1962年，正值不惑之年的庫恩（Thomas Kuhn）寫作出版了《科學革命的結構》（The Structure of Scientific Revolutions）。因為提出科學思想發展中的“范式轉移”（paradigm shift）概念，這本書風靡一時。

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量子糾纏背后的故事（二）：吳健雄的實驗 ?精選

庫恩是哈佛畢業的理論物理博士，在取得學位后移情別戀，專注于物理學史和科學哲學的研究。那時他已經是伯克利的科學歷史教授，在那里創辦了一個“量子物理歷史檔案”（Archive for History of Quantum Physics）項目，帶領著一個團隊滿世界收集早期量子力學的原始資料。愛因斯坦、泡利、薛定諤已經相繼作古。他們抓緊時間當面采訪德布羅意、玻恩、海森堡、狄拉克等依然在世的人物。當然，還有77歲高齡的玻爾。

那年11月17日，庫恩再一次來到哥本哈根的嘉士伯府邸。作為丹麥最杰出的公民，玻爾一家已經在這座豪華公館中居住了整整30年。在過去的三個星期里，庫恩已經來過四次。他估計還要跑好些趟才能完成錄制玻爾口述歷史的任務。

這天的話題是玻爾與愛因斯坦在索爾維會議期間的爭論。面對著庫恩帶來的錄音機，玻爾又一次打開了話匣子。

在回顧了他一戰結束時與愛因斯坦第一次見面時的交談后，玻爾抱怨“與愛因斯坦的那整個過程對我來說非常困難，因為愛因斯坦總是在不斷地批評。在我看來，他已經在每一個論點上被證明是完全錯誤的。可他卻接受不了。”（The whole thing with Einstein is so difficult to me because really Einstein had a lot of criticism, and he was shown at every single point, to my mind, that he was entirely wrong. But he did not like it.）他為自己的老朋友深為惋惜，覺得愛因斯坦最后在那篇EPR論文上是完全落入了波多爾斯基的圈套。回顧那個年月，玻爾又說羅森其實更為差勁，因為他至今還相信著那個假想試驗。而據玻爾所知，波多爾斯基自己倒已經放棄了。玻爾強調，那EPR論文中的內容實在不可能構成什么問題。

愛因斯坦已經去世七年了。他在玻爾心中依然栩栩如生。每當考慮一個新問題時，玻爾總是不由自主地首先設想愛因斯坦會如何反應。然后，他在腦子里悄悄、平靜地與老對手你來我往。

那天晚上，意猶未盡的玻爾在黑板上又畫出愛因斯坦32年前在第六屆索爾維會議中提出的光子箱，獨自對之思忖良久。他還是無法理解愛因斯坦為什么不能接受互補原理，為什么終其一生頑固地質疑著量子力學。

第二天中午，玻爾飯后照例午睡。當妻子瑪格麗特聽到突然的一聲大叫趕進樓上臥室時，她發現丈夫已經心臟病發作撒手人寰。

1962年，玻爾逝世時留下的黑板一角。右下是愛因斯坦的光子箱。

庫恩沒能完成他的采訪計劃。更沒有人能夠知道玻爾與愛因斯坦是否會在另一個世界中再度重逢，繼續他們那延續了幾乎半輩子的爭論。

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波多爾斯基其實也沒有像玻爾以為的那樣放棄了他主筆的EPR觀點。只是沒有了愛因斯坦，他和羅森在物理學界不再能有影響。也是1962年，在俄亥俄州一所學院擔任教職的波多爾斯基組織了一次學術會議，討論量子力學的基礎問題。他能邀請到的人很少，但有從以色列前來的羅森。在英國的玻姆依然無法回國，由他的學生、也已經在美國任教的阿哈羅諾夫代表。

