属性会造成干扰,使得精确测量另一种属性成

为不可能。

不过,运用其互补性概念,玻尔加上了一项重要的限定。他指出,

两个粒子同属一个整体现象。由于它们曾经发生过相互作用,因此

是“纠缠”在一起的。它们是整个现象或整个系统的一部分,拥有同一个

量子函数。

不仅如此,正如玻尔所说,EPR论文并未真正驳倒不确定性原理,

即不可能同时精确知道一个粒子的位置和动量。爱因斯坦说得不错,通

过测量粒子A的位置,我们的确可以知道粒子B的位置。同样,通过测

量粒子A的动量,我们也可以知道粒子B的动量。然而,即使我们可以

设想先测量粒子A的位置,再测量粒子A的动量,从而赋予粒子B的那些

属性以“实在性”,但事实上,我们无法在任一时刻同时精确测量粒子A

的这两种属性,因此无法同时精确知道粒子B的这两种属性。格林在讨

论玻尔的回应时说:“如果不能同时掌握向右运动的粒子的这两种属

性,那么也不能同时掌握向左运动的粒子的这两种属性,因此这与不确

定性原理并不冲突。”[1246]

然而,爱因斯坦仍然认为,这是反映量子力学不完备性的一个重要

例子,因为它违反了可分离性原则,即两个在空间中分离的系统是独立

存在的。它也违反了与之相关的定域性原理,即对一个系统的作用不可

能瞬间影响另一个系统。作为用时空连续区来定义实在性的场论的拥护

者,爱因斯坦相信可分离性是大自然的一种基本特征。作为相对论的捍

卫者,他主张将幽灵般的超距作用从牛顿的宇宙中清除出去,规定这些

作用必须遵从光速限制,因而也相信定域性。[1247]

薛定谔的猫

尽管薛定谔是作为量子先驱而获得成功的,但他却支持爱因斯坦反

对哥本哈根学派。他们在索尔维会议上结成了联盟,当时爱因斯坦为上

帝做了辩护,薛定谔饶有兴致地看着,深以为然。这是一场孤独的斗

争,爱因斯坦1928年给薛定谔写信说:“海森伯和玻尔精心策划了他们

的安抚哲学(或宗教?),向那些虔诚的教徒暂时提供了一个舒适的软

枕。那些人不是那么容易从这个软枕上醒来的。”[1248]

毫不奇怪,薛定谔一看完EPR论文就给爱因斯坦发了一封贺

信。“你公然扼住了教条式的量子力学的咽喉。”他写道。几周以后,他

又高兴地补充说:“它就像金鱼池中的狗鱼,把每一条鱼都弄得心神不

宁。” [1249]

薛定谔刚刚访问了普林斯顿,爱因斯坦徒劳地希望能够说服弗莱克

斯纳让他加盟研究院。在随后与薛定谔的一系列通信中,爱因斯坦开始

与他合谋寻找量子力学的漏洞。

“我不相信这一点。”爱因斯坦断言。在他看来,认为存在着“幽灵

般的超距作用”,这无异于“招魂术”。他还抨击这样一种观念,即超出

我们对事物的观察就无法谈论实在。“这种沉迷于认识论之中的纵欲早

就应当偃旗息鼓了,”他说,“不过,你肯定已经会心地笑了,毕竟,许

多年轻的娼妓后来都变成了虔诚的老嬷嬷,许多年轻的革命者都变成了

老反动派。”[1250]薛定谔在回信中告诉爱因斯坦,他的确笑了,因为他

已经从革命者慢慢变成了老反动派。

爱因斯坦与薛定谔在一个问题上看法不同。薛定谔并不认为定域性

概念是神圣不可侵犯的,他甚至创造了我们现在使用的“纠缠”一词,来

描述曾经发生过相互作用但现在彼此远离的两个粒子之间存在的相关

性。无论现在距离多远,两个曾经有过相互作用的粒子的量子态此后必

须合在一起描述,一个粒子发生的任何变化都会瞬间反映于另一个粒

子。“预测的纠缠性源自这样一个事实:早先在同一个系统中形成,亦

即正在发生相互作用的两个物体,已经在对方那里留下了踪迹,”薛定

谔写道,“如果两个分离的物体先是相互影响,继而又彼此分离,那么

就出现了我所谓的两个物体的纠缠。” [1251]

