電子也是一樣。電子是粒子還是波?那要看你怎麼觀察它。如果採用光電效應的觀察方式,那麼它無疑是個粒子;要是用雙縫來觀察,那麼它無疑是個波。它本來到底是個粒子還是波呢?又來了,沒有什麼“本來”,所有的屬性都是同觀察聯絡在一起的,讓“本來”
見鬼去吧。
但是,一旦觀察方式確定了,電子就要選擇一種表現形式,它得作為一個波或者粒子出現,而不能再曖昧地混雜在一起。這就像我們可憐的馬,不管誰用什麼方式觀察,它只能在某一時刻展現出一種顏色。從來沒有人有過這樣奇妙的體驗:這匹馬同時又是白色,又是紅色。波和粒子在同一時刻是互斥的,但它們卻在一個更高的層次上統一在一起,作為電子的兩面被納入一個整體概念中。這就是玻爾的“互補原理”(plementaryprinciple),它連同波恩的機率解釋,海森堡的不確定性,三者共同構成了量子論“哥本哈根解釋”的核心,至今仍然深刻地影響我們對於整個宇宙的終極認識。
“第三次波粒戰爭”便以這樣一種戲劇化的方式收場。而量子世界的這種奇妙結合,就是大名鼎鼎的“波粒二象性”。
上帝擲骰子嗎——量子物理史話(7…4)
版權所有:castor_v_pollux原作提交時間:2003…11…1320:50:26
第七章 不確定性
四
三百年硝煙散盡,波和粒子以這樣一種奇怪的方式達成了妥協:兩者原來是不可分割的一個整體。就像漫畫中教皇善與惡的兩面,雖然在每個確定的時刻,只有一面能夠體現出來,但它們確實集中在一個人的身上。波和粒子是一對孿生兄弟,它們如此苦苦爭鬥,卻原來是演出了一場物理學中的絕代雙驕故事,這教人拍案驚奇,唏噓不已。
現在我們再回到上一章的最後,重溫一下波和粒子在雙縫前遇到的困境:電子選擇左邊的狹縫,還是右邊的狹縫呢?現在我們知道,假如我們採用任其自然的觀測方式,它波動的一面就佔了上風。這個電子於是以某種方式同時穿過了兩道狹縫,自身與自身發生干涉,它的波函式ψ按照嚴格的干涉圖形花樣發展。但是,當它撞上感應屏的一剎那,觀測方式發生了變化!我們現在在試圖探測電子的實際位置了,於是突然間,粒子性接管了一切,這個電子凝聚成一點,按照ψ的機率隨機地出現在螢幕的某個地方。
假使我們在某個狹縫上安裝儀器,試圖測出電子究竟透過了哪一邊,注意,這是另一種完全不同的觀測方式!�我們試圖探測電子在透過狹縫時的實際位置,可是隻有粒子才有實際的位置。這實際上是我們施加的一種暗示,讓電子早早地展現出粒子性。事實上,的確只有一邊的儀器將記錄下它的蹤影,但同時,干涉條紋也被消滅,因為波動性隨著粒子性的喚起而消失了。我們終於明白,電子如何表現,完全取決於我們如何觀測它。種瓜得瓜,種豆得豆,想記錄它的位置?好,那是粒子的屬性,電子善解人意,便表現出粒子性來,同時也就沒有干涉。不作這樣的企圖,電子就表現出波動性來,穿過兩道狹縫並形成熟悉的干涉條紋。
量子派物理學家現在終於逐漸領悟到了事情的真相:我們的結論和我們的觀測行為本身大有聯絡。這就像那匹馬是白的還是紅的,這個結論和我們用什麼樣的方法去觀察它有關係。有些看官可能還不服氣:結論只有一個,親眼看見的才是唯一的真實。色盲是視力缺陷,眼鏡是外部裝備,這些怎麼能夠說是看到“真實”呢?其實沒什麼分別,它們不外乎是兩種不同的觀測方式罷了,我們的論點是,根本不存在所謂“真實”。
好吧,現在我視力良好,也不戴任何裝置,看到馬是白色的。那麼,它當真是白色的嗎?
其實我說這話前,已經隱含了一個前提:“用人類正常的肉眼,在普通光線下看來,馬呈現出白色。”再技術化一點,人眼只能感受可見光,波長在400…760奈米左右,這些頻段的光混合在一起才形成我們印象中的白色。所以我們論斷的前提就是,在400…760奈米的光譜區感受馬,它是白色的。
許多昆蟲,比如蜜蜂,它的複眼所感受的光譜是大大不同的。蜜蜂看不見波長比黃光還長的光,卻對紫外線很敏感。在它看來,這匹馬大概是一種藍紫色,甚至它可能繪聲繪色地向你描繪一種難以想象的“紫外色”。現在你和蜜蜂吵起來了,你堅持這馬是白色的,而蜜蜂一口咬定是藍紫色。你和蜜蜂誰對誰錯呢?其實都對。那麼,馬怎麼可能又