正文 269 物理學之量子力學 4 文 / 月之輪迴

    21世紀，尋求對物質終極本性的理解成為重大科研的焦點，使人不自覺地想起創造量子力學那段狂熱的奇跡般的日子，其成果的影響將更加深遠。現在必須努力尋求引力的量子描述，半個世紀的努力表明，qed的傑作——電磁場的量子化程序對於引力場失效。問題是嚴重的，因為如果廣義相對論和量子力學都成立的話，它們對於同一事件必須提供本質上相容的描述。在我們周圍世界中不會有任何矛盾，因為引力相對於電力來說是如此之弱以至於其量子效應可以忽略，經典描述足夠完美；但對於黑洞這樣引力非常強的體系，我們沒有可靠的辦法預測其量子行為。

    一個世紀以前，我們所理解的物理世界是經驗性的；20世紀，量子力學給我們提供了一個物質和場的理論，它改變了我們的世界；21世紀，量子力學將繼續為所有的科學提供基本的觀念和重要的工具。我們作這樣自信的預測是因為量子力學為我們周圍的世界提供了精確的完整的理論；然而，物理學與1900年的物理學有很大的共同點：它仍舊保留了基本的經驗性，我們不能徹底預測組成物質的基本要素的屬性，仍然需要測量它們。

    超弦理論是唯一被認為可以解釋這一謎團的理論，它是量子場論的推廣，通過有長度的物體取代諸如電子的點狀物體來消除所有的無窮大量。無論結果何如，從科學的黎明時期就開始的對自然的終極理解之夢將繼續成為新知識的推動力。從現在開始的一個世紀，不斷地追尋這個夢，其結果將使我們所有的想像成為現實。

    整體生成論特徵

    系統論被認為是現代整體論，但它遇了整體悖論的困難，而這種困難根源於系統論的構成論特徵。如何克服這一困難？量子物理學的進展示給我們的啟示是。把整體論建立在生成論的基礎上，發展一種整體生成論或者生成整體論。

    生成論和構成論是理解「變化」的兩種不同的觀念，前者主張變化是「產生」和「消滅」或者「轉化」。而後者則主張變化是不變的要素之結合和分離。構成論的確使現代科學獲得了巨大的成功，但在量子物理學的發展過程中越來越困難。

    量子現象的非定域特徵。在量子力學建立的過程中有過激烈的爭論，epr把爭論推進到高峰。雖然量子力學的非定域（即整體性的一種表現）觀念迄今還沒有取得完全共識，但人們不得不承認量子世界的生成論特徵。

    放射性物質發射的電子，它不是作為原子核的結構要素存在著的，而是在過程中產生的。原子或分子發射的光子，它不是作為原子或分子的結構存在著的，而是過程中產生的。基本粒子碰撞的現象，難以用構成論的觀念理解。而容易用生成論的轉化觀念理解。

    量子場論是一種具有構成論特徵的數學理論，因為它的基本精神是描述粒子的產生和湮滅。夸克模型建立的思路也是生成論的，因為它是根據粒子碰撞現象的整體表現推測強子的內部結構要素及其行為的，與氣體分子運動論的構成論思路正好相反。

    對量子物理學的這種整體生成論或生成整體論的特徵，玻爾、海森伯和派斯等量子物理學的貢獻者已明確意識到，但大多數物理學家卻是遠沒有自覺到量子物理所蘊涵的這種新觀念，也沒有思想深邃的哲學家系統地研究這種科學思想的新動。

    爭議

    量子力學意味著什麼？波函數到底是什麼？測量是什麼意思？這些問題在早期都激烈爭論過。直到1930年，玻爾和他的同事或多或少地提出了量子力學的標準闡釋，即哥本哈根闡釋；其關鍵要點是通過玻爾的互補原理對物質和事件進行概率描述，調和物質波粒二象性的矛盾。愛因斯坦不接受量子理論。他一直就量子力學的基本原理同玻爾爭論，直至1955年去世。

    關於量子力學爭論的焦點是：究竟是波函數包含了體系的所有信息，還是有隱含的因素(隱變量)決定了特定測量的結果。60年代中期約翰.s.貝爾證明。如果存在隱變量，那麼實驗觀察到的概率應該在一個特定的界限之下，此即貝爾不等式。多數小組的實驗結果與貝爾不等式相悖，他們的數據斷然否定了隱變量存在的可能性。這樣，大多數科學家對量子力學的正確性不再懷疑了。

    然而，由於量子理論神奇的魔力，它的本質仍然吸引著人們的注意力。量子體系的古怪性質起因於所謂的糾纏態，簡單說來，量子體系(如原子)不僅能處於一系列的定態。也可以處於它們的疊加態。測量處於疊加態原子的某種性質(如能量)，一般說來。有時得到這一個值，有時得到另一個值。至此還沒有出現任何古怪。

    但是可以構造處於糾纏態的雙原子體系。使得兩個原子共有相同的性質。當這兩個原子分開後，一個原子的信息被另一個共享(或者說是糾纏)。這一行為只有量子力學的語言才能解釋。這個效應太不可思議以至於只有少數活躍的理論和實驗機構在集中精力研究它，論題並不限於原理的研究，而是糾纏態的用途；糾纏態已經應用於量子信息系統，也成為量子計算機的基礎。

    價值

    20世紀物理學的發展表明，量子物理是人們認識和理解微觀世界的基礎。量子物理和相對論的成就使得物理學從經典物理學發展到現代物理學，奠定了現代自然科學的主要基礎。

    當然，隨著物理學和其它自然科學的進一步發展，人們認識的逐步深化，量子物理學也會進一步地豐富和發展。至今為止、量子力學的某些基本觀念和哲學意義，科學家們仍然繼續爭論不休，這是一門科學在走向成熟過程中的一個必經的階段。(未完待續)