主题：【史话】决战紫禁之巅之爱玻之战（5-4）（5-5） -- jlanu

三

花开花落，黄叶飘零，又是秋风季节，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开了。玻尔来到会

场时心中惴惴，看爱因斯坦表情似笑非笑，吃不准他三年间练成了什么新招，不知到了一

个什么境界。不过玻尔倒也不是太过担心，量子论的兴起已经是板上钉钉的事实，现在整

个体系早就站稳脚跟，枝繁叶茂地生长起来。爱因斯坦再厉害，凭一人之力也难以撼动它

的根基。玻尔当年的弟子们，海森堡，泡利等，如今也都是独当一面的大宗师了，哥本哈

根派名震整个物理界，玻尔自信吃不了大亏。

爱因斯坦则在盘算另一件事：量子论方兴未艾，当其之强，要打败它的确太难了。可是难

道因果律和经典理论就这么完了不成？不可能，量子论一定是错的！嗯，想来想去，要破

量子论，只有釜底抽薪，击溃它的基础才行。爱因斯坦凭着和玻尔交手的经验知道，在细

节问题上是争不出个什么所以然的，量子论就像神话中那个九头怪蛇海德拉（Hydra），

你砍掉它一个头马上会再生一个出来。必须得瞄准最关键的那一个头才行，这个头就是其

精髓所在――不确定性原理！

爱因斯坦站起来发话了：

想象一个箱子，上面有一个小孔，并有一道可以控制其开闭的快门，箱子里面有若干个光

子。好，假设快门可以控制得足够好，它每次打开的时间是如此之短，以致于每次只允许

一个光子从箱子里飞到外面。因为时间极短，△t是足够小的。那么现在箱子里少了一个

光子，它轻了那么一点点，这可以用一个理想的称测量出来。假如轻了△m吧，那么就是

说飞出去的光子重m，根据相对论的质能方程E=mc^2，可以精确地算出减少的能量△E。

那么，△E和△t都很确定，海森堡的公式△E×△t > h/2π也就不成立。所以整个量子论

是错误的！

这可以说是爱因斯坦凝聚了毕生功夫的一击，其中还包含了他的成名绝技相对论。这一招

如白虹贯日，直中要害，沉稳老辣，干净漂亮。玻尔对此毫无思想准备，他大吃一惊，一

时想不出任何反击的办法。据目击者说，他变得脸如死灰，呆若木鸡（不是比喻！），张

口结舌地说不出话来。一整个晚上他都闷闷不乐，搜肠刮肚，苦思冥想。

罗森菲尔德后来描述说：

“（玻尔）极力游说每一个人，试图使他们相信爱因斯坦说的不可能是真的，不然那就是

物理学的末日了。但是他想不出任何反驳来。我永远不会忘记两个对手离开会场时的情景

：爱因斯坦的身影高大庄严，带着一丝嘲讽的笑容，静悄悄地走了出去。玻尔跟在后面一

路小跑，他激动不已，词不达意地辩解说要是爱因斯坦的装置真的管用，物理学就完蛋了

。”

这一招当真如此淳厚完美，无懈可击？玻尔在这关键时刻力挽沧海，方显英雄本色。他经

过一夜苦思，终于想出了破解此招的方法，一个更加妙到巅毫的巧招。

罗森菲尔德接着说：

“第二天早上，玻尔的胜利便到来了。物理学也得救了。”

玻尔指出：好，一个光子跑了，箱子轻了△m。我们怎么测量这个△m呢？用一个弹簧称，

设置一个零点，然后看箱子位移了多少。假设位移为△q吧，这样箱子就在引力场中移动

了△q的距离，但根据广义相对论的红移效应，这样的话时间的快慢也要随之改变相应的

△T。可以根据公式计算出：△T>h/△mc^2。再代以质能公式△E=△mc^2，则得到最终的

结果，这结果是如此眼熟：△T△E > h，正是海森堡测不准关系！

我们可以不理会数学推导，关键是爱因斯坦忽略了广义相对论的红移效应！引力场可以使

原子频率变低，也就是红移，等效于时间变慢。当我们测量一个很准确的△m时，我们在

很大程度上改变了箱子里的时钟，造成了一个很大的不确定的△T。也就是说，在爱因斯

坦的装置里，假如我们准确地测量△m，或者△E时，我们就根本没法控制光子逃出的时间

T！

广义相对论本是爱因斯坦的独门绝技，玻尔这一招“以彼之道，还施彼身”不但封挡住了

爱因斯坦那雷霆万钧的一击，更把这诸般招数都回加到了他自己身上。虽说是殚精竭虑最

后想出此法，但招数精奇，才气横溢，教人击节叹服，大开眼界。觉得见证两大纵世奇才

出全力相拚，实在不虚此行。

现在轮到爱因斯坦自己说不出话来了。难道量子论当真天命所归，严格的因果性当真已经

迟迟老去，不再属于这个叛逆的新时代？玻尔是最坚决的革命派，他的思想闳廓深远，穷

幽极渺，却又如大江奔流，浩浩荡荡，翻腾不息。物理学的未来只有靠量子，这个古怪却

又强大的精灵去开拓。新世界不再有因果性，不再有实在性，可能让人觉得不太安全，但

它却是那样胸怀博大，气派磅礴，到处都有珍贵的宝藏和激动人心的秘密等待着人们去发

掘。狄拉克后来有一次说，自海森堡取得突破以来，理论物理进入了前所未有的黄金年代

，任何一个二流的学生都可能在其中作出一流的发现。是的，人们应当毫不畏惧地走进这

样一个生机勃勃的，充满了艰险、挑战和无上光荣的新时代中来，把过时的因果性做成一

个纪念物，装饰在泛黄的老照片上去回味旧日的似水年华。

革命！前进！玻尔在大会上又开始显得精神抖擞，豪气万丈。爱因斯坦的这个光箱实验非

但没能击倒量子论，反而成了它最好的证明，给它的光辉又添上了浓重的一笔。现在没什

么好怀疑的了，因果性是不存在的，哥本哈根解释如野火一般在人们的思想中蔓延开来。

玻尔是这场革命的旗手，他慷慨陈词，就像当年在议会前的罗伯斯庇尔。要是可能的话，

他大概真想来上这么一句：

因果性必须死，因为物理学需要生！

停止争论吧，上帝真的掷骰子！随机性是世界的基石，当电子出现在这里时，它是一个随

机的过程，并不需要有谁给它加上难以忍受的条条框框。全世界的粒子和波现在都得到了

解放，从牛顿和麦克斯韦写好的剧本中挣扎出来，大口地呼吸自由空气。它们和观测者玩

捉迷藏，在他们背后融化成概率波弥散开去，神秘地互相渗透和干涉。当观测者回过头去

寻找它们，它们又快乐地现出原型，呈现出一个面貌等候在那里。这种游戏不致于过火，

因为还有波动方程和不确定原理在起着规则的作用。而统计规律则把微观上的无法无天抹

平成为宏观上的井井有条。

爱因斯坦失望地看着这个场面，发展到如此地步实在让他始料不及。没有因果性，一片混

乱……恐怕约翰•米尔顿描绘的那个“群魔殿”（Pandemonium）就是这个样子吧？

爱因斯坦对玻尔已经两战两败，他现在知道量子论的根基比想象的要牢固得多。看起来，

量子论不太可能是错误的，或者自相矛盾的。

但爱因斯坦也决不会相信它代表了真相。好吧，量子论内部是没有矛盾的，但它并不是一

幅“完整”的图像。我们看到的量子论，可能只是管中窥豹，虽然看到了真实的一部分，

但仍然有更多的“真实”未能发现。一定有一些其他的因素，它们虽然不为我们所见，但

无疑对电子的行为有着影响，从而严格地决定了它们的行为。好比我们在赌场扔骰子赌钱

，虽然我们睁大眼睛看明白四周一切，确定没人作弊，但的确可能还有一个暗中的武林高

手，凭借一些独门手法比如说吹气来影响骰子的结果。虽然我们水平不行，发现不了这个

武林高手的存在，觉得骰子是完全随机的，但事实上不是！它是完全人为的，如果把这个

隐藏的高手也考虑进去，它是有严格因果关系的！尽管单单从我们看到的来讲，也没有什

么互相矛盾，但一幅“完整”的图像应该包含那个隐藏着的人，这个人是一个“隐变量”

