Beyond Bohr and Einstein

2025年3月26日

Quantum Drama，作者：Jim Baggott 和 John L Heilbron，Oxford University Press

洞见的百年 Jim Baggott 和 John Heilbron 没有忽略像 John Bell（如图）这样的后来的量子先驱。 Credit: CERN

在上世纪80年代中期，我还是物理专业的本科生时，就爱上了量子力学的哲学。 我如饥似渴地阅读了20世纪早期原子物理学巨匠的传记——像玻尔、海森堡、薛定谔、泡利、狄拉克、费米和玻恩这样的物理学家。 对于我来说，当我还在与量子力学的形式主义苦苦挣扎时，那个时代，特别是20世纪20年代中期，当其数学框架正在发展，量子世界的秘密正在揭示的时候，显得如此激动人心，甚至神奇。

我继续攻读核反应理论博士学位，这意味着我大部分时间都在进行数学推导，熟悉S矩阵、格林函数和散射幅度，在纸上写满角动量代数，并用 Fortran 77 编程。我喜欢那些东西。 似乎没有太多时间担心原子核内部到底发生了什么。 事实上，我逐渐认识到，甚至“真正发生的事情”这个概念都是模糊的。 我那一代的理论物理学家仍然被坚定地告知要“闭嘴，计算”，正如哥本哈根学派的许多信徒热衷于倡导的那样。 公平地说，在过去的一个世纪里，核物理和粒子物理、量子光学、凝聚态物理和量子化学都取得了巨大的进步，因此哲学问题被认为是不必要的干扰。 我记得一位高级同事对我不变的解释性问题兴趣感到沮丧，他告诫我说：“Jim，一个电子就是一个电子。 不要试图说更多关于它的事情。” 而且，我所阅读的教科书中，似乎很少提及诸如 EPR（Einstein–Podolsky–Rosen）悖论和测量问题等未解决的问题，更不用说分析 Hugh Everett 和 David Bohm 的工作了，他们被认为是特立独行的人。 哥本哈根学派的霸权至高无上。

直到我职业生涯的后期，我才意识到确实有一群物理学家一直在担心和思考这些问题。 这些物理学家不仅仅是在辩论和进行哲学思考，他们正在缓慢地推进我们对量子世界的理解。 像 Alain Aspect、John Clauser 和 Anton Zeilinger 这样的实验学家正在设计巧妙的量子光学实验——他们三人都因在2022年对 John Bell 著名的不等式进行测试而获得诺贝尔奖，这充分说明了我们现在才承认他们的贡献。 与此同时，Wojciech Zurek、Erich Joos、Deiter Zeh、Abner Shimony 和 Asher Peres 等理论家（仅举几例）正在将关于纠缠和退相干理论的思想形式化。 量子力学教科书——甚至是高级本科生的教科书——应该包含他们的新见解，这当然是时候了。

Credit: Oxford University Press

所有这些都让我想到了 Quantum Drama，这是一本新的科普书籍，由物理学家和科学作家 Jim Baggott 与已故科学史学家 John L Heilbron 合作完成。 就水平而言，这本书在科普市场中处于较高水平，因此，例如，对于 CERN Courier 的读者来说，它可能最令人感兴趣。 如果我对这本书有任何批评的话，那就是它的水平不一致。 因为它试图做到面面俱到。 有时，它有精彩的传记细节，通常是不太为人所知但非常值得称赞的人物。 它也充满了智慧和新的见解。 但有时它会陷入技术细节，例如对不同 Bell 检验的冗长描述，我认为只有专业物理学家才可能完全理解这些描述。

话虽如此，这本书当然是及时的。 今年，世界庆祝量子物理学一百周年，因为海森堡和薛定谔分别于1925年和1926年发表了关于矩阵力学和波动力学的重要论文。 量子信息理论的进步以及新量子技术的发展目前也正在加速，量子计算机、量子传感和量子加密的承诺越来越近。 这为量子力学的哲学最终从阴影中走出来，再次进入主流辩论提供了一个机会。

一个新的叙事

那么，是什么让 Quantum Drama 从其他重述量子力学故事的书籍中脱颖而出呢？ 我会说，大多数历史叙述往往只关注1900年到1927年之间的黄金时代，这个时代在布鲁塞尔的索尔维会议上结束了，在那几天里，爱因斯坦和玻尔就其意义进行了充分的讨论。 虽然这两位20世纪物理学巨头登上了这本书的封面，但 Quantum Drama 将故事延续到了那次著名的会议之后。 其他的叙述，无论是流行的还是学术的，都倾向于推动玻尔赢得了争论的叙述，这让一代又一代的物理学家认为解释问题已经得到解决——除了像 Everett 或 Bohm 这样试图（但未成功）在哥本哈根的作品中制造麻烦的奇怪异议声音之外。 据我们所知，1927年之后量子基础的所有真正进展都在于量子场论的发展，例如 QED 和 QCD，高能物理的兴奋以及标准模型的诞生， Murray Gell-Mann 和 Steven Weinberg 取代了海森堡和薛定谔占据了中心舞台。 Quantum Drama 从1927年之后开始讲述故事，表明在两位物理学巨头去世后，关于其意义的激烈、激动人心的持续争论一直存在。 事实上，到 1927 年索尔维会议之前的时期都在本书的第一幕中进行了处理。 副标题很好地说明了这一点：从玻尔-爱因斯坦辩论到纠缠之谜。

玻尔-爱因斯坦辩论仍然非常活跃

总而言之，Quantum Drama 提供了一些非凡的东西，因为它照亮了关于量子力学的意义以及著名的“哥本哈根精神”的百年辩论的所有混乱、复杂性和困惑，以彻底和真正的学术精神对待该主题，并表明玻尔-爱因斯坦的辩论仍然非常活跃。

Jim Al-Khalili, University of Surrey。