爱因斯坦和薛定谔开始另辟蹊径(不再依靠定域性或分离)对量子

力学提出质疑。他们的新方案是看看如果涉及亚原子粒子的量子领域发

生的事件与日常宏观世界中的物体发生相互作用,会发生什么情况。

在量子领域,像电子这样的粒子在任何特定时刻都没有确定的位

置,而是要用所谓的“波函数”来描述粒子出现在某一特定位置的概率。

这些波函数也可以描述量子态,比如对原子进行观察时它发生衰变的概

率。1925年,薛定谔提出了描述这种弥散于整个空间中的波的著名方

程,它规定了一个粒子在被观察时处于某一位置或状态的概率。[1252]

根据玻尔等量子力学先驱提出的哥本哈根解释,在这样一种观察做

出之前,粒子的实际位置或状态仅仅是这些概率。对系统进行的测量或

观察使得波函数发生坍缩,系统瞬时归于某一特定位或状态。

在给薛定谔写的信中,爱因斯坦提出了一个生动的思想实验,表明

为什么所有这些关于波函数和概率的讨论,以及说粒子在观察之前没有

确定位置,都通不过他的完备性检验。想象有两个箱子,其中一个里面

装着一个球。我们在打开其中一个箱子之前,这个球有50%的概率在里

面。而我们打开看了之后,球在里面的概率或为100%,或为0%。然而

实际上,球自始至终都在其中一个箱子里。爱因斯坦写道:

我这样来描述这种事态:球处于第一个箱子之中的概率为

1/2。这是一种完备的描述吗?如果回答是否定的,那么完备的陈

述是:球处于(或不处于)第一个箱子之中。这才是用一种完备的

描述对该事态进行刻画。如果回答是肯定的,那么在我打开箱子之

前,球绝不在两个箱子中的一个。只有当我掀起箱盖时,球才处于

某一个特定的箱子里。[1253]

爱因斯坦显然倾向于前一种解释,这种表述反映的正是他的实在

论。第二种回答则是量子力学解释事物的方式,他感到有什么地方不够

完备。

爱因斯坦的论证似乎基于常识。然而,有时看似有道理的东西到头

来并不能很好地描述自然。他在提出相对论时就知道这一点。他公然反

对流俗的时间概念,迫使我们改变思考自然的方式。量子力学也是如

此。他宣称,粒子只有在被观察时才有确定的状态,两个粒子可以处于

一种纠缠态,对其中一个粒子进行观察能够瞬间确定另一个粒子的属

性。一旦观察做出,系统就进入了一个特定状态。[1254]

爱因斯坦从不认为这是对实在的完备描述。几周以后,他在1935年

8月初又向薛定谔提出了另一个思想实验。它讨论了一种特殊情况,量

子力学只能给出概率,然而常识却告诉我们,这背后显然存在着一种确

定的实在。爱因斯坦说,假定有一堆火药,由于某个粒子的不稳定而在

某一时刻开始燃烧。对于这一情况,量子力学方程“描述了系统尚未爆

炸和已经爆炸的一种混合”,但这并非“实际的事态”,爱因斯坦说:“因

为实际上,在爆炸与未爆炸之间不存在中间状态。”[1255]

薛定谔提出了一个类似的思想实验,以表明如果把量子领域的不确

定性与我们的日常世界相联系,就必然会出现古怪的结果。它所讨论的

不再是火药,而是一只很快就要名扬天下的虚拟的猫。“在我刚刚完成

的一篇长文中,我给出了一个与你的即将爆炸的火药桶非常类似的例

子。”他告诉爱因斯坦。[1256]