比較出乎意料的是狄拉克和他的內兄維格納一起從普林斯頓趕來，為這個小地方的小聚會帶來名人風采。

1962年，參加在俄亥俄州舉行的一次量子力學基礎會議的物理學家合影。前排從左到右：維格納、羅森、狄拉克、波多爾斯基、阿哈羅諾夫。

會議剛開始，他們就討論起波函數坍縮。有人提出艾弗雷特有一個可以完全避免這個奇葩概念的理論。在座的卻沒有人了解那個理論，包括曾與艾弗雷特同校的維格納。于是他們緊急聯系上已經離開了物理學界的艾弗雷特。他也爽快地臨時乘坐飛機趕來與會。

五年前，艾弗雷特還在導師惠勒壓力下大舉刪節畢業論文時已經聯系好了下一步的工作：加入美國軍方研究所，應用他最愛的博弈論于戰略、戰術決策。那時惠勒曾極力鼓動他前往哥本哈根與玻爾等人當面探討，也許能澄清彼此之間的誤解。艾弗雷特未能成行。

1959年3月，已經畢業三年、在職業上得心應手的艾弗雷特借攜家人去歐洲旅行的機會來到哥本哈根。玻爾和幾個助手一起禮貌地接待了他，進行了一整天毫無結果的辯論。那天晚上，艾弗雷特獨自回到旅館，在吧臺上猛抽香煙、狂飲烈酒，腦海里逐漸浮現起一個清晰、嶄新的念頭。不過，他那時的思路已經與玻爾、惠勒、量子力學不再有任何關系。他發現了一個優化軍事資源的新算法。回到美國后，他申請了專利。在為國防事業做出重大貢獻的同時，他自己也獲利甚豐，成為一個大富翁。

在俄亥俄這個會議上，他的多世界詮釋得到與會者認真的討論，但也僅此而已。

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當物理學界同行來家里拜訪時，狄拉克會習慣性地介紹妻子曼琪為“維格納的妹妹”，仿佛那是一個比“狄拉克夫人”更為合適的頭銜。

維格納出生于1902年的維也納。在那個世紀之交前后，匈牙利的一些猶太人取得顯著的經濟、社會地位，養育出一撥出類拔萃的后代。以年齡而論，在維格納之前有著馮·卡門（Theodore von Karman；在加州理工學院期間是胡寧、錢學森、郭永懷、林家翹等中國留學生的導師）、諾貝爾化學獎獲得者德海韋西（George de Hevesy）和著名物理化學家波拉尼（Michael Polanyi），在他之后則跟著有馮·諾伊曼、西拉德和泰勒。有人把這個群體統稱為“火星人”。因為匈牙利人無論說什么外語都會帶有濃重的口音。天外來客選擇這一身份容易蒙混過關：這幾個人在成年之際都離開了匈牙利，操著帶奇怪口音的外語在各地游蕩。

維格納的父親是皮革廠業主。雖然不如作為銀行家、冊封貴族后代的馮·諾伊曼背景顯赫，維格納也是在富足的環境中長大，而且與馮·諾伊曼在同一個貴族中學。兩人都酷愛數學，很快結成形影不離的好朋友。不過，維格納漸漸地意識到這個比他低一年級的伙伴才是真正的數學天才，不禁自愧不如。在務實的父親堅持下，維格納放棄數學夢想，選擇了更為實用的化學工業。1924年，他在波拉尼的指導下獲得了化工博士學位。

學成歸家的維格納協助父親從事皮革鞣制的工業生產。但他已經心不在焉。在柏林求學期間，他曾頻繁參與德國物理學會的活動，親耳聆聽過普朗克、能斯特、愛因斯坦、勞厄、海森堡、泡利在那里指點量子江山。那個激動人心的場面時刻在召喚著他。兩年后，他離開了父親的工廠，回到柏林投身物理研究。又一年后，他來到哥廷根擔任索末菲的助手。

維格納年齡上只比狄拉克小三個月、比約旦小一個月，與新量子力學弄潮兒泡利和海森堡相比也只小了一兩年。但他已經錯過了那個黃金年月。在哥廷根，他跟著約旦推廣剛出現的狄拉克方程，發展量子場論。

