第一推动丛书·物理系列：爱因斯坦的骰子和薛定谔的猫

作者简介

保罗·哈尔彭是美国费城科学大学的物理学教授，著有14部科普读物。他住在宾夕法尼亚州的费城附近。

内容简介

充满矛盾的人 薛定谔的猫的模糊性也完全符合其创作者充满矛盾的生活。这位戴着眼镜，有些书呆子气的教授，也具有多种对立观点的量子叠加状态。他的生活中阴阳叠加的特性开始于他年轻的时候。他从不同的家庭成员那里分别学会了德语和英语。他与许多国家有联系，但是他对自己的祖国奥地利始终保持至高无上的爱；他既不喜欢民族主义也不喜欢国际主义，希望完全躲开政治。 他热爱新鲜空气和运动，但是却同时又是个大烟枪，让别人淹没在自己吐出的烟雾里。在正式的学术会议上，他会穿得像背包客那样步入会场。他称自己是一个无神论者，却经常谈论神的动机。在他一生中，曾有一段时间，他和他的妻子，以及他第一个孩子的母亲同时住在一起。他的博士研究是实验和理论物理学的混合体。在他职业生涯的早年，曾有一段很短的时期考虑转向哲学，不过很快就掉转头回到了科学上。后来，他还在奥地利、德国和瑞士的众多大学之间来回奔波。 曾经与他合作的物理学家沃尔特·蒂林（Walter Thirring）描述说：“他就像一直被追逐着：他的天才把他从一个问题追到另一个问题，20世纪的政治权力斗争把他从一个国家追到另一个国家。他是一个充满矛盾的人。” 在他职业生涯的某个时刻，他强烈地认为，应该抛弃因果关系论，接纳纯粹的随机性。几年后，在建立了确定性的薛定谔方程之后，他又改了主意。他认为也许有因果法则。后来，物理学家马克斯·玻恩重新用概率的角度解释了他的方程。薛定谔在反驳了这一重新解释后，他又回到了概率的概念。在生命的后期，他的哲学轮盘赌再次转回因果关系的方向。 1933年，薛定谔因为纳粹的统治，英勇地放弃了在柏林受人尊敬的教职。他是自主选择离开的成就最卓著的非犹太物理学家。在牛津大学工作一段时间后，他决定回到奥地利，成为格拉茨大学的教授。但是，奇怪的是，在纳粹德国吞并奥地利之后，他试图与纳粹政府达成协议，以保住自己的工作。在公开发表的悔过书中，他为早先的反对行为道歉，宣布忠诚于征服奥地利的纳粹德国政权。尽管他曲意迎合，最后还是不得不离开奥地利，在新成立的都柏林高级研究院担任了重要职位。到了中立国的土地上之后，他就宣布收回他原来发表的自我忏悔。 “希特勒在德国上台后，他表现出了作为一名公民的勇气，令人赞叹，而且放弃了德国最受人尊敬的物理学教授的教职，”瑟林说。“可是当纳粹重新掌控了他时，他被迫违心地赞同施行恐怖统治的政权，这一表现令人为其扼腕叹息。” 量子研究的战友 爱因斯坦曾经是薛定谔在柏林期间的一位同事和密友，一直都支持薛定谔，而且乐于与他谈论他们在物理和哲学上的共同兴趣。他们共同对抗一个恶棍：纯粹的随机性，这是自然秩序的对立面。 在斯宾诺莎和叔本华的著作中，统一的原则是意志的力量将自然界中的所有东西联系在一起。爱因斯坦和薛定谔都曾熟读这两位哲学家及其他哲学家的作品，两人都不喜欢将模糊性和主观性纳入到宇宙的任何基本描述中。虽然两人在量子力学的发展中都发挥了重要作用，但是他们俩都认为这个理论是不完整的。虽然他们认识到了量子力学理论在实验方面的成功，但是他们认为，进一步进行理论研究，会揭示一个永恒的、客观的现实。 他们的联盟因为玻恩对薛定谔波动方程的重新诠释而得以巩固。薛定谔提出该方程的本意，是对有形物质波的连续行为提出模型，表示出电子进出原子的状态。麦克斯韦构造了确定性的方程，将光描述为在空间传播的电磁波。与之类似，薛定谔希望自己的方程能详细描述物质波的稳定流动。因此，他希望能解释电子的所有物理性质。 玻恩破坏了薛定谔描述的确定特性，用概率波代替了物质波。概率波不需要直接测量其物理性质，而需要通过对概率波值进行数学运算来计算出来。通过这样做，他把薛定谔的方程与海森伯的不确定性观念融合在了一起。海森伯提出，我们无法同时精确地测量某些成对的物理量，如位置和动量（质量乘以速度）。他在他著名的不确定性原则中写入了这样的量子模糊性：一个研究者测量一个粒子的位置越是精确，他对其动量所知就越少——反之亦然。 薛定谔急切地想提出描述电子和其他粒子的实质的模型，而不仅仅是它们的可能性，他批评海森伯-玻恩的方法存在不可捉摸的因素。他同样也避开了玻尔的量子学说，即所谓的“互补性”，该学说认为量子或是显示波动性质，或是显示粒子性质，这取决于实验者选择使用何种测量仪器。他反驳说，自然应该是可视的，不是一个带有隐匿的工作机制的神秘的黑匣子。 由于玻恩、海森伯和玻尔的观念在物理界被广泛接受，最后相融形成了所谓的“哥本哈根诠释”，也就是正统的量子观，爱因斯坦和薛定谔自然成了盟友。两个人在晚年都希望找到一种统一场论，填补量子物理学中的空隙，把自然力结合到一起。通过扩展广义相对论来包括所有的自然力，这样的理论将会以纯几何取代物质——实现毕达哥拉斯学派所说的“万物皆数”的梦想。 关于爱因斯坦、薛定谔这两位20世纪的天才科学家，一些你可能从来不知道的掌故，尤其是他们在寻找统一场论的道路上如何从心心相惜到友谊破裂所发生的那些故事，非常值得玩味，它说明科学家也是人，有忠诚也有背叛，外人看来他们古怪的生活，他们像唐吉可德一样追寻的疯狂的目标也许根本不存在，但他们的执着不断推动物理学的前进。 本书是关于自然的量子随机性的普及读物，适合普通读者。知识难度2星，趣味性4星，猎奇5星