双缝实验和量子力学

[美] 阿尼尔·阿南塔斯瓦米
献给我的父母 在此,请允许我向实验者们表达深深的敬意,为他们以及他们从顽固的大自然手中获取的关键事实而付出的努力……对于我们的理论,(这些事实)给出的否定非常清晰,肯定却如此难以辨认。 ——赫尔曼·外尔(1885—1955),德国数学家 序言 大自然对我们的嘲弄 在我见过的所有物理学家的办公室里,这肯定是最简约的一间。一张小桌子旁边是一把椅子,桌上什么也没有。没有书,没有论文,没有台灯,没有电脑,什么也没有。唯一称得上装饰性的东西只有一张沙发。巨大的窗户俯瞰着一汪小湖,湖边的树都是光秃秃的,只有个别落叶晚的树上还有一些秋叶,执着地拒绝加拿大安大略省的寒冬的来临。卢西恩·哈迪(Lucien Hardy)把笔记本电脑往桌上一放,他说自己大部分的研究工作都是在咖啡厅完成的,所以他的办公室只需要一张咖啡厅那样的桌子,能搁下笔记本电脑就行。 黑板当然是必不可少的,哈迪办公室里的这块黑板几乎占了一整面墙。他开始在上面写写画画,没过多久,黑板上就满是图形和公式——绝大多数我认识的量子物理学家都喜欢这样做。 我们刚开始讨论的话题是深奥的量子力学,结果哈迪停下来,说:“我选错了切入点。”为了重启我们的讨论,他说:“假设你有一家制造炸弹的工厂。”他的话勾起了我的兴趣。 他在黑板上写了两个名字:伊利泽和韦德曼。他要讲的正是“伊利泽–韦德曼炸弹问题”。这个问题由两位以色列物理学家的姓氏命名,它的目的是让不搞物理学研究的人也能理解量子世界的反直觉本质。即使是对物理学家来说,量子世界的性质也很令人困惑。 炸弹问题的内容如下。假设有一家生产炸弹的工厂,它给炸弹装配的触发装置十分灵敏,以至于一个粒子(无论什么粒子,哪怕是一个光子)都能引爆炸弹。但这家工厂碰到了一个难题:该厂的组装线不过关,所以带触发装置的合格炸弹里混着大量不带触发装置的次品炸弹。哈迪将这两种炸弹分别标记为“好炸弹”和“坏炸弹”,…