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标  题: 物理学和哲学 - 第三章量子论的哥本哈根解释
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年06月28日14:44:57 星期四), 站内信件

发信人: cathermit ( 老 猫), 信区: physics
标  题: 物理学和哲学 - 第三章量子论的哥本哈根解释
发信站: BBS 曙光站 (Tue Jun 26 00:53:14 2001)

    第三章量子论的哥本哈根解释
    
    量子论的哥本哈根解释是从一个佯谬出发的。物理学中的任何实验，不管它是关于
日常生活现象的，或是有关原子事件的，都是用经典物理学的术语来描述的。经典物理
学的概念构成了我们描述实验装置和陈述实验结果的语言。我们不能也不应当用任何其
他东西来代替这些概念。然而，这些概念的应用受到测不准关系的限制。当使用这些概
念时，我们必须在心中牢记经典概念的这个有限的适用范围，但我们不能够也不应当企
图去改进这些概念。
    
    为了更好地了解这个佯谬，比较一下在经典物理学和量子论中对一个实验进行理论
解释的程序是有用的。譬如，在牛顿力学中，我们要研究行星的运动，可以从测量它的
位置和速度开始。只要通过观测推算出行星的一系列坐标值和动量值，就可以将观测结
果翻译成数学。此后，运动方程就用来从已定时间的这些坐标和动量值推导出晚些时候
系统的坐标值或任何其他性质，这样，天文学家就能够预言系统在晚些时候的性质。例
如，他能够预言月蚀的准确时间。
    
    在量子论中，程序稍有不同。例如，我们可能对云室中一个电子的运动感兴趣，并
且能用某种观测决定电子的初始位置和速度。但是这个测定将不是准确的；它至少包含
由于测不准关系而引起的不准确度，或许还会由于实验的困难包含更大的误差。首先正
是由于这些不准确度，才容许我们将观测结果翻译成量子论的教学方案。写出的几率函
数是代表进行测量时的实验状况的，其中甚至包含了测量的可能误差。
    
    。这种几率函数代表两种东西的混合物，一部分是事实，而另一部分是我们对事实
的知识。就它选定初始时间的初始状说的几率为1 （即完全确定）这一点说，它代表了
事实：电子在被观测到的位置以被观测到的速度运动：“被观测到”
    意指在实验的准确度范围内被观测到。而就另一个观测者或许能够更准确地知道电
子的位置这一点说，它则代表我们的知识。实验的误差并不（至少在某种程度上）代表
电子的性质，而表示了我们对电子的知识的缺陷。这种知识的缺陷也是由几率函数表示
的。
    
    在经典物理学中，当在进行精细的研究时，人们同样应当考虑到观测的误差。
    结果，人们就得到关于坐标和速度的初始值的几率分布，因此也就得到很类似于量
子力学中的几率函数的某种东西。只是量子力学中由于测不准关系而必有的测不准性，
在经典物理学中是没有的。
    
    当量子论中的几率函数已在初始时间通过观测决定了以后，人们就能够从量子论定
律计算出以后任何时间的几率函数，并能由此决定一次测量给出受测量的某一特殊值的
几率。例如，我们能预测以后某一时间在云室中某一给定点发现电子的几率。应当强调
指出，无论如何，几率函数本身并不代表事件在时间过程中的经过。它只代表一些事件
的倾向和我们对这些事件的知识。只有当满足一个主要条件时：例如作了决定系统的某
种性质的新测量时，几率函数才能和实在联系起来。只有那时，几率函数才容许我们计
算新测量的可能结果。而测量结果还是用经典物理学的术语叙述的。
    
    来的是一个几率函数，它是把关于可能性（或倾向）的陈述和关于我们对事实的知
识的陈述结合起来的一种数学表示式。所以我们不能够将一次观测结果完全客观化，我
们不能描述这一次和下一次观测间“发生”的事情。这看来就象我们已把一个主观论因
素引入了这个理论，就象我们想说：所发生的事情依赖于我们观测它的方法，或者依赖
于我们观测它这个事实。在讨论这个主观论的问题之前，必须完全解释清楚，为什么当
一个人试图描述两次相继进行的观测之间所发生的事情时，他会陷入毫无希望的困难。
    
    为此目的，讨论下述理想实验是有好处的，我们仅沿一个小单色光源向一个带有两
个小孔的黑屏辐射。孔的直径不可以比光的波长大得太多，但它们之间的距离远远大于
光的波长。在屏后某个距离有一张照像底片记录了人射光。如果人们用波动图象描述这
个实验，人们就会说，初始波穿过两个孔；将有次级球面波从小孔出发并互相干涉，而
干涉将在照像底片上产生一个强度有变化的图样。
    