！

不管怎么说，因果关系不能抛弃！爱因斯坦的信念到此时几乎变成一种信仰了，他已决定

终生为经典理论而战，这不知算是科学的悲剧还是收获。一方面，那个大无畏的领路人，

那个激情无限的开拓者永远地从历史上消失了。亚伯拉罕•帕斯（Abraham Pais）

在《爱因斯坦曾住在这里》一书中说，就算1925年后，爱因斯坦改行钓鱼以度过余生，这

对科学来说也没什么损失。但另一方面，爱因斯坦对量子论的批评和诘问也确实使它时时

三省吾身，冷静地审视和思考自己存在的意义，并不断地在斗争中完善自己。大概可算一

种反面的激励吧？

反正他不久又要提出一个新的实验，作为对量子论的进一步考验。可怜的玻尔得第三次接

招了。

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饭后闲话：海森堡和德国原子弹计划（三）

玩味一下海森堡的声明是很有意思的：讨厌纳粹和希特勒，但忠实地执行对祖国的义务，

作为国家机器的一部分来履行爱国的职责。这听起来的确像一幅典型的德国式场景。服从

，这是德国文化的一部分，在英语世界的人们看来，对付一个邪恶的政权，符合道德的方

式是不与之合作甚至摧毁它，但对海森堡等人来说，符合道德的方式是服从它――正如他

以后所说的那样，虽然纳粹占领全欧洲不是什么好事，但对一个德国人来说，也许要好过

被别人占领，一战后那种惨痛的景象已经不堪回首。

原子弹，对于海森堡来说，是“本质上”邪恶的，不管它是为希特勒服务，还是为别的什

么人服务。战后在西方科学家中有一种对海森堡的普遍憎恶情绪。当海森堡后来访问洛斯

阿拉莫斯时，那里的科学家拒绝同其握手，因为他是“为希特勒制造原子弹的人”。这在

海森堡看来是天大的委屈，他不敢相信，那些“实际制造了原子弹的人”竟然拒绝与他握

手！也许在他心中，盟军的科学家比自己更加应该在道德上加以谴责。但显然在后者看来

，只有为希特勒制造原子弹才是邪恶，如果以消灭希特勒和法西斯为目的而研究这种武器

，那是非常正义和道德的。

这种道德观的差异普遍存在于双方阵营之中。魏扎克曾经激动地说：“历史将见证，是美

国人和英国人造出了一颗炸弹，而同时德国人――在希特勒政权下的德国人――只发展了

铀引擎动力的和平研究。”这在一个美国人看来，恐怕要喷饭。

何况在许多人看来，这种声明纯粹是马后炮。要是德国人真的造得出来原子弹，恐怕伦敦

已经从地球上消失了，也不会罗里罗嗦地讲这一大通风凉话。不错，海森堡肯定在1940年

就意识到铀炸弹是可能的，但这不表明他确切地知道到底怎么去制造啊！海森堡在1942年

意识到以德国的环境来说分离铀235十分困难，但这不表明他确切地知道到底要分离“多

少”铀235啊！事实上，许多证据表明，海森堡非常错误地估计了工程量，为了维持链式

反应，必须至少要有一个最小量的铀235才行，这个质量叫做“临界质量”（critical

mass），海森堡――不管他是真的算错还是假装不知――在1942年认为至少需要几吨的铀

235才能造出原子弹！事实上，只要几十千克就可以了。

诚然，即使只分离这么一点点铀235也是非常困难的。美国动用了15000人，投资超过20亿

美元才完成整个曼哈顿计划。而德国整个只有100多人在搞这事，总资金不过百万马克左

右，这简直是笑话。但这都不是关键，关键是，海森堡到底知不知道准确的数字？如果他

的确有一个准确数字的概念，那么虽然这德国来说仍然是困难的，但至少不是那样的遥不

可及，难以克服。英国也同样困难，但他们知道准确的临界质量数字，于是仍然上马了原

子弹计划。

海森堡争辩说，他对此非常清楚，他引用了许多证据说明在与斯佩尔会面前他的确知道准

确的数字。可惜他的证据全都模糊不清，无法确定。德国的报告上的确说一个炸弹可能需

要10－100千克，海森堡也描绘过一个“菠萝”大小的炸弹，这被许多人看作证明。然而

这些全都是指钚炸弹，而不是铀235炸弹。这些数字不是证明出来的，而是猜测的，德国

根本没有反应堆来大量生产钚。德国科学家们在许多时候都流露出这样的印象，铀炸弹至

少需要几吨的铀235。

不过当然你也可以从反方面去理解，海森堡故意隐瞒了数字，只有天知地知他一个人知。

他一手造成夸大了的假相。

至于反应堆，其实石墨也可以做很好的减速剂，美国人就是用的石墨。可是当时海森堡委

派波特去做实验，他的结果错了好几倍，显示石墨不适合用在反应堆中，于是德国人只好

在重水这一棵树上吊死。这又是一个悬案，海森堡把责任推到波特身上，说他用的石墨不

纯，因此导致了整个计划失败。波特是非常有名的实验物理学家，后来也得了诺贝尔奖，

这个黑锅如何肯背。他给海森堡写信，暗示说石墨是纯的，而且和理论相符合！如果说实

验错了，那还不如说理论错了，理论可是海森堡负责的。在最初的声明中海森堡被迫撤回

了对波特的指责，但在以后的岁月中，他，魏扎克，沃兹等人仍然不断地把波特拉进来顶

罪。目前看来，德国人当年无论是理论还是实验上都错了。

对这一公案的争论逐渐激烈起来，最有影响的几本著作有：Robert Jungk的《比一千个太

阳更明亮》（Brighter Than a Thousand Sunds，1956），此书赞扬了德国科学家那高尚

的道义，在战时不忘人类公德，虽然洞察原子弹的奥秘，却不打开这潘多拉盒子。1967年

David Irving出版了《德国原子弹计划》（The German Atomic Bomb），此时德国当年的

秘密武器报告已经得见天日，给作品带来了丰富的资料。Irving虽然不认为德国科学家有

吹嘘的那样高尚的品德，但他仍然相信当年德国人是清楚原子弹技术的。然后是Margaret

Gowing那本关于英国核计划的历史，里面考证说德国人当年在一些基本问题上错得离谱，

这让海森堡本人非常恼火。他说：“（这本书）大错特错，每一句都是错的，完全是胡说

八道。”他随后出版了著名的自传《物理和物理之外》（Physics and Beyond），自然再

次地强调了德国人的道德和科学水平。凡是当年和此事有点关系的人都纷纷发表评论意见

，众说纷纭，有如聚讼，谁也没法说服对方。

1989年，杨振宁在上海交大演讲的时候还说：“……很好的海森堡传记至今还没写出，而

已有的传记对这件事是语焉不详的……这是一段非常复杂的历史，我相信将来有人会写出

重要的有关海森堡的传记。”

幸运的是，从那时起到今天，事情总算是如其所愿，有了根本性的变化。 （待续）

四

爱因斯坦没有出席1933年第七届索尔维会议，他被纳粹德国逼得离开家乡，流落异国，忧

郁地思索着欧洲那悲惨的未来。另一方面，这届索尔维会议的议题也早就不是量子论本身

，而换成了另一个激动人心的话题：爆炸般发展的原子物理。不过这个领域里的成就当然

也是在量子论的基础上取得的，而量子力学的基本形式已经确定下来，成为物理学的基础

。似乎是尘埃落定，没什么人再怀疑它的力量和正确性了。

在人们的一片乐观情绪中，爱因斯坦和薛定谔等寥寥几人愈加显得孤独起来。薛定谔和德

布罗意参加了1933年索尔维会议，却都没有发言，也许是他们对这一领域不太熟悉的缘故

吧。新新人类们在激动地探讨物质的产生和湮灭、正电子、重水、中子……那样多的新发

现让人眼花缭乱，根本忙不过来。而爱因斯坦他们现在还能做什么呢？难道他们的思想真

的已经如此过时，以致跟不上新时代那飞一般的步伐了吗？

1933年9月25日，埃仑费斯特在荷兰莱登枪杀了他那患有智力障碍的儿子，然后自杀了。他

在留给爱因斯坦，玻尔等好友的信中说：“这几年我越来越难以理解物理学的飞速发展，

我努力尝试，却更为绝望和撕心裂肺，我终于决定放弃一切。我的生活令人极度厌倦……

我仅仅是为了孩子们的经济来源而活着，这使我感到罪恶。我试过别的方法但是收效甚微

，因此我越来越多地去考虑自杀的种种细节，除此之外我没有第二条路走了……原谅我吧

。”

