上帝掷骰子吗？

引言:玻尔和爱因斯坦之间的量子争论可以概括为一个著名的问题:上帝掷骰子吗？为了解释量子理论中的这个哲学问题，我们首先介绍了著名的杨氏双缝干涉实验。

尽管量子理论是由许多年轻人创造的集体物理学，但仍然很少有领导者。

1900年，普朗克的论文打开了潘多拉的盒子，释放了邪恶的灵魂“量子”。那一年，刚刚从瑞士苏黎世科技大学毕业的爱因斯坦21岁。他在四处奔波，拼命寻找工作。15岁的波尔仍然是哥本哈根的一名淘气的高中生。没有人预料到这两个年轻人在十多年后会成为物理学的两大巨人。此外，就量子理论的基本思想而言，这两个人在巅峰时期互相争斗，并开始了一场持续到他们去世的思想广泛的斗争。

玻尔和爱因斯坦之间的量子争论可以概括为一个著名的问题:上帝掷骰子吗？为了解释量子理论中的这个哲学问题，我们首先介绍了著名的杨氏双缝干涉实验。

杨的双缝实验比量子理论的历史早100年。起初，法国物理学家托马斯·日元用这个简单的实验挑战了牛顿的粒子理论，证明了光的波动性。最初的实验装置非常简单，但是这个实验的影响已经传播了数百年。Thomas yen使用穿过小孔的光作为点光源。点光源发出的光穿过纸上两个平行的狭缝，投射到屏幕上。然后，观察者可以看到屏幕上形成一系列交替的明暗干涉条纹。干涉是波特的现象。因此，实验中的干涉条纹是光波动的有力证明(见图1(a))。

2002年，《物理世界》杂志评选出10个经典物理实验，杨双缝电子实验名列第一。费曼认为，杨氏双缝电子干涉实验是量子力学的核心，“包括量子力学最深的奥秘”。

读者应该还记得我们在本文第一部分提到的量子力学中神秘的“叠加态”。电子双缝实验证实了电子叠加态的存在。那么，这个实验和量子力学有什么关系呢？它如何揭示量子力学最深层的奥秘？实验中神秘的叠加态出现在哪里？这个实验和“上帝不能掷骰子”有什么关系？这些都是需要澄清的问题，请慢慢听我们说。

让我们用量子理论的概念来理解这种不寻常的电子非经典行为:实验中的电子同时穿过两个狭缝，这与我们在第一节中所说的不一样吗:“电子处于叠加态，在位置a和位置B都是如此”？作为量子理论中的叠加粒子，每个电子(或光子)真的很像孙悟空，而且有分裂技术。当一个大圣人孙到达两个裂缝时，他就变成了两个大圣人，并且同时通过两个裂缝！然后，这两个真的和假的孙悟空又和自己打了起来！斗争的结果可能是一个双赢的局面，一个大猴王，在屏幕上玩得异常明亮。也有可能两者都失去，真的和假的小悟空都死了，那么它就对应于屏幕上的昏暗处。

因此，双缝实验的结果表明，电子的行为既不等同于经典粒子，也不等同于经典涨落。和光一样，电子既是粒子又是波，具有粒子和波动的双重特性，即波粒二象性。

读者可能会说:我们应该能够通过狭缝精确地测量每个电子。是的，物理学家也这么认为。结果，他们在两个狭缝口放置了两个粒子探测器来确定孙悟空往哪边走。然而，奇怪的事情又发生了:两个粒子探测器从来没有同时响过！那很好，这表明孙悟空仍然只有一个，他没有两个地方。实验者感到如释重负，只想考虑一下干涉条纹。回头看屏幕，嗯？没有干涉条纹。物理学家一再改进和重复他们的实验，却发现越来越奇怪:不管我们使用什么先进的测量方法，一旦我们想观察哪个狭缝电子通过？干涉条纹立即消失了！也就是说，假孙悟空太狡猾了。他似乎总是知道我们设了一个陷阱来抓他，所以他躲了又躲。悟空不需要分裂自己，真假圣贤之间没有战争，战场上没有叠加和伤亡，一切都很平静，实验给出了一个经典的结果:它和子弹实验的图像完全一样！后来，物理学家给这种“影响粒子量子行为的观察”现象起了一个奇怪的名字，叫做“波函数的崩溃”。也就是说，一旦测量到量子叠加态，它就塌缩成一个固定的本征态，并按照一定的概率回到经典世界。在被测量之前，粒子处于“这个和那个”的混合叠加不确定状态。因此，我们不能预测粒子的未来行为，只知道坍缩到某个本征态的概率。

上述解释基本上使用了以玻尔为代表的哥本哈根学派对量子理论的解释。换句话说，孙悟空有能力同时穿过两个洞。然而，你无法知道他的功夫发生了什么。他永远不会让你看到他身体分裂的细节。他只会让你知道一些概率。上帝派他到这个世界来掷骰子！

爱因斯坦不同意哥本哈根的解释，愤怒地说:“波尔，上帝不会掷骰子！”

波尔看上去很不高兴:“爱因斯坦，不要命令上帝做什么！”

几十年后，霍金看着这些年来的实验记录，悲伤地说，“上帝不仅掷骰子，他还在我们看不见的地方掷骰子！”

上帝掷骰子吗？尽管霍金的上述言论给出了肯定的答案，但它似乎仍是一个悬而未决的问题。