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上帝掷骰子吗_第十二章 新探险-1

曹天元
科普学习
总共19章(已完结

上帝掷骰子吗 精彩片段:

第十二章 新探险-1

1953年,年轻,但是多才多艺的物理学家穆雷?盖尔曼(Murray Gell-Mann)离开普林斯顿,到芝加哥大学担任讲师。那时的芝加哥,仍然笼罩在恩里科?费米的光辉之下,自从这位科学巨匠在1938年因为对于核物理理论的杰出贡献而拿到诺贝尔奖之后,已经过去了近16年。盖尔曼也许不会想到,再过16年,相同的荣誉就会落在自己身上。

虽然已是功成名就,但费米仍然抱着宽厚随和的态度,愿意和所有的人讨论科学问题。在核物理迅猛发展的那个年代,量子论作为它的基础,已经被奉为神圣而不可侵犯的经典,但费米却总是有着一肚子的怀疑,他不止一次地问盖尔曼:

既然量子论是正确的,那么叠加性必然是一种普遍现象。可是,为什么火星有着一条确定的轨道,而不是从轨道上向外散开去呢?

自然,答案在哥本哈根派的锦囊中是唾手可得:火星之所以不散开去,是因为有人在“观察”它,或者说有人在看着它。每看一次,它的波函数就坍缩了。但无论费米还是盖尔曼,都觉得这个答案太无聊和愚蠢,必定有一种更好的解释。

可惜在费米的有生之年,他都没能得到更好的答案。他很快于1954年去世,而盖尔曼则于次年又转投加州理工,在那里开创属于他的伟大事业。加州理工的好学生源源不断,哈特尔(James

B

Hartle)就是其中一个。60年代,他在盖尔曼的手下攻读博士学位,对量子宇宙学进行了充分的研究和思考,有一个思想逐渐在他的脑海中成型。那个时候,费因曼的路径积分方法已经被创立了20多年,而到了70年代,正如我们在史话的前面所提起过的那样,一种新的理论——退相干理论在Zurek和Zeh等人的努力下也被建立起来了。进入80年代,埃弗莱特的多宇宙解释在物理学界死灰复燃,并迅速引起了众人的兴趣……一切外部条件都逐渐成熟,等1984年,格里菲斯(Robert

Griffiths)发表了他的论文之后,退相干历史(简称DH)解释便正式瓜熟蒂落了。

我们还记得埃弗莱特的MWI:宇宙在薛定谔方程的演化中被投影到多个“世界”中去,在每个世界中产生不同的结果。这样一来,在宇宙的发展史上,就逐渐产生越来越多的“世界”。历史只有一个,但世界有很多个!

当哈特尔和盖尔曼读到格里菲斯关于“历史”的论文之后,他们突然之间恍然大悟。他们开始叫嚷:“不对!事实和埃弗莱特的假定正好相反:世界只有一个,但历史有很多个!”

提起“历史”(History)这个词,我们脑海中首先联想到的恐怕就是诸如古埃及、巴比伦、希腊罗马、唐宋元明清之类的概念。历史学是研究过去的学问。但在物理上,过去、现在、未来并不是分得很清楚的,至少理论中没有什么特征可以让我们明确地区分这些状态。站在物理的角度谈“历史”,我们只把它定义成一个系统所经历的一段时间,以及它在这段时间内所经历的状态变化。比如我们讨论封闭在一个盒子里的一堆粒子的“历史”,则我们可以预计它们将按照热力学第二定律逐渐地扩散开来,并最终达到最大的热辐射平衡状态为止。当然,也有可能在其中会形成一个黑洞并与剩下的热辐射相平衡,由于量子涨落和霍金蒸发,系统很有可能将在这两个平衡态之间不停地摇摆,但不管怎么样,对应于某一个特定的时刻,我们的系统将有一个特定的态,把它们连起来,就是我们所说的这个系统的“历史”。

我们要时刻记住,在量子力学中一切都是离散而非连续的,所以当我们讨论“一段时间”的时候,我们所说的实际上是一个包含了所有时刻的集合,从t0,t1,t2,一直到tn。所以我们说的“历史”,实际上就是指,对应于时刻tk来说,系统有相应的态Ak。

我们还是以广大人民群众喜闻乐见的比喻形式来说明问题。想象一支足球队参加某联赛,联赛一共要进行n轮。那么,这支球队的“历史”无非就是:对应于第k轮联赛(时刻k),如果我们进行观测,则得到这场比赛的结果Ak(Ak可以是1:0,2:1,3:3……等等)。如果完整地把这个球队的“历史”写出来,则大概是这个样子:

作品简介:

本书是关于量子论的故事。量子论是一个极为奇妙的理论:从物理角度来说,它在科学家中间引起了最为激烈的争议和关注;从现实角度来说,它给我们的社会带来了无与伦比的变化和进步;从科学史角度来说,也几乎没有哪段历史比量子论的创立得到了更为彻底的研究。然而不可思议的是,它的基本观点和假说至今没有渗透到大众的意识中去,这无疑又给它增添了一道神秘的光环。

本书将带你做一次量子之旅。我们从神话时代出发,沿着量子发展的道路,亲身去经历科学史上的乌云和暴雨,追逐流星的辉光,穿越重重迷雾和险滩,和最伟大的物理学家们并肩作战。除了回顾基本的历史背景,我们还将向着未来探险,去逐一摸索量子论面前的不同道路,闯入人迹罕至的未知境地,和先行者们一起开疆扩土。让你惊叹的,不仅仅是沿途那令人眼花缭乱的绚丽风景,更来自于你内心深处的思索和启示——那是科学深植在每个人心中不可抗拒的魅力。

本书适合任何有中学基本物理概念的读者。不管你的水平如何,只要对科学和历史有一点兴趣,我们都诚邀你同行。或许,你将收获一次人生中难得的奇妙体验。

作者:曹天元

标签:上帝掷骰子吗曹天元量子物理史话

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