在爱因斯坦看来，埃仑费斯特的悲剧无疑是一个时代的悲剧。两代物理学家的思想猛烈冲

突和撞击，在一个天翻地覆的飘摇乱世，带给整个物理学以强烈的阵痛。埃仑费斯特虽然

从理智上支持玻尔，但当一个文化衰落之时，曾经为此文化所感之人必感到强烈的痛苦。

昔日黄金时代的黯淡老去，代以雨后春笋般兴起的新思潮，从量子到量子场论，原子中各

种新粒子层出不穷，稀奇古怪的概念统治整个世界。爱因斯坦的心中何曾没有埃仑费斯特

那样难以名状的巨大忧伤？爱因斯坦远远地，孤独地站在鸿沟的另一边，看着年轻人们义

无反顾地高唱着向远方进军，每一个人都对他说他站错了地方。这种感觉是那样奇怪，似

乎世界都显得朦胧而不真实。难怪曾经有人叹息说，宁愿早死几年，也不愿看到现代物理

这样一幅令人难以接受的画面。不过，爱因斯坦却仍然没有倒下，虽然他身在异乡，他的

第二个妻子又重病缠身，不久将与他生离死别，可这一切都不能使爱因斯坦放弃内心那个

坚强的信仰，那个对于坚固的因果关系，对于一个宇宙和谐秩序的痴痴信仰。爱因斯坦仍

然选择战斗，他的身影在斜阳下拉得那样长，似乎是勇敢的老战士为一个消逝的王国做最

后的悲壮抗争。

这一次他争取到了两个同盟军，他们分别是他的两个同事波多尔斯基（Boris Podolsky）

和罗森（Nathan Rosen）。1935年3月，三人共同在《物理评论》（Physics Review）杂志

上发表了一篇论文，名字叫《量子力学对物理实在的描述可能是完备的吗？》，再一次对

量子论的基础发起攻击。当然他们改变策略，不再说量子论是自相矛盾，或者错误的，而

改说它是“不完备”的。具体来说，三人争辩量子论的那种对于观察和波函数的解释是不

对的。

我们用一个稍稍简化了的实验来描述他们的主要论据。我们已经知道，量子论认为在我们

没有观察之前，一个粒子的状态是不确定的，它的波函数弥散开来，代表它的概率。但当

我们探测以后，波函数坍缩，粒子随机地取一个确定值出现在我们面前。

现在让我们想象一个大粒子，它是不稳定的，很快就会衰变成两个小粒子，向相反的两个

方向飞开去。我们假设这种粒子有两种可能的自旋，分别叫“左”和“右”，那么如果粒

子A的自旋为“左”，粒子B的自旋便一定是“右”，以保持总体守恒，反之亦然。

好，现在大粒子分裂了，两个小粒子相对飞了出去。但是要记住，在我们没有观察其中任

何一个之前，它们的状态都是不确定的，只有一个波函数可以描绘它们。只要我们不去探

测，每个粒子的自旋便都处在一种左/右可能性叠加的混合状态，为了方便我们假定两种概

率对半分，各50％。

现在我们观察粒子A，于是它的波函数一瞬间坍缩了，随机地选择了一种状态，比如说是“

左”旋。但是因为我们知道两个粒子总体要守恒，那么现在粒子B肯定就是“右”旋了。问

题是，在这之前，粒子A和粒子B之间可能已经相隔非常遥远的距离，比如说几万光年好了

。它们怎么能够做到及时地互相通信，使得在粒子A坍缩成左的一刹那，粒子B毅然坍缩成

右呢？

量子论的概率解释告诉我们，粒子A选择“左”，那是一个完全随机的决定，两个粒子并没

有事先商量好，说粒子A一定会选择左。事实上，这种选择是它被观测的那一刹那才做出的

，并没有先兆。关键在于，当A随机地作出一个选择时，远在天边的B便一定要根据它的决

定而作出相应的坍缩，变成与A不同的状态以保持总体守恒。那么，B是如何得知这一遥远

的信息的呢？难道有超过光速的信号来回于它们之间？

假设有两个观察者在宇宙的两端守株待兔，在某个时刻t，他们同时进行了观测。一个观测

A，另一个同时观测B，那么，这两个粒子会不会因为距离过于遥远，一时无法对上口径而

在仓促间做出手忙脚乱的选择，比如两个同时变成了“左”，或者“右”？显然是不太可

能的，不然就违反了守恒定律，那么是什么让它们之间保持着心有灵犀的默契，当你是“

左”的时候，我一定是“右”？

爱因斯坦等人认为，既然不可能有超过光速的信号传播，那么说粒子A和B在观测前是“不

确定的幽灵”显然是难以自圆其说的。唯一的可能是两个粒子从分离的一刹那开始，其状

态已经确定了，后来人们的观测只不过是得到了这种状态的信息而已，就像经典世界中所

描绘的那样。粒子在观测时才变成真实的说法显然违背了相对论的原理，它其中涉及到瞬

间传播的信号。这个诘难以三位发起者的首字母命名，称为“EPR佯谬”。

玻尔在得到这个消息后大吃一惊，他马上放下手头的其他工作，来全神贯注地对付爱因斯

坦的这次挑战。这套潜心演练的新阵法看起来气势汹汹，宏大堂皇，颇能夺人心魄，但玻

尔也算是爱因斯坦的老对手了。他睡了一觉后，马上发现了其中的破绽所在，原来这看上

去让人眼花缭乱的一次攻击却是个完完全全的虚招，并无实质力量。玻尔不禁得意地唱起

一支小调，调侃了波多尔斯基一下。

原来爱因斯坦和玻尔根本没有个共同的基础。在爱因斯坦的潜意识里，一直有个经典的“

实在”影像。他不言而喻地假定，EPR实验中的两个粒子在观察之前，分别都有个“客观”