在这篇11月发表的文章中,薛定谔慷慨地感谢了爱因斯坦及其EPR

论文为他的论证“提供了动力”。它所针对的是量子力学的一个核心概

念,即衰变的原子核发出粒子的时间是不确定的,直到实际进行观察为

止。在量子世界中,原子核处于一种“叠加态”,也就是说,它同时作为

已衰变和未衰变的混合态而存在,直到被观察时波函数发生坍缩,它才

或变成已衰变,或变成未衰变。

这对微观的量子领域也许还可以设想,但如果想象量子领域与可见

的日常世界之间的交集就令人困惑了。薛定谔在其思想实验中问道,系

统什么时候不再处于包含两种状态的叠加态,而瞬间落入一种实在呢?

这个问题导致一个虚拟生物的命运前途未卜,无论它是死是活,都

注定会名垂千古,它被称为“薛定谔的猫”:

我们甚至可以提出一些荒谬可笑的例子。假设有一只猫被关在

一个铁笼子里,笼子里有一块很小的放射性物质放在盖革计数器里

(必须确保猫不对计数器产生直接干扰)。由于放射性物质很小,

或许每小时只有一个原子发生衰变,或许(等概率地)没有任何原

子发生衰变;而原子的衰变可以被盖革计数器检测到,进而通过一

个继电器释放重锤,击碎一个装有氢氰酸的小瓶子。这就是说,如

果在一小时之内没有原子发生衰变,那么我们就可以说猫仍然活

着。描述整个系统的Ψ函数将同时包含活猫和死猫(抱歉这种表

述)的混合。[1257]

爱因斯坦非常激动。“你的猫表明,在对当前理论特征的评价上,

我们的看法完全一致,”他回信说,“包含活猫和死猫的 Ψ函数不能算作

对实际事态的描述。”[1258]

薛定谔的猫引发了大量深浅不一的回应,直到现在仍在继续。在量

子力学的哥本哈根解释中,一个系统在被观察时不再是态的叠加,而是

瞬间落入某一实在,然而什么构成了这样一种观察,却并没有明确的规

则。猫可能做观察者吗?一只跳蚤?一台计算机?一台机械记录装置?

没有固定答案。不过我们的确知道,量子效应在我们可见的日常世界里

一般观察不到,无论是猫还是跳蚤都是如此。因此,大多数量子力学的

支持者都不会认为,在箱盖打开以前,薛定谔的猫既死又活地坐在箱子

里。[1259]

爱因斯坦对薛定谔的猫以及他本人1935年的火药思想实验能够揭示

量子力学的不完备性从未失去信心。那只可怜的猫得以问世有他的一份

功劳,但这一历史功绩没有得到应有的评价。事实上,他后来在一封信

中错误地把炸死而不是毒死动物的两个思想实验归功于薛定谔。“当今

的物理学家们认为,量子理论提供了一种对实在的描述,甚至是一种完

备的描述,”爱因斯坦1950年写信给薛定谔,“然而,这种解释被你

的‘放射性原子+盖革计数器+放大器+填充的火药+箱子里的猫’这一系统

巧妙地反驳了,该系统的 Ψ数同时包含了活猫和被炸成碎片的猫。” [1260]