馮·諾伊曼那時也在哥廷根大張旗鼓地研究數學（他也同樣為父親獲得過化工學位）。他們倆再度攜手，共同鉆研量子力學背后的數學基礎。當馮·諾伊曼在1932年出版那本奠定量子力學根基、證明隱變量理論不可能存在的教科書時，維格納也碩果累累，出版了自己的《群論和在量子力學原子光譜中的應用》。與大數學家外爾同時，維格納將屬于純數學工具的群論引進物理學，系統、嚴謹地描述量子力學中的對稱性。他也是在那時首先提出了宇稱守恒的對稱觀念。

1930年，求賢若渴的普林斯頓大學同時招聘了馮·諾伊曼和維格納，以振興他們的數學和理論物理實力。這兩位后起之秀因而得以逃避歐洲的納粹和戰爭。在美國，他們也都全力以赴地投入曼哈頓工程。在以對稱性研究原子核結構、反應的同時，維格納還發揮自己兼備的化工特長主持核反應堆的設計。

戰后的1957年，馮·諾伊曼因為癌癥在53歲時英年早逝。受這位幾十年朋友、同事影響，維格納一直篤信著量子力學的哥本哈根詮釋，雖然他自己從來未曾踏足過玻爾研究所（他自稱“從來沒接到過邀請”）。馮·諾伊曼的去世也喚起了維格納對那個詮釋中測量問題的興趣（量子力學“測量問題”（measurement problem）這個術語就是維格納首先提出的）。與他在普林斯頓曾經的同事玻姆一樣，他的立場發生了動搖。

就在與狄拉克一起現身波多爾斯基的會議之前一年，維格納發表了一篇題為《關于意識與物質問題的想法》（Remarks on the Mind-Body Question；這里的“mind”和“body”都有雙關含義）的論文，系統地表述了對量子力學正統思想的質疑。

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在玻爾、馮·諾伊曼的測量理論中，觀察者屬于宏觀世界，使用的是經典物理的儀器。被觀察的則是微觀的量子世界，它們的行為因觀察方式的選擇而異。這兩者之間存在著一道彼此分離的鴻溝，只是測量的行為會導致被測量系統的波函數坍縮。

薛定諤打破了這個界限。他那個假想試驗中箱子里宏觀的貓與微觀的放射性元素有著相互糾纏著的共同波函數，服從同樣的量子規律。但即便如是，作為觀察者的人和被觀察的箱子也還是完全分離的兩個世界。波函數的坍縮正是發生在箱子外的人打開箱子觀察的那一瞬間。顯然，薛定諤并不認為箱子里的貓——或愛因斯坦的老鼠——有能力造成波函數的坍縮。

維格納覺得這便把人的意識引進了原本只是研究由物質組成的客觀世界的物理學。他設想一個略微不同的情形：他讓一位朋友去打開薛定諤的箱子觀察，自己卻置身事外。過了一段時間后，維格納可以肯定他的朋友已經打開過箱子，自己卻依然不知道貓是死是活。（這類似于球迷觀看事先收錄的球賽。球賽早已打完有了結局。但只要那球迷還不知道結果，他看球時仍然會有著與看實況轉播時同樣的懸念。）

那個時候，他朋友面前的箱子里波函數已然坍縮，那貓或者已經死去或者還活著，二者只居其一。但在維格納的眼里，箱子和他的朋友構成一個量子系統，它們的波函數并未坍縮，仍然處于貓死去、朋友悲傷和貓活著、朋友高興的疊加態中。

這樣，對貓死活這個客觀現象，維格納和他的朋友有著完全不同的認識——他們看到的是兩個截然不同的“現實”。而且，如果維格納事后向朋友求證，朋友會告訴他打開箱子時的情形：曾經悲傷（或者高興）過，卻從來未曾處于悲傷與高興的疊加態之中。