的自旋状态存在，就算是概率混合吧，但粒子客观地存在于那里。但玻尔的意思是，在观

测之前，没有一个什么粒子的“自旋”！那时候自旋的粒子是不存在的，不是客观实在的

一部分，这不能用经典语言来表达，只有波函数可以描述。因此在观察之前，两个粒子―

―无论相隔多远都好――仍然是一个互相关联的整体！它们仍然必须被看作母粒子分裂时

的一个全部，直到观察以前，这两个独立的粒子都是不存在的，更谈不上客观的自旋状态

！

这是爱因斯坦和玻尔思想基础的尖锐冲突，玻尔认为，当没有观测的时候，不存在一个客

观独立的世界。所谓“实在”只有和观测手段连起来讲才有意义。在观测之前，并没有“

两个粒子”，而只有“一个粒子”，直到我们观测了A或者B，两个粒子才变成真实，变成

客观独立的存在。但在那以前，它们仍然是互相联系的一个虚无整体。并不存在什么超光

速的信号，两个遥远的粒子只有到观测的时候才同时出现在宇宙中，它们本是协调的一体

，之间无需传递什么信号。其实是这个系统没有实在性，而不是没有定域性。

EPR佯谬其实根本不是什么佯谬，它最多表明了，在“经典实在观”看来，量子论是不完备

的，这简直是废话。但是在玻尔那种“量子实在观”看来，它是非常完备和逻辑自洽的。

既生爱，何生玻。两人的世纪争论进入了尾声。在哲学基础上的不同使得两人间的意见分

歧直到最后也没能调和。一直到死，玻尔也未能使爱因斯坦信服，认为量子论的解释是完

备的。而玻尔本人也一直在同爱因斯坦的思想作斗争，在他1962年去世后的第二天，人们

在他的黑板上仍然发现画有当年爱因斯坦光箱实验的草图。两位科学巨人都为各自的信念

而奋斗了毕生，但别的科学家已经甚少关心这种争执。在量子论的引导下，科学显得如此

朝气蓬勃，它的各个分支以火箭般的速度发展，给人类社会带来了伟大的技术革命。从半

导体到核能，从激光到电子显微镜，从集成电路到分子生物学，量子论把它的光辉播撒到

人类社会的每一个角落，成为有史以来在实用中最成功的物理理论。许多人觉得，争论量

子论到底对不对简直太可笑了，只要转过头，看看身边发生的一切，看看社会的日新月异

，目光所及，无不是量子论的最好证明。

如果说EPR最大的价值所在，那就是它和别的奇想空谈不同。只要稍微改装一下，EPR是可

以为实践所检验的！我们的史话在以后会谈到，人们是如何在实验室里用实践裁决了爱因

斯坦和玻尔的争论，经典实在的概念无可奈何花落去，只留下一个苍凉的背影和深沉的叹

息。

但量子论仍然困扰着我们。它的内在意义是如此扑朔迷离，使得对它的诠释依旧众说纷纭

。量子论取得的成就是无可怀疑的，但人们一直无法确认它的真实面目所在，这争论一直

持续到今天。它将把一些让物理学家们毛骨悚然的概念带入物理中，令人一想来就不禁倒

吸一口凉气。而反对派那里还有一个薛定谔，他要放出一只可怕的怪兽，撕咬人们的理智

和神经，这就是叫许多人闻之色变的“薛定谔的猫”。

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饭后闲话：海森堡和德国原子弹计划（四）

海森堡本人于1976年去世了。在他死后两年，英国人Jones出版了《高度机密战争：英国科

学情报部门》（Most Secret War:British Scientific Intelligentce）一书，详细地分

析了海森堡当年在计算时犯下的令人咋舌的错误。但他的分析却没有被Mark Walker所采信

，在资料详细的《德国国家社会主义及核力量的寻求》（German National Socialism an

d the Quest for Nubclear Power，1989年出版）中，Walker还是认为海森堡在1942年头

脑清楚，知道正确的事实。

到了1992年，Hofstra大学的戴维?卡西迪（David Cassidy）出版了著名的海森堡传记《不

确定性：海森堡传》，这至今仍被认为是海森堡的标准传记。他分析了整件事情，并最后

站在了古德施密特等人的立场上，认为海森堡并没有什么主观的愿望去“摧毁”一个原子

弹计划，他当年确实算错了。

但是很快到了1993年，戏剧性的情况又发生了。Thomas Powers写出了巨著《海森堡的战争

》（Heisenberg’s War）。Powers本是记者出身，非常了解如何使得作品具有可读性。因

此虽然这本厚书足有607页，但文字奇巧，读来引人入胜，很快成了畅销作品。Powers言之

凿凿地说，海森堡当年不仅仅是“消极”地对待原子弹计划，他更是“积极”地破坏了这

个计划的成功实施。他绘声绘色地向人们描绘了一幕幕阴谋、间谍、计划，后来有人挪揄

说，这本书的前半部分简直就是一部间谍小说。不管怎么样说，这本书在公众中的反响是

很大的，海森堡作为一个高尚的，富有机智和正义感的科学家形象也深入人心，更直接影

响了后来的戏剧《哥本哈根》。从以上的描述可以见到，对这件事的看法在短短几年中产

生了多少极端不同的看法，这在科学史上几乎独一无二。

1992年披露了一件非常重要的史料，那就是海森堡他们当初被囚在Farm Hall的窃听录音抄

本。这个东东长期来是保密的，只能在几个消息灵通者的著作中见到一星半点。1992年这

份被称为Farm Hall Transcript的文件解密，由加州大学伯克利出版，引起轰动。Powers

就借助了这份新资料，写出了他的著作。

《海森堡的战争》一书被英国记者兼剧作家Michael Frayn读到，后者为其所深深吸引，不

由产生了一个巧妙的戏剧构思。在“海森堡之谜”的核心，有一幕非常神秘，长期为人们

争议不休的场景，那就是1941年他对玻尔的访问。当时丹麦已被德国占领，纳粹在全欧洲

的攻势势如破竹。海森堡那时意识到了原子弹制造的可能性，他和魏扎克两人急急地假借

一个学术会议的名头，跑到哥本哈根去会见当年的老师玻尔。这次会见的目的和谈话内容

一直不为人所知，玻尔本人对此隐讳莫深，绝口不谈。唯一能够确定的就是当时两人闹得

很不愉快，玻尔和海森堡之间原本情若父子，但这次见面后多年的情义一朝了断，只剩下

表面上的客气。发生了什么事？

有人说，海森堡去警告玻尔让他注意德国的计划。有人说海森堡去试图把玻尔也拉进他们

的计划中来。有人说海森堡想探听盟军在这方面的进展如何。有人说海森堡感到罪孽，要

向玻尔这位“教皇”请求宽恕……

Michael Frayn着迷于Powers的说法，海森堡去到哥本哈根向玻尔求证盟军在这方面的进展

，并试图达成协议，双方一起“破坏”这个可怕的计划。也就是说，任何一方的科学家都

不要积极投入到原子弹这个领域中去，这样大家扯平，人类也可以得救。这几乎是一幕可

遇而不可求的戏剧场景，种种复杂的环境和内心冲突交织在一起，纠缠成千千情结，组成

精彩的高潮段落。一方面海森堡有强烈的爱国热情和服从性，他无法拒绝为德国服务的命

令。但海森堡又挣扎于人类的责任感，感受到科学家的道德情怀。而且他又是那样生怕盟

军也造出原子弹，给祖国造成永远的伤痕。海森堡面对玻尔，那个伟大的老师玻尔，那个

他当作父亲一样看待的玻尔，曾经领导梦幻般哥本哈根派的玻尔，却也是“敌人”玻尔，

视德国为仇敌的玻尔，却又教人如何开口，如何遣词……少年的回忆，物理上的思索，敬

爱的师长，现实的政治，祖国的感情，人类的道德责任，战争年代……这些融在一起会产

生怎样的语言和思绪？还有比这更杰出的戏剧题材吗？

《哥本哈根》的第一幕中为海森堡安排了如此的台词：

“玻尔，我必须知道（盟军的计划）！我是那个能够作出最后决定的人！如果盟军也在制

造炸弹，我正在为我的祖国作出怎样的选择？……要是一个人认为如果祖国做错了，他就

不应该爱她，那是错误的。德意志是生我养我的地方，是我长大成人的地方，她是我童年

时的一张张面孔，是我跌倒时把我扶起的那双双大手，是鼓起我的勇气支持我前进的那些

声音，是和我内心直接对话的那些灵魂。德国是我孀居的母亲和难缠的兄弟，德国是我的

妻子，是我的孩子，我必须知道我正在为她作出怎样的决定！是又一次的失败？又一场恶

梦，如同伴随我成长起来的那个一样的恶梦？玻尔，我在慕尼黑的童年结束在无政府和内

战中，我们的孩子们是不是要再一次挨饿，就像我们当年那样？他们是不是要像我那样，

在寒冷的冬夜里手脚并用地爬过敌人的封锁线，在黑暗的掩护下于雪地中匍匐前进，只是

为了给家里找来一些食物？他们是不是会像我17岁那年时，整个晚上守着惊恐的犯人，长

夜里不停地和他们说话，因为他们一早就要被处决？”

这样的残酷的两难，造成观众情感上的巨大冲击，展示整个复杂的人性。戏剧本质上便是

一连串的冲突，如此精彩的题材，已经注定了这是一出伟大的戏剧作品。但从历史上来说

，这样的美妙景象却是靠不住的。Michael Frayn后来说他认为Powers有道理，至少他掌握

了以前人们没有的资料，也就是Farm Hall Transcript，可惜他的这一宝似乎押错了。 （

待续）

五

即使摆脱了爱因斯坦，量子论也没有多少轻松。关于测量的难题总是困扰着多数物理学家

，只不过他们通常乐得不去想它。不管它有多奇怪，太阳还是每天升起，不是吗？周末仍

然有联赛，那个足球还是硬梆梆的。你的工资不会因为不确定性而有奇妙的增长。考试交

白卷而依然拿到学分的机会仍旧是没有的。你化成一团概率波直接穿过墙壁而走到房子外

面，怎么说呢，不是完全不可能的，但机会是如此之低，以致你数尽了恒河沙，轮回了亿

万世，宇宙入灭而又涅??了无数回，还是难得见到这种景象。

确实是这样，电子是个幽灵就让它去好了。只要我们日常所见的那个世界实实在在，这也

就不会增添乐观的世人太多的烦恼。可是薛定谔不这么想，如果世界是建立在幽灵的基础

上，谁说世界本身不就是个幽灵呢？量子论玩的这种瞒天过海的把戏，是别想逃过他的眼

睛的。

EPR出台的时候，薛定谔大为高兴，称赞爱因斯坦“抓住了量子论的小辫子。”受此启发

，他在1935年也发表了一篇论文，题为《量子力学的现状》（Die gegenwartige

Situation in der Quantenmechanik），文中的口气非常讽刺。总而言之，是和哥本哈根

派誓不两立的了。

在论文的第5节，薛定谔描述了那个常被视为恶梦的猫实验。好，哥本哈根派说，没有测

量之前，一个粒子的状态模糊不清，处于各种可能性的混合叠加，是吧？比如一个放射性

原子，它何时衰变是完全概率性的。只要没有观察，它便处于衰变/不衰变的叠加状态中

，只有确实地测量了，它才随机选择一种状态而出现。

好得很，那么让我们把这个原子放在一个不透明的箱子中让它保持这种叠加状态。现在薛

定谔想象了一种结构巧妙的精密装置，每当原子衰变而放出一个中子，它就激发一连串连

锁反应，最终结果是打破箱子里的一个毒气瓶，而同时在箱子里的还有一只可怜的猫。事

情很明显：如果原子衰变了，那么毒气瓶就被打破，猫就被毒死。要是原子没有衰变，那

么猫就好好地活着。

自然的推论：当它们都被锁在箱子里时，因为我们没有观察，所以那个原子处在衰变/不

衰变的叠加状态。因为原子的状态不确定，所以猫的状态也不确定，只有当我们打开箱子

察看，事情才最终定论：要么猫四脚朝天躺在箱子里死掉了，要么它活蹦乱跳地“喵呜”