爱因斯坦的一些所谓的错误,比如给引力场方程加入宇宙学常数,

往往比其他人的成功更让人感兴趣。他对玻尔和海森伯的质疑也是如

此。事实上,那篇EPR论文并未成功表明量子力学是错误的。但后来的

确很清楚,正如爱因斯坦所认为的,量子力学与我们对定域性的常识理

解——我们对幽灵般的超距作用的厌恶——不相容。奇怪的是,爱因斯

坦似乎远比他预想的要正确。

在EPR思想实验提出之后的若干年里,幽灵般的超距作用(即对一

个粒子的观察可以瞬间影响远处的另一个粒子这种奇特的量子现象)和

纠缠的思想越来越成为实验物理学家研究的对象。1951年,杰出的普林

斯顿大学助理教授大卫·玻姆对这个EPR思想实验做了重新改造,涉及的

对象是两个因相互作用而飞离的带有相反“自旋”的粒子。[1261]1964年,

在日内瓦欧洲核子中心工作的约翰·斯图尔特·贝尔撰写了一篇论文,提

出了一种实验检验方法。[1262]

贝尔对量子力学也不满意。“我并不认为它是错的,”他曾经

说,“但我知道它不够健全。” [1263]加之对爱因斯坦的钦佩,他希望能够

证明正确的是爱因斯坦而不是玻尔。然而到了20世纪80年代,法国物理

学家阿斯派克特等人做了这个实验,结果表明定域性并非量子世界的特

征。“幽灵般的超距作用”,或者更准确地说,远距离粒子潜在的纠缠才

是其特征。[1264]

即便如此,贝尔仍然很欣赏爱因斯坦的努力。“在这件事情上,我

感到爱因斯坦的思想要远胜于玻尔,前者清晰地看到了需要什么,后者

则是蒙昧主义者,两个人之间存在着巨大鸿沟,”他说,“所以对我而

言,很遗憾爱因斯坦的想法并不管用,合理的东西没有奏效。”[1265]

爱因斯坦1935年作为一种破坏量子力学的方法而提出来的量子纠缠

思想,现在已经成为物理学中最不可思议的内容之一,因为它是如此与

直觉相悖。然而,每年都有支持它的新证据出炉,公众对它的兴趣也与

日俱增。比如2005年年底,《纽约时报》刊登了奥弗比撰写的一篇介绍

性文章——《量子欺骗:检验爱因斯坦最奇特的理论》。在这篇文章

中,康奈尔大学物理学家N.戴维·默敏称量子纠缠为“我们所拥有的最接

近魔法的东西” 。[1266]2006年,《新科学家》刊发了一篇报道——《爱

因斯坦“幽灵般的作用”呈现于芯片》,文章的开头是这样的:

一个简单的半导体芯片被用来产生纠缠光子对,这是实现量子

计算机的重要步骤。纠缠是量子粒子的神秘现象,被爱因斯坦著名

地称为“幽灵般的超距作用”。借助于纠缠,两个像光子这样的粒

子不论相距多远,都会表现得像同一个。[1267]

这种幽灵般的超距作用——某个粒子所发生的事情会瞬时在数十亿

英里以外的粒子上反映出来——有可能打破光速限制吗?不会的,相对

论似乎仍然有效。两个粒子虽然相距遥远,但仍然同属一个物理事物。

通过观察其中一个粒子,我们可以影响它的属性,这会与对第二个粒子

的观察发生关联,但这中间并没有传递信息和发出信号,传统的因果关

系并不存在。我们可以通过思想实验表明,量子纠缠不能被用来瞬时发

送信息。“简而言之,”物理学家格林说,“狭义相对论侥幸逃生。”[1268]

在过去的几十年里,像盖尔曼和哈特尔这样一些理论家对量子力学

的看法与“哥本哈根解释”有所不同,他们对EPR思想实验做了较为简单

的解释。他们的解释乃是基于宇宙的各种可选择的历史,因其只遵循某

些变量而忽略其余而被称为粗粒(coarse-grained)历史。这些“退相干

的”历史形成了一个树状结构,其中每一选择在下一时刻又会分出不同

选择,如此等等,以至无穷。

对于EPR思想实验而言,两个粒子中的某一个的位置是在历史的某

一支上被测量的。由于两个粒子拥有共同起源,所以另一个粒子的位置

也被确定了。在历史的另一支上,一个粒子的动量可以测量出来,另一

个粒子的动量也可以被确定。违背经典物理学定律的事情在任何一支上

都不会发生。关于一个粒子的信息蕴含着关于另一个粒子的相应信息,

但对第一个粒子进行测量不会对第二个粒子产生任何影响,因此狭义相

对论以及它对瞬时传播信息的禁令并没有受到威胁。量子力学的特殊之

处在于不可能同时确定粒子的位置和动量,因此,如果位置和动量均被

确定,那必定出现在历史的不同支上。[1269]