    照像底片的变黑是一个量子过程，化学反应是由单个光量子所引起的。因此，用光
量子来描述实验必定也是可能的。如果容许讨论单个光量子在它从光源发射和被照像底
片吸收之间所发生的事情的话，人们就可以作出如下的推论：单个光量子能够通过第一
个小孔或通过第二个小孔。如果它通过第一个小孔并在那里被散射，它在照像底片某点
上被吸收的几率就不依赖于第二个孔是关着或开着。底片上的几率分布就应当同只有第
一个孔开着的情况一样。如果实验重复多次，把光量子穿过第一个小孔的全部情况集中
起来，底片由于这些情况而变黑的部分将对应于这个几率分布。如果只考虑通过第二个
小孔的那些光量子，变黑部分将对应于从只有第二个小孔是开着的假设推导出来的几率
函数。因此，整个变黑部分将正好是两种情况下变黑部分的总和；换句话说，不应该有
干涉图样。但是我们知道，这是不正确的，因为这个实验必定会出现干涉图样。由此可
见，说任一光量子如不通过第一个小孔就必定通过第二个小孔，这种说法是有问题的，
并且会导致矛盾。这个例子清楚地表明，几率函数的概念不容许描述两次观测之间所发
生的事情。任何寻求这样一种描述的企图都将导致矛盾；这必定意味着“发生”
    一词仅限于观测。
    
    这确是一个非常奇怪的结果，因为它们似乎表明，观测在事件中起着决定性作用，
并且实在因为我们是否观测它而有所不同。为了更清楚地表明这一点，我们必须更仔细
地分析观测过程。
    
    首先，记住这一点是重要的：在自然科学中，我们并不对包括我们自己在内的整个
宇宙感到兴趣，我们只注意宇宙的某一部分，并将它作为我们研究的对象。
    在原子物理学中，这一部分通常是一个很小的对象，一个原子粒子或是一群这样现
实”的转变。如果我们
    想描述一个原子事件中发生了什么，我们必须认识到，“发生”一词只能应用于观
测，而不能应用于两次观测之间的事态。它只适用于观测的物理行为，而不适用于观测
的心理行为，而我们可以说，只有当对象与测量仪器从而也与世界的其余部分发生了相
互作用时，从“可能”到“现实”的转变才会发生；它与观测者用心智来记录结果的行
为是没有联系的。然而，几率函数中的不连续变化是与记录的行为一同发生的，因为正
是在记录的一瞬间我们知识的不连续变化在几率函数的不连续变化中有了它的映象。
    
    那么，我们对世界，特别是原子世界的客观描述最绔能达到什么样的程度呢，在经
典物理学中，科学是从信仰开始的——或者人们应该说是从幻想开始的？——这就是相
信我们能够描述世界，或者至少能够描述世界的某些部分，而丝毫不用牵涉到我们自己
。这在很大程度上是实际可能做到的。我们知道伦敦这个城市存在着，不管我们看到它
与否。可以说，经典物理学正是那种理想化情形，在这种理想化情形中我们能够谈论世
界的某些部分，而丝毫不涉及我们自己。它的成功把对世界的客观描述引导到普遍的理
想化。客观性变成评定任何科学结果的价值时的首要标准。量子论的哥本哈根解释仍然
同意这种理想化吗？人们或许会说，量子论是尽可能地与这种理想化相一致的。的确，
量子论并不包含真正的主观特征，它并不引进物理学家的精神作为原子事件的一部分。
但是，量子论的出发点是将世界区分为“研究对象”和世界的其余部分，此外，它还从
这样一个事实出发，这就是至少对于世界的其余部分，我们在我们的描述中使用的是经
典概念。
    这种区分是任意的，并且从历史上看来，是我们的科学方法的直接后果；而经典概
念的应用终究是一般人类思想方法的后果。但这已涉及我们自己，这样，我们的描述就
不是完全客观的了。
    
    在开始时已说过，量子论的哥本哈根解释是从一个佯谬开始的。它从我们用经典物
理学术语描述我们的实验这样一个事实出发，同时又从这些概念并不准确地适应自然这
样一个认识出发。这样两个出发点间的对立关系，是量子论的统计特性的根源。因此，
不时有人建议，应当统统摒弃经典概念，并且由于用来描述实验的概念的根本变化，或
许可能使人们回到对自然界作非静态的、完全客观的描述。
    
    然而，这个建议是立足于一种误解之上的。经典物理学概念正是日常生活概念的提
炼，并且是构成全部自然科学的基础的语言中的一个主要部分。在科学中，我们的实际
状况正是这样的，我们确实使用了经典概念来描述实验，而量子论的问题是在这种基础
上来找出实验的理论解释。讨论假如我们不是现在这样的人，我们能做些什么这样的问
题，是没有用处的。在这一点上，我们必须认识到，正如冯。威扎克尔（von 
Webzsacker〕所指出的，“自然比人类更早，而人类比自然科学更早。”这两句话的前
一句证明了经典物理学是具有完全客观性的典型。
    后一句告诉我们，为什么不
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我的爱, 是长程力, 不服从平方反比律.

m;31m※ 来源:．BBS 曙光站 bbs.ncic.ac.cn．[IP: 159.226.41.99]m

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