直叫。问题是，当我们没有打开箱子之前，这只猫处在什么状态？似乎唯一的可能就是，

它和我们的原子一样处在叠加态，这只猫当时陷于一种死/活的混合。

现在就不光光是原子是否幽灵的问题了，现在猫也变成了幽灵。一只猫同时又是死的又是

活的？它处在不死不活的叠加态？这未免和常识太过冲突，同时在生物学角度来讲也是奇

谈怪论。如果打开箱子出来一只活猫，那么要是它能说话，它会不会描述那种死/活叠加

的奇异感受？恐怕不太可能。

薛定谔的实验把量子效应放大到了我们的日常世界，现在量子的奇特性质牵涉到我们的日

常生活了，牵涉到我们心爱的宠物猫究竟是死还是活的问题。这个实验虽然简单，却比EP

R要辛辣许多，这一次扎得哥本哈根派够疼的。他们不得不退一步以咽下这杯苦酒：是的

，当我们没有观察的时候，那只猫的确是又死又活的。

不仅仅是猫，一切的一切，当我们不去观察的时候，都是处在不确定的叠加状态的，因为

世间万物也都是由服从不确定性原理的原子组成，所以一切都不能免俗。量子派后来有一

个被哄传得很广的论调说：“当我们不观察时，月亮是不存在的”。这稍稍偏离了本意，

准确来说，因为月亮也是由不确定的粒子组成的，所以如果我们转过头不去看月亮，那一

大堆粒子就开始按照波函数弥散开去。于是乎，月亮的边缘开始显得模糊而不确定，它逐

渐“融化”，变成概率波扩散到周围的空间里去。当然这么大一个月亮完全融化成空间中

的概率是需要很长很长时间的，不过问题的实质是：要是不观察月亮，它就从确定的状态

变成无数不确定的叠加。不观察它时，一个确定的，客观的月亮是不存在的。但只要一回

头，一轮明月便又高悬空中，似乎什么事也没发生过一样。

不能不承认，这听起来很有强烈的主观唯心论的味道。虽然它其实和我们通常理解的那种

哲学理论有一定区别，不过讲到这里，许多人大概都会自然而然地想起贝克莱（George

Berkeley）主教的那句名言：“存在就是被感知”（拉丁文：Esse Est Percipi）。这句

话要是稍微改一改讲成“存在就是被测量”，那就和哥本哈根派的意思差不离了。贝克莱

在哲学史上的地位无疑是重要的，但人们通常乐于批判他，我们的哥本哈根派是否比他走

得更远呢？好歹贝克莱还认为事物是连续客观地存在的，因为总有“上帝”在不停地看着

一切。而量子论？“陛下，我不需要上帝这个假设”。

与贝克莱互相辉映的东方代表大概要算王阳明。他在《传习录•下》中也说过一句

有名的话：“你未看此花时，此花与汝同归于寂；你来看此花时，则此花颜色一时明白起

来……”如果王阳明懂量子论，他多半会说：“你未观测此花时，此花并未实在地存在，

按波函数而归于寂；你来观测此花时，则此花波函数发生坍缩，它的颜色一时变成明白的

实在……”测量即是理，测量外无理。

当然，我们无意把这篇史话变成纯粹的乏味的哲学探讨，经验往往表明，这类空洞的议论

最终会变成毫无意义，让人昏昏欲睡的鸡肋文字。我们还是回到具体的问题上来，当我们

不去观察箱子内的情况的时候，那只猫真的“又是活的又是死的”？

这的确是一个让人尴尬和难以想象的问题。霍金曾说过：“当我听说薛定谔的猫的时候，

我就跑去拿枪。”薛定谔本人在论文里把它描述成一个“恶魔般的装置”（diabolische

，英文diabolical，玩Diablo的人大概能更好地理解它的意思）。我们已经见识到了量子

论那种种令人惊异甚至瞠目结舌的古怪性质，但那只是在我们根本不熟悉也没有太大兴趣

了解的微观世界而已，可现在它突然要开始影响我们周围的一切了？一个人或许能接受电

子处在叠加状态的事实，但一旦谈论起宏观的事物比如我们的猫也处在某种“叠加”状态

，任谁都要感到一点畏首畏尾。不过，对于这个问题，我们现在已经知道许多，特别是近

十年来有着许多杰出的实验来证实它的一些奇特的性质。但我们还是按着我们史话的步伐

，一步步地来探究这个饶有趣味的话题，还是从哥本哈根解释说起吧。

猫处于死/活的叠加态？人们无法接受这一点，最关键的地方就在于：经验告诉我们这种

奇异的二重状态似乎是不太可能被一个宏观的生物，比如猫或者我们自己，所感受到的。

还是那句话：如果猫能说话，它会描述这种二象性的感觉吗？如果它侥幸幸存，它会不会

说：“是的，我当时变成了一缕概率波，我感到自己弥漫在空间里，一半已经死去了，而

另一半还活着。这真是令人飘飘然的感觉，你也来试试看？”这恐怕没人相信。

好，我们退一步，猫不会说话，那么我们把一个会说话的人放入箱子里面去。当然，这听

起来有点残忍，似乎是纳粹的毒气集中营，不过我们只是在想象中进行而已。这个人如果

能生还，他会那样说吗？显然不会，他肯定无比坚定地宣称，自己从头到尾都活得好好的

，根本没有什么半生半死的状态出现。可是，这次不同了，因为他自己已经是一个观察者

了啊！他在箱子里不断观察自己的状态，从而不停地触动自己的波函数坍缩，我们把一个

观测者放进了箱子里！

可是，奇怪，为什么我们对猫就不能这样说呢？猫也在不停观察着自己啊。猫和人有什么

不同呢？难道区别就在于一个可以出来愤怒地反驳量子论的论调，一个只能“喵喵”叫吗

？令我们吃惊的是，这的确可能是至关重要的分别！人可以感觉到自己的存活，而猫不能

，换句话说，人有能力“测量”自己活着与否，而猫不能！人有一样猫所没有的东西，那

就是“意识”！因此，人能够测量自己的波函数使其坍缩，而猫无能为力，只能停留在死

/活叠加任其发展的波函数中。

意识！这个字眼出现在物理学中真是难以想象。如果它还出自一位诺贝尔物理学奖得主之

口，是不是令人晕眩不已？难道，这世界真的已经改变了么？

半死半活的“薛定谔的猫”是科学史上著名的怪异形象之一，和它同列名人堂的也许还有

芝诺的那只永远追不上的乌龟，拉普拉斯的那位无所不知从而预言一切的老智者，麦克斯

韦的那个机智地控制出入口，以致快慢分子逐渐分离，系统熵为之倒流的妖精，被相对论

搞得头昏脑涨，分不清谁是哥哥谁是弟弟的那对双生子，等等等等。薛定谔的猫在大众中

也十分受欢迎，常常出现在剧本，漫画和音乐中，虽然比不上同胞Garfield或者Tom，也

算是有点人气。有意思的是，它常常和“巴甫洛夫的狗”作为搭档一唱一和出现。它最长

脸的一次大概是被“恐惧之泪”(Tears for Fears)，这个在80年代红极一时的乐队作为

一首歌的标题演唱，虽然歌词是“薛定谔的猫死在了这个世界”。

*********

饭后闲话：海森堡和德国原子弹计划（五）

《哥本哈根》一剧于1998年5月21日于伦敦皇家剧院首演，随后进军法国和百老汇，引起

轰动，囊括了包括英国标准晚报奖（Evening Standard），法国莫里哀戏剧奖和美国东尼

奖等一系列殊荣。剧本描写玻尔和夫人玛格丽特，还有海森堡三人在死后重聚在某个时空

，不断地回首前尘往世，追寻1941年会面的前因后果。时空维度的错乱，从各个角度对前

生的探寻，简洁却富予深意的对话，平淡到极点的布景，把气氛塑造得迷离惝恍，如梦如

幻，从戏剧角度说极其出色，得到好评如潮。后来PBS又把它改编成电视剧播出，获得的

成功是巨大的。

但Thomas Powers《海森堡的战争》一书的命运却大相径庭。甚至早在《哥》剧大红大紫

之前，它便开始被许多历史学家所批评，一时间在各种学术期刊上几乎成为众矢之的。因

为对Farm Hall Transcript稍加深入的研究很快就表明事实完全和Powers说的不一样。海

森堡的主要传记作者Cassidy在为Nature杂志写的书评里说：“……该作者在研究中过于

肤浅，对材料的处理又过于带有偏见，以致于他的精心论证一点也不令人信服。（Nature

V363）”而Science杂志的评论则说：“这本书，就像铀的临界质量一样，需要特别小心

地对待。（Science V259）”纽约大学的Paul Forman在《美国历史评论》杂志上说：“

（这本书）更适合做一本小说，而不是学术著作。”他统计说在英美的评论者中，大约3/

5的人完全不相信Powers的话，1/5的人认为他不那么具有说服力，只有1/5倾向于赞同他

的说法。

而在1998年出版的《海森堡与纳粹原子弹计划》一书中，历史学家Paul Rose大约是过于

义愤填膺，用了许多在学者中少见的尖刻词语来评价Powers的这本书，诸如“彻头彻尾虚

假的（entirely bogus）”、‘幻想（fantasy）”、“学术上的灾难（scholarly

disaster）”、“臃肿的（elephantine）”……等等。

OK，不管人们怎么说，我们还是回过头来看看海森堡宣称的一切。首先非常明显可以感受

到的就是他对于德国物理学的一种极其的自负，这种态度是如此明显，以致后来一位德国

教授评论时都说：“我真不敢相信他们竟能有如此傲慢的态度。”海森堡大约是死也不肯

承认德国人在理论上“技不如人”的了，他说直到1942年双方的进展还“基本相当”，这

本身就很奇怪。盟国方面在1942年已经对原子弹的制造有了非常清楚的概念，他们明确地

知道正确的临界质量参数，他们已经做了大量的实验得到了充分的相关数据。到了1942年

12月，费米已经在芝加哥大学的网球场房里建成了世界上第一个可控反应堆，而德国直到

战争结束也只在这方面得到了有限的进展。一旦万事具备，曼哈顿计划启动，在盟国方面

整个工程就可以顺利地上马进行，而德国方面显然不具备这样的能力。

海森堡的这种骄傲心理是明显的，当然这不是什么坏事，但似乎能够使我们更好地揣摩他

的心理。当广岛的消息传来，众人都陷入震惊。没心计的哈恩对海森堡说：“你只是一个

二流人物，不如卷铺盖回家吧。”而且……前后说了两次。海森堡要是可以容忍“二流”