“物理学与实在”

爱因斯坦与玻尔-海森伯群体关于量子力学的基本争论不仅仅是关

于上帝是否掷骰子,或者猫是否处于半死状态,它也并非仅仅是关于因

果性、定域性甚或完备性。它关乎的是实在。[1270]实在是否存在?更加

具体地说,独立于我们的观察谈论物理实在有意义吗?爱因斯坦指出,

量子力学“问题的核心与其说是因果性问题,不如说是实在论问

题”。[1271]

玻尔及其支持者嘲笑这样一种观念,即认为超出我们的观察而谈论

背后的东西是有意义的。我们所能知道的全部就是我们实验和观察的结

果,而不是超出我们知觉之外的某种终极实在。

1905年,爱因斯坦曾经表现过类似的态度,那时他正在阅读休谟和

马赫的著作,反对像绝对空间和绝对时间这样的不可观察的概念。“那

时时我的思维方式比后来更接近于实证主义,”他回忆说,“只有在提出

广义相对论之后,我才远离了实证主义。” [1272]

从那时起,爱因斯坦愈发认为存在着一种古典意义上的客观实在。

尽管他前后期的思想存在着某些相通之处,但他坦言,至少在其本人看

来,他的实在论代表着一种对他早期马赫主义经验论的偏离。他

说:“这一信条并不符合我年轻时的观点。” [1273]正如历史学家霍尔顿所

指出的:“对于一个科学家来说,如此彻底地改变其哲学信念是罕见

的。” [1274]

爱因斯坦的实在论概念包含三个要点:

1.相信实在独立于我们的对它的观察而存在。正如他在自述中

所说物理学试图从概念把握实在,至于实在是否被观察,则被认为

是无关的。人们就是在这种意义上谈论‘物理实在’的。” [1275]

2.相信可分离性和定域性。换句话说,物体位于时空中的某些

点,可分离性对这些点做出了规定。“如果人们不再假定存在于空

间不同部分中的东西都有其自身独立的、实际的存在,那么我简直

看不出物理学应当描述什么。”他写信给玻恩。[1276]

3.相信严格的因果性,它蕴含着确定性和古典决定论。在他看

来,无论是认为概率在实在中扮演着角色,还是认为我们的观察可

以使这些概率坍缩,都让人无法接受。“包括我本人在内的一些物

理学家都不相信,”他说,“自然界中的事件竟会如同碰运气的赌

博。” [1277]

可以设想这样一种实在论,它只包含这三个方面中的两点甚或一

点,有时爱因斯坦会考虑这样一种可能性。虽然学者们曾经讨论过这三

点中的哪一点对于他的思考最为基本,[1278]但爱因斯坦一直希望和相信

所有这三个方面能够合而为一。正如他晚年在给克利夫兰的一所医学院

所做的讲演中所说:“所有概念都应当能够导向空间和时间中的物体,

导向这些物体所遵从的定律关系。”[1279]