于是，維格納對朋友的觀察與朋友的實際經歷完全不符。

在波函數坍縮這個關鍵環節，馮·諾伊曼的機制在這里也不再能自圓其說。在這個新版的假想試驗中，那個朋友既是觀測者也是被（維格納）觀察的對象。他在打開箱子的剎那已經知道貓的死活，也就有了悲傷或高興的反應。如果他所在的波函數也是在那一刻坍縮，那么當時維格納還未及觀察，坍縮如何能夠發生？反過來，如果那個波函數是在之后維格納與朋友交談時因為維格納獲得信息（觀察）才發生的坍縮，那么如何能夠保證這個信息傳播是可靠的測量過程？他們兩個人對貓死活的反應會完全一致嗎？他們之間是否也會出現雞同鴨講的誤會，或者朋友干脆沒有說實話？

在維格納看來，作為對客觀世界描述的量子力學如此依賴于人類的意識和行為，無疑應該是一個大問題。

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玻姆提出他的隱變量理論后曾經期望能在蘇聯贏得共鳴。他這個粒子有著確定軌跡的理論與他信奉的唯物主義（materialism）相符。在他看來，哥本哈根對量子力學的詮釋基于邏輯實證，不符合馬克思的教義。在政治掛帥的蘇聯，量子力學和相對論的確都以其唯心主義（idealism）傾向在遭遇批判，但玻姆卻沒能得到支持。倒是他的激進左派立場迫使麥卡錫時代的美國物理學家退避三舍，在很大程度上限制了他可能有的影響。

維格納沒有這個負擔。在意識形態光譜上，他正好是玻姆的反面。

移民美國時，維格納和馮·諾伊曼都入境隨俗，分別采用了“尤金”、“約翰”這樣常見的英語名字。他們也很快成為美國的忠誠愛國者，在曼哈頓計劃之后還與泰勒、惠勒等少數物理學家一起研制了氫彈。因為在匈牙利、歐洲的個人經歷，維格納在美國是堅定的右派，或者說那時占主流的保守派。

他同時也是一個異常謙和的教授。物理學界有一個盡人皆知的事實：永遠不可能在維格納身后走過一道門——因為他總會堅決地扶著門留在最后。他是一個“固執地通情達理”（stubbornly reasonable）的人。（也是在維格納的幫助下，庫恩得以讓個性最為隱秘的狄拉克第一次敞開心扉，錄制了他人生經歷的口述歷史。）

1963年，維格納因為“在原子核、基本粒子理論上的貢獻，尤其是對基本對稱性的發現和應用”贏得諾貝爾獎。他的影響力更上了一層樓。在愛因斯坦和薛定諤逝世后，對量子力學的質疑再一次有了重量級大師的參與，不只是玻姆、艾弗雷特的人微言輕。

然而，維格納在那篇論文的結尾也曾無可奈何地承認他清楚自己并不是第一個討論這個問題的人，在他之前的先行者們都已一概被否定或忽視。他也難逃同樣的命運，只是依然覺得這個討論至少會有啟發意義，值得再度提起。

其實，他在1961年第一次提出這個后來被稱為“維格納的朋友”設想時并沒有采用薛定諤的貓做例子。他只是描述了對量子系統中物理量的測量過程。他那篇文章發表在一本多學科論文集里，其讀者中大概沒有幾個人聽說過薛定諤的假想試驗。

直到1965年，哈佛著名哲學家普特南（Hilary Putnam）從他物理同事那里聽說了薛定諤和他的貓，經過一番思索發表《一個哲學家看量子力學》（A Philosopher Looks at Quantum Mechanics）論文，由此引領哲學家進入了這個曠日持久的物理爭議。發行量相當大的普及性雜志《科學美國人》（Scientific American）隨即發表評論予以介紹。整整30年后，“薛定諤的貓”終于開始浮出歷史的塵封，進入大眾的視野。

—版權聲明—

來源：程鶚科學網博客，編輯：nhyilin

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的量子纠缠背后的故事（三）：维格纳的朋友 精选的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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