，那也不是海森堡了。

早在1938年，海森堡因为不肯放弃教授所谓“犹太物理学”而被党卫军报纸称为“白犹太

人”，他马上通过私人关系找到希姆莱要求澄清，甚至做好了离国的准备。海森堡对索末

菲说：“你知道离开德国对我来说是痛苦的事情，不是万不得已我不会这样做。但是，我

也没有兴趣在这里做一个二等公民。”海森堡对个人荣誉还是很看重的。

但是，一流的海森堡却在计算中犯了一个末流，甚至不入流的错误，直接导致了德国对临

界质量的夸大估计。这个低级错误实在令人吃惊，至今无法理解为何如此，或许，一些偶

然的事件真的能够改变历史吧？（待续）

第九章 测量问题

一

我们已经在科莫会议上认识了冯•诺伊曼（John Von Neumann），这位现代计算机

的奠基人之一，20世纪最杰出的数学家。关于他的种种传说在科学界就像经久不息的传奇

故事，流传得越来越广越来越玄：说他6岁就能心算8位数乘法啦，8岁就懂得微积分啦，1

2岁就精通泛函分析啦，又有人说他过目不忘，精熟历史，有人举出种种匪夷所思的例子

来说明他的心算能力如何惊人。有人说他10岁便通晓5种语言，并能用每一种来写搞笑的

打油诗，这一数字在另一些人口中变成了7种。不管怎么样，每个人都承认，这家伙是一

个百年罕见的天才。

要一一列举他的杰出成就得花上许多时间：从集合论到数学基础方面的研究；从算子环到

遍历理论，从博弈论到数值分析，从计算机结构到自动机理论，每一项都可以大书特书。

不过我们在这里只关注他对于量子论的贡献，仅仅这一项也已经足够让他在我们的史话里

占有一席之地。

我们在前面已经说到，狄拉克在1930年出版了著名的《量子力学原理》教材，完成了量子

力学的普遍综合。但从纯数学上来说，量子论仍然缺乏一个共同的严格基础，这一缺陷便

由冯诺伊曼来弥补。1926年，他来到哥廷根，担任著名的希尔伯特的助手，他们俩再加上

诺戴姆不久便共同发表了《量子力学基础》的论文，将希尔伯特的算子理论引入量子论中

，将这一物理体系从数学上严格化。到了1932年，冯诺伊曼又发展了这一工作，出版了名

著《量子力学的数学基础》。这本书于1955年由普林斯顿推出英文版，至今仍是经典的教

材。我们无意深入数学中去，不过冯诺伊曼证明了几个很有意思的结论，特别是关于我们

的测量行为的，这深深影响了一代物理学家对波函数坍缩的看法。

我们还对上一章困扰我们的测量问题记忆犹新：每当我们一观测时，系统的波函数就坍缩

了，按概率跳出来一个实际的结果，如果不观测，那它就按照方程严格发展。这是两种迥

然不同的过程，后者是连续的，在数学上可逆的，完全确定的，而前者却是一个“坍缩”