这种实在论的核心是一种近乎宗教的,或许也是孩童般的敬畏:我

们的所有感官知觉——我们每时每刻都在体验着的视觉和听觉——符合

一定的样式,遵从一定的规则,而且有意义。我们会想当然接受由这些

知觉所共同拼合成的外在物体,当这些物体的行为似乎受到某些定律的

支配时,我们并不感到惊讶。

然而,就像小时候第一次见到罗盘时感到敬畏一样,爱因斯坦对于

知觉遵从一定的规则而不是杂乱无章也感到敬畏。对宇宙的这种令人惊

讶的、出人意料的可理解性感到敬畏是其实在论的基础,也是他所谓的

宗教信念的决定性特征。

他在1936年的文章《物理学与实在》中表达了这一点,这时他已经

同量子力学进行过较量,为实在论做了辩护。“借助于思维,我们的全

部感觉经验就能够整理出秩序来,这是一个令我们敬畏的事实,”他写

道,“世界的永恒秘密就在于它的可理解性……它是可理解的这件事,

是一个奇迹。” [1280]

老友索洛文(在奥林匹亚科学院的日子里,爱因斯坦曾与他读过休

谟和马赫的著作)后来告诉爱因斯坦,他觉得爱因斯坦认为世界的可理

解性是“一个奇迹或永恒秘密”很“奇怪”。爱因斯坦反驳说,按常理而

言,认为世界不可理解才更符合逻辑。“毕竟,人们会先验地料想一个

混乱无序的世界,一个为我们的心灵所无法把握的世界,”他写道,“在

这一点上,实证主义者和职业无神论者的弱点暴露无遗。”[1281]当然,

爱因斯坦既非实证主义者,亦非无神论者。

对爱因斯坦而言,认为存在着一种背后的实在,这种信念有一种宗

教感。索洛文对此感到不满,他写信说他对这样的说法有一种“厌恶”。

爱因斯坦不同意他的看法。“我找不到一个比‘宗教的’这个词更好的词汇

来表达这种对实在的理性本质的信念,即实在在一定程度上是可以为人

的理性所把握的。如果这种感情缺失了,科学就会蜕变为肤浅的经验

论。” [1282]

爱因斯坦知道,年轻一辈把他看成一个孤陋寡闻的保守派,固守着

陈旧的经典物理学的确定性,因而受到蒙蔽。“即使量子理论最初所取

得的巨大成功也不能使我相信[大自然]从根本上是一种骰子游戏,”他对

老友玻恩说,“尽管我很清楚,我们的年轻同事会把这解释为衰老的后

果。” [1283]

对爱因斯坦怀有深挚感情的玻恩同意年轻人的看法,认为爱因斯坦

已经变得与反对他的相对论的上一代物理学家同样“保守”,“他再也无

法接受与他本人坚守的哲学信念相左的某些新的物理学思想” 。[1284]

但爱因斯坦认为自己并非保守派,而(再次)是一个反叛者,一个

不循规蹈矩者,他能够热情而顽强地抵御流行的时尚。“对于把自然界

看作客观实在的观点,现在人们认为这是一种过时的偏见,而认为量子

理论家们的观点是天经地义的,”他1938年对索洛文说,“每个时代都有

它时髦的东西,而大多数人从来看不见统治他们的暴君。”[1285]

爱因斯坦在1938年与人合著的物理学史教科书《物理学的进化》中

强调了他的实在论进路。这本书说,自古以来,对一种“客观实在”的信

念已经造就了伟大的科学进展,这就证明它是一种有用的概念,即使得

不到证明。“如果不相信有可能用我们的理论建构来把握实在,不相信

我们世界的内在和谐,那么就不可能有科学,”这本书宣称,“不论是现

在还是将来,这种信念都将是一切科学创造的基本动机。”[1286]

此外,面对量子力学的进展,爱因斯坦还用这本书来捍卫场论的用

处。最好的办法就是不把粒子看成独立的对象,而是看成场本身的一种

特殊显现:

把实物和场当成两种截然不同的性质是不合理的。我们能否放

弃物质概念而建立起一种纯粹的场物理学呢?我们可以把物质看作

是空间中场特别强的一些区域。按照这种观点,掷出的石块就是一

个变化的场,在其中场强最大的状态以石块的速度穿过空

间。[1287]