，它随机，不可逆，至今也不清楚内在的机制究竟是什么。这两种过程是如何转换的？是

什么触动了波函数这种剧烈的变化？是“观测”吗？但是，我们这样讲的时候，用的语言

是日常的，暧昧的，模棱两可的。我们一直理所当然地用使用“观测”这个词语，却没有

给它下一个精确的定义。什么样的行为算是一次“观测”？如果说睁开眼睛看算是一次观

测，那么闭上眼睛用手去摸呢？用棍子去捅呢？用仪器记录呢？如果说人可以算是“观测

者”，那么猫呢？一台计算机呢？一个盖革计数器又如何？

冯诺伊曼敏锐地指出，我们用于测量目标的那些仪器本身也是由不确定的粒子所组成的，

它们自己也拥有自己的波函数。当我们用仪器去“观测”的时候，这只会把仪器本身也卷

入到这个模糊叠加态中间去。怎么说呢，假如我们想测量一个电子是通过了左边还是右边

的狭缝，我们用一台仪器去测量，并用指针摇摆的方向来报告这一结果。但是，令人哭笑

不得的是，因为这台仪器本身也有自己的波函数，如果我们不“观测”这台仪器本身，它

的波函数便也陷入一种模糊的叠加态中！诺伊曼的数学模型显示，当仪器测量电子后，电

子的波函数坍缩了不假，但左/右的叠加只是被转移到了仪器那里而已。现在是我们的仪

器处于指针指向左还是右的叠加状态了！假如我们再用仪器B去测量那台仪器A，好，现在

A的波函数又坍缩了，它的状态变成确定，可是B又陷入模糊不定中……总而言之，当我们

用仪器去测量仪器，这整个链条的最后一台仪器总是处在不确定状态中，这叫做“无限后

退”（infinite regression）。从另一个角度看，假如我们把用于测量的仪器也加入到

整个系统中去，这个大系统的波函数从未彻底坍缩过！

可是，我们相当肯定的是，当我们看到了仪器报告的结果后，这个过程就结束了。我们自

己不会处于什么荒诞的叠加态中去。当我们的大脑接受到测量的信息后，game over，波

函数不再捣乱了。

难道说，人类意识（Consciousness）的参予才是波函数坍缩的原因？只有当电子的随机

选择结果被“意识到了”，它才真正地变为现实，从波函数中脱胎而出来到这个世界上。

而只要它还没有“被意识到”，波函数便总是留在不确定的状态，只不过从一个地方不断

地往最后一个测量仪器那里转移罢了。在诺伊曼看来，波函数可以看作希尔伯特空间中的

一个矢量，而“坍缩”则是它在某个方向上的投影。然而是什么造成这种投影呢？难道是

我们的自由意识？

换句话说，因为一台仪器无法“意识”到自己的指针是指向左还是指向右的，所以它必须

陷入左/右的混合态中。一只猫无法“意识”到自己是活着还是死了，所以它可以陷于死/

活的混合态中。但是，你和我可以“意识”到电子究竟是左还是右，我们是生还是死，所

以到了我们这里波函数终于彻底坍缩了，世界终于变成现实，以免给我们的意识造成混乱

。

疯狂？不理性？一派胡言？难以置信？或许每个人都有这种震惊的感觉。自然科学，这最

骄傲的贵族，宇宙万物的立法者，对自然终极奥秘孜孜不倦的探险家，这个总是自诩为最

客观，最严苛、最一丝不苟、最不能容忍主观意识的法官，现在居然要把人类的意识，或

者换个词说，灵魂，放到宇宙的中心！哥白尼当年将人从宇宙中心驱逐了出去，而现在他

们又改头换面地回来了？这足以让每一个科学家毛骨悚然。

不，这一定是胡说八道，说这话的人肯定是发疯了，要不就是个物理白痴。物理学需要“

意识”？这是本世纪最大的笑话！但是，且慢，说这话的人也许比你聪明许多，说不定，

还是一位诺贝尔物理学奖得主？

尤金•维格纳（Eugene Wigner）于1902年11月17日出生于匈牙利布达佩斯。他在一

间路德教会中学上学时认识了冯诺伊曼，后者是他的学弟。两人一个更擅长数学，一个更

擅长物理，在很长时间里是一个相当互补的组合。维格纳是20世纪最重要的物理学家之一

，他把群论应用到量子力学中，对原子核模型的建立起到了至关重要的作用。他和狄拉克

、约尔当等人一起成为量子场论的奠基人，顺便说一句，他的妹妹嫁给了狄拉克，因而成

为后者的大舅子。他参予了曼哈顿计划，在核反应理论方面有着突出的贡献。1963年，他

被授予诺贝尔物理奖金。

对于量子论中的观测问题，维格纳的意见是：意识无疑在触动波函数中担当了一个重要的

角色。当人们还在为薛定谔那只倒霉的猫而争论不休的时候，维格纳又出来捅了一个更大

的马蜂窝，这就是所谓的“维格纳的朋友”。

“维格纳的朋友”是他所想象的某个熟人（我猜想其原型不是狄拉克就是冯诺伊曼！），

当薛定谔的猫在箱子里默默地等待命运的判决之时，这位朋友戴着一个防毒面具也同样呆

在箱子里观察这只猫。维格纳本人则退到房间外面不去观测箱子里到底发生了什么。现在

，对于维格纳来说，他对房间里的情况一无所知，他是不是可以假定箱子里处于一个（活

猫+高兴的朋友）AND（死猫+悲伤的朋友）的混合态呢？可是，当他事后询问那位朋友的

时候，后者肯定会否认这一种叠加状态。维格纳总结道，当朋友的意识被包含在整个系统

中的时候，叠加态就不适用了。即使他本人在门外，箱子里的波函数还是因为朋友的观测

而不断地被触动，因此只有活猫或者死猫两个纯态的可能。

维格纳论证说，意识可以作用于外部世界，使波函数坍缩是不足为奇的。因为外部世界的

变化可以引起我们意识的改变，根据牛顿第三定律，作用与反作用原理，意识也应当能够

反过来作用于外部世界。他把论文命名为《对于灵肉问题的评论》（Remarks on the

mind-body question），收集在他1967年的论文集里。

量子论是不是玩得过火了？难道“意识”，这种虚无飘渺的概念真的要占领神圣的物理领

域，成为我们理论的一个核心吗？人们总在内心深处排斥这种“恐怖”的想法，柯文尼（

Peter Coveney）和海菲尔德（Roger Highfield）写过一本叫做《时间之箭》（The

arrow of time）的书，其中讲到了维格纳的主张。但在这本书的中文版里，译者特地加

了一个“读者存照”，说这种基于意识的解释是“牵强附会”的，它声称观测完全可以由

一套测量仪器作出，因此是“完全客观”的。但是这种说法显然也站不住脚，因为仪器也

只不过给冯诺伊曼的无限后退链条增添了一个环节而已，不观测这仪器，它仍然处在叠加

的波函数中。

可问题是，究竟什么才是“意识”？这带来的问题比我们的波函数本身还要多得多，是一

个得不偿失的策略。意识是独立于物质的吗？它服从物理定律吗？意识可以存在于低等动

物身上吗？可以存在于机器中吗？更多的难题如潮水般地涌来把无助的我们吞没，这滋味

并不比困扰于波函数怎样坍缩来得好受多少。

事实上，只有没事干的哲学家才对这种问题津津乐道，真正的脑科学家和神经科学家对此

往往是不屑一顾或者漠不关心。当意识问题被拉入对于量子论的解释后，许多介绍物理的

书籍里都煞有介事地出现了大脑的剖面图，不厌其烦地讲解皮层的各个分区，神经结的连

接，海马体……这的确是有趣的景象！接下来，我们不如对这个意识问题做几句简单的探

讨，不过我们并不想在这上面花太多的时间，因为我们的史话还要继续前进，仍有一些新

奇的东西正等着我们。

在这节的最后要特别声明的是，关于“意识作用于外部世界”只是一种可能的说法而已。

这并不意味着种种所谓的“特异功能”，“心灵感应”，“意念移物”，“远距离弯曲勺

子”等等有了理论基础。对于这些东西，大家最好还是坚持“特别异乎寻常的声明需要有

特别坚强的证据支持”这一原则，要求对每一个个例进行严格的，可重复的双盲实验。就

我所知，还没有一个特异功能的例子通过了类似的检验。

*********

饭后闲话：海森堡和德国原子弹计划（六）

计算临界质量的大小本质上是一个统计问题。为了确保在过多的中子逃逸而使链式反应停

止之前有足够的铀235分子得到分裂，它至少应该能保证2^80个分子（大约1摩尔）进行了

反应，也就是维持80次分裂。这个范围是多大呢？这相当于问，一个人（分子）在随机地

前进并折返了80次之后大约会停留在多大的半径里。这是非常有名的“醉鬼走路”问题，

如果你读过盖莫夫的老科普书《从一到无穷大》，也许你还会对它有点印象。海森堡就此

算出了一个距离：54厘米，这相当于需要13吨铀235，而在当时要分离出如此之多是难以

想象的。

但是，54厘米这个数字是一个上限，也就是说，在最坏的情况下才需要54厘米半径的铀23

5。实际上在计算中忽略了许多的具体情况比如中子的吸收，或者在少得多的情况下也能

够引起链式反应，还有种种海森堡因为太过“聪明”而忽略的重要限制条件。海森堡把一

个相当复杂的问题过分简化，从他的计算中可以看出，他对快中子反应其实缺乏彻底的了

解，这一切都导致他在报告中把几吨的铀235当作一个下限，也就是“最少需要”的质量

，而且直到广岛原子弹爆炸后还带着这一观点（他不知道，佩尔斯在1939年已经做出了正

确的结果！）。

这样一个错误，不要说是海森堡这样的一流物理学家，哪怕是一个普通的物理系大学生也

不应该犯下。而且竟然没有人对他的结果进行过反驳！这不免让一些人浮想联翩，认为海

森堡“特地”炮制了这样一个错误来欺骗上头从而阻止原子弹的制造。可惜从一切的情况

来看，海森堡自己对此也是深信不疑的。

1945年8月6日，被囚在Farm Hall的德国科学家们被告知广岛的消息，各个震惊不已。海

森堡一开始评论说：“我一点也不相信这个原子弹的消息，当然我可能错了。我以为他们

（盟国）可能有10吨的富铀，但没想到他们有10吨的纯铀235！”海森堡仍然以为，一颗

核弹要几吨的铀235。哈恩对这个评论感到震惊，因为他原以为只要很少的铀就可以制造

炸弹（这是海森堡以前说过的，但那是指一个“反应堆炸弹”，也就是反应堆陷入不稳定

而变成爆炸物，哈恩显然搞错了）。海森堡纠正了这一观点，然后猜测盟国可能找到了一

种有效地分离同位素的办法（他仍然以为盟国分离了那么多铀235，而不是自己的估计错

了！）。

9点整，众人一起收听了BBC的新闻，然后又展开热烈讨论。海森堡虽然作了一些正确的分

析，但却又提出了那个“54厘米”的估计。第二天，众人开始起草备忘录。第三天，海森

堡和沃兹讨论了钚炸弹的可能性，海森堡觉得钚可能比想象得更容易分裂（他从报纸上得

知原子弹并不大），但他自己没有数据，因为德国没有反应堆来生产钚。直到此时，海森

堡仍然以为铀弹需要几吨的质量才行。（这个专题再有一节就结束了，呵呵。）

二

意识使波函数坍缩？可什么才是意识呢？这是被哲学家讨论得最多的问题之一，但在科学

界的反应却相对冷淡。在心理学界，以沃森（John B.Watson）和斯金纳（B.F.Skinner）

等人所代表的行为主义学派通常乐于把精神事件分解为刺激和反应来研究，而忽略无法用

实验确证的“意识”本身。的确，甚至给“意识”下一个准确的定义都是困难的，它产生

于何处，具体活动于哪个部分，如何作用于我们的身体都还是未知之谜。人们一般能够达

成共识的是，并非大脑的所有活动都是“意识”，事实上大脑的许多活动是我们本身意识

不到的，我们通常只注意到它的输出结果，而并不参控它运行的整个过程。当我的耳边响

起《第九交响曲》时，我的眼前突然不由浮现出我在中学时代的童年时光，但我自己一点

都不知道我的大脑是如何具体地一步步完成了这个过程，这是在我的“下意识”中完成的

！有时候我甚至会奇怪：我为什么会这样想呢？另外，许多人也承认，“意识”似乎与我

们的“注意”密切相关，它同时还要求一定的记忆能力来完成前后连贯的动作。

可以肯定的是，意识不是一种具体的物质实在。没有人在进行脑科手术时在颅骨内发现过

任何有形的“意识”的存在。它是不是脑的一部分的作用体现呢？看起来应该如此，但具

体哪个部分负责“意识”却是众说纷纭。有人说是大脑，因为大脑才有种种复杂的交流性

功能，而掌握身体控制的小脑看起来更像一台自动机器。我们在学习游泳或者骑自行车的