爱因斯坦与人合写这本教科书还有第三个更加私人的原因:帮助一

个从波兰逃出来的犹太人英菲尔德,他曾在剑桥与玻恩合作过一段时

间,然后到了普林斯顿。[1288]英菲尔德最初与霍夫曼一起研究相对论,

他提出他们可以向爱因斯坦毛遂自荐。“看看他是否想让我们与他共

事。”英菲尔德建议。

爱因斯坦很高兴。“像推导方程这样的苦差事都由我们来干,”霍夫

曼回忆说,“我们向爱因斯坦报告结果,然后开始讨论。有时他的想法

异乎寻常,显得很古怪。”[1289]通过与英菲尔德和霍夫曼合作,爱因斯

坦1937年用优雅的方式更为简洁地解释了行星和其他大质量物体的运

动。

然而,他们关于统一场论的工作却从未变得明朗。有时的情况让人

灰心,英菲尔德和霍夫曼变得十分沮丧。“但爱因斯坦从未失去勇气,

其独创性也不曾辜负过他,”霍夫曼回忆说,“每当讨论陷入僵局,爱因

斯坦总是用他那蹩脚的英语说一声,‘让我想想(will

a

little

think)。’”他德语口音很重,think中的 th音发不准。屋子里安静下来,

爱因斯坦会走来走去或者绕着圈子,不停地捻着一绺他那灰白的长

发。“他的脸上浮现出一种梦幻般的、悠远而沉静的神色,没有显出一

丝紧张和不安。”时间一分分地过去了,忽然,爱因斯坦似乎又回到了

这个世界,“他脸上浮起一丝微笑,给出了问题的答案”。[1290]

爱因斯坦对英菲尔德的帮助很满意,他试图劝说弗莱克斯纳在研究

院给英菲尔德安排一个职位,但遭到拒绝。研究院已经勉强雇用了沃尔

特·迈尔,这已经让弗莱克斯纳大为光火了。为了给英菲尔德争取区区

600美元的生活补贴,爱因斯坦甚至还亲自去找了学校董事会(他很少

这样做),但没有奏效。[1291]

于是,英菲尔德想出了一个主意,如果与爱因斯坦合写一本物理学

史,那么肯定能取得成功,版税平分即可。当他找到爱因斯坦表明自己

的想法时,英菲尔德变得异常吞吞吐吐,但最后还是说出了他的请

求。“这主意不错,很不错呢!”爱因斯坦说,“我们来干吧。”[1292]

1937年4月,本传记的出版公司的创始人理查德·西蒙和马克斯·舒斯

特驱车来到普林斯顿,到爱因斯坦的家来争取版权。善于交际的舒斯特

试图用幽默来使爱因斯坦就范。他说,他发现了某种比光速跑得还快的

东西——“一位女士到巴黎购物的速度” 。[1293]爱因斯坦乐了,至少据舒

斯特回忆是这样。无论如何,这次来访达到了目的。《物理学的进化》

现在已经印刷了44版,它不仅宣扬了场论所扮演的角色和对客观实在性

的信念,还使英菲尔德(以及爱因斯坦)在经济上更有保障。

英菲尔德可谓知恩图报。他后来称爱因斯坦“也许是自古以来最伟

大的科学家和最善良的人”,并且在其导师健在时就写了一篇充满溢美

之词的传记,赞扬爱因斯坦在探索统一理论时能够藐视传统思想。“多

年来,他固执地紧随一个问题,固执地一再回到这个问题——这正是爱

因斯坦天才的典型特征。”他写道。[1294]

反潮流

英菲尔德说的对吗?固执是爱因斯坦天才的典型特征吗?在某种程

度上,他一直被这个特点所护佑,特别是在探索广义相对论的漫长而孤

独的征程中。从上中学时起,他就有意逆潮流而动,藐视权威。所有这

些在他探索统一理论的过程中表现得很明显。

然而,尽管他不止一次说过,对经验数据的分析对于构建他的伟大

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