时候，一开始总是要战战兢兢，注意身体每个姿势的控制，每个动作前都要想想好。但一

旦熟练以后，小脑就接管了身体的运动，把它变成了一种本能般的行为。比如骑惯自行车

的人就并不需要时时“意识”到他的每个动作。事实上，我们“意识”的反应是相当迟缓

的（有实验报告说有半秒的延迟），当一位钢琴家进行熟练的演奏时，他往往是“不假思

索”，一气呵成，从某种角度来说，这已经不能称作“完全有意识”的行为，就像我们平

常说的：“熟极而流，想都不想”。而且值得注意的是，这种后天学习的身体技能往往可

以保持很长时间不被遗忘。

也有人说，大脑并没有意识，而只是指挥身体的行动。在一个实验中，我们刺激大脑的某

个区域使得试验者的右手运动，但试验者本身“并不想”使它运动！那么，当我们“有意

识”地想要运动我们的右手时，必定在某处由意识产生了这种欲望，然后通过电信号传达

给特定的皮层，最后才导致运动本身。实验者认为中脑和丘脑是这种自由意识所在。但也

有别人认为是网状体，或者海马体的。很多人还认为，大脑左半球才可以称得上“有意识

”，而右半球则是自动机。

这些具体的争论且放在一边不管，我们站高一点来看问题：意识在本质上是什么东西呢？

它是不是某种神秘的非物质世界的幽灵，完全脱离我们的身体大脑而存在，只有当它“附

体”在我们身上时，我们才会获得这种意识呢？显然绝大多数科学家都不会认同这种说法

，一种心照不宣的观点是，意识是一种结构模式，它完全基于物质基础（我们的脑）而存

在，但却需要更高一层次的规律去阐释它。这就是所谓的“整体论”（Holism）的解释。

什么是意识？这好比问：什么是信息？一个消息是一种信息，但是，它的载体本身并非信

息，它所蕴涵的内容才是。我告诉你：“湖人队今天输球了”，这8个字本身并不是信息

，它的内容“湖人队输球”才是真正的信息。同样的信息完全可以用另外的载体来表达，

比如写一行字告诉你，或者发一个E-Mail给你，或者做一个手势。所以，研究载体本身并

不能得出对相关信息有益的结论，就算我把这8个字拆成一笔一划研究个透彻，这也不能

帮助我了解“湖人队输球”的意义何在。信息并不存在于每一个字中，而存在于这8个字

的组合中，对于它的描述需要用到比单个字更高一层次的语言和规律。

什么是贝多芬的《第九交响曲》？它无非是一串音符的组合。但音符本身并不是交响曲，

如果我们想描述这首伟大作品，我们要涉及的是音符的“组合模式”！什么是海明威的《

老人与海》？它无非是一串字母的组合。但字母本身也不是小说，它们的“组合模式”才

是！为了更好地理解字母不是小说，组合模式才是小说的概念，我们假设用最简单的编码

方法来加密《老人与海》这部作品，也就是对于每一个字母用相应的符号来替换。比如说

A换成圆圈，B换成方块，C换成三角……等等。现在我们手上有一本充满了古怪符号的书

，我问你：这还是《老人与海》吗？大部分人应该承认：还是。因为原书的信息并没有任

何的损失，它的“组合模式”仍然原封不动地保留在那里，只不过在基础层面上换了一种

表达方式罢了，它完全可以再反编译回来。这本密码版《老人与海》完全等价于原本《老

人与海》！

回到我们的问题上来：什么是意识？意识是组成脑的原子群的一种“组合模式”！我们脑

的物质基础和一块石头没什么不同，是由同样的碳原子、氢原子、氧原子……组成的。构

成我们脑的电子和构成一块石头的电子完全相同，就算把它们相互调换，也不会造成我们

的脑袋变成一块石头的奇观。我们的意识，完全建筑在我们脑袋的结构模式之上！只要一

堆原子按照特定的方式排列起来，它就可以构成我们的意识，就像只要一堆字母按照特定

的方式排列起来，就可以构成《老人与海》一样。这里并不需要某个非物质的“灵魂”来

附体，就如你不会相信，只有当“海明威之魂”附在一堆字母上才会使它变成《老人与海

》一样。单个脑细胞显然不能意识到任何东西，但是许多脑细胞按照特定的模式组合起来

，“意识”就在组合中产生了。

好，到此为止，大部分人还是应该对这种相当唯物的说法感到满意的。但只要再往下合理

地推论几步，许多人可能就要觉得背上出冷汗了。如果“意识”完全取决于原子的“组合

模式”的话，第一个推论就是：它可以被复制。出版社印刷成千上万本的《老人与海》，

为什么原子不能被复制呢？假如我们的技术发达到一定程度，可以扫描你身体里每一个原

子的位置和状态，并在另一个地方把它们重新组合起来的话，这个新的“人”是不是你呢

？他会不会拥有和你一样的“意识”？或者干脆说，他和你是不是同一个人？假如我们承

认意识完全基于原子排列模式，我们的回答无疑就是YES！这和“克隆人”是两个概念，

克隆人只不过继承了你的基因，而这个“复制人”却拥有你的意识，你的记忆，你的感情

，你的一切，他就是你本人！

近几年来，在量子通信方面我们有了极大的突破。把一个未知的量子态原封不动地传输到

第二者那里已经成为可能，而且事实上已经有许多具体协议的提出。虽然令人欣慰的是，

有一个叫做“不可复制定理”（no cloning theorem，1982年Wootters，Zurek和Dieks提

出）的原则规定在传输量子态的同时一定会毁掉原来那个原本。换句话说，量子态只能cu

t + paste，不能copy + paste，这阻止了两个“你”的出现。但问题是，如果把你“毁

掉”，然后在另一个地方“重建”起来，你是否认为这还是“原来的你”？

另一个推论就是：“组合模式”本身并非要特定的物质基础才能呈现。我们已经看到，我

们完全可以用另一套符号系统去重写《老人与海》，这并不造成实质的差别。一套电影，

我可以用胶片记录，也可以用录像带，VCD，LD或者DVD记录。当然有人会提出异议，说压

缩实际上造成了信息的损失，VCD版的Matrix已经不是电影版的Matrix，其实这无所谓，

我们换个比喻说，一张彩色数字照片可以用RGB来表示色彩，也可以用另一些表达系统比

如说CMY，HSI，YUV或者YIQ来表示。再比如，任何序列都可以用一些可逆的压缩手法例如

Huffman编码来压缩，字母也可以用摩尔斯电码来替换，歌曲可以用简谱或者五线谱记录

，虽然它们看上去很不同，但其中包含的信息却是相同的！假如你有兴趣，用围棋中的白

子代表0，黑子代表1，你无疑也可以用铺满整个天安门广场的围棋来拷贝一张VCD，这是

完全等价的！

那么，只要有某种复杂的系统可以包含我们“意识模式”的主要信息或者与其等价，显然

我们应该认为，意识并不一定要依赖于我们这个生物有机体的肉身而存在！假设我们大脑

的所有信息都被扫描而存入一台计算机中，这台计算机严格地按照物理定律来计算这些分

子对于各种刺激的反应而最终求出相应结果以作出回应，那么从理论上说，这台计算机的

行为完全等同于我们自身！我们是不是可以说，这台计算机实际上拥有了我们的“意识”

？

对于许多实证主义者来说，判定“拥有意识”或者“能思考”的标准便严格地按照这个“

模式结构理论”的方法。意识只不过是某种复杂的模式结构，或者说，是在输入和输出之

间进行的某种复杂算法。任何系统只要能够模拟这种算法，它就可以被合理地认为拥有意

识。和冯•诺伊曼同为现代计算机奠基人的阿兰•图灵（Alan

Turin）在1950年提出了判定计算机能否像人那般实际“思考”的标准，也就是著名的“

图灵检验”。他设想一台超级计算机和一个人躲藏在幕后回答提问者的问题，而提问者则

试图分辨哪个是人哪个是计算机。图灵争辩说，假如计算机伪装得如此巧妙，以致没有人

可以在实际上把它和一个真人分辨开来的话，那么我们就可以声称，这台计算机和人一样

具备了思考能力，或者说，意识（他的原词是“智慧”）。现代计算机已经可以击败国际

象棋大师（可怜的卡斯帕罗夫！），真正骗倒一个测试者的日子不知还有多久才能来到，

大家自己估计一下好了。

计算机在复杂到了一定程度之后便可以实际拥有意识，持这种看法的人通常被称为“强人

工智能派”。在他们看来，人的大脑本质上也不过是一台异常复杂的计算机，只是它不由

晶体管或者集成电路构成，而是生物细胞而已。但细胞也得靠细微的电流工作，就算我们

尚不完全清楚其中的机制，也没有理由认为有某种超自然的东西在里面。就像薛定谔在他

那本名扬四海的小册子《生命是什么》中所做的比喻一样，一个蒸汽机师在第一次看到电

动机时会惊讶地发现这机器和他所了解的热力学机器十分不同，但他会合理地假定这是按

照某些他所不了解的原理所运行的，而不会大惊小怪地认为是幽灵驱动了一切。

你可能要问，算法复杂到了何种程度才有资格被称为“意识”呢？这的确对我们理解波函

数何时坍缩有实际好处！但这很可能又是一个难题，像那个著名的悖论：一粒沙落地不算

一个沙堆，两粒沙落地不算一个沙堆，但10万粒沙落地肯定是一个沙堆了。那么，具体到

哪一粒沙落地时才形成一个沙堆呢？对这种模糊性的问题科学家通常不屑解答，正如争论

猫或者大肠杆菌有没有意识一样，我们对波函数还是一头雾水！

当然，也有一些更为极端的看法认为，任何执行了某种算法的系统都可以看成具有某种程

度的“意识”！比如指南针，人们会论证说，它“喜欢”指着南方，当把它拨乱后，它就

出于“厌恶”而竭力避免这种状态，而回到它所“喜欢”的状态里去。以这种带相当泛神

论色彩的观点来看，万事万物都有着“意识”，只是程度的不同罢了。意识，简单来说，

就是一个系统的算法，它“喜欢”那些大概率的输出，“讨厌”那些小概率的输出。一个

有着趋光性的变形虫也有意识，只不过它“意识”的复杂程度比我们人类要低级好多好多

倍罢了。

你也许不相信这种说法，但你只要承认“意识”只是在物质基础上的一种排列模式，你便

很难否认我们说到的一些奇特性质。甚至连“意识是否可能在死后继续存在”这样的可怕

问题，我们的答案也应该是在原则上肯定的！这就好比问，《第九交响曲》在音乐会结束

后是不是还继续存在？显然我们只要保留了这个排列信息的资料，我们随时可以用不同的

方法把它具体重现出来（任何时候都不缺碳原子、氢原子……）。当然，在我们的技术能

力还达不到能够获得全部组合信息并保留它们之前（可能我们永远也没有这个技术），人

死后自然就没有意识了，就像音乐会后烧毁了所有的乐谱一样，这个乐曲自然就此“失传

”了。

你可能已经看得瞠目结舌，不过我们的说法把意识建立在完全客观和唯物的基础上，它实

在已经是最不故作神秘的一种！意识不是一个独立的存在，而是系统复杂到了一定程度后

表现出来的客观性质。它虽然是一种组合机制，但脱离了具体的物质（暂时肉体是唯一可

能）它也无法表现出来。就像软件脱离了硬件无法具体运行一样，意识的体现不可能脱离

物质而进行。假如我们被迫去寻找一种独立于物质的“意识”的话，那未免走得太远了。

当然，对于习惯了二元论的公众来说，试图使他们相信灵魂或者意识只是大量神经原的排

列和集体行为是教他们吃惊的。对于彻底的唯物论者，试图使他们相信意识作为一种特定

的排列信息可能长期保存并在不同平台上重现也是艰难的任务。心理学家和神经科学家克

里克（Francis Crick）不得不把这一论断称为“惊人的假说”（见《惊人的假说：灵魂

的科学探索》）。但对于大多数科学家来说，这也许是一种理所当然的推论。当然也有某

些人认为意识或者灵魂并非复杂性造就的一个客观的副产品，它并不一定能够用算法来模

拟，并的确具有某种主动效应！这里面包括牛津大学的罗杰•彭罗斯（Roger

Penrose），诸位如果有兴趣了解他的观点，可以阅读其著作《皇帝新脑》（The

Emperor’s New Mind）。

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这一节已经太长了，我把海森堡的那个闲话的最后一部分放到下一节里去。许多人说这个

闲话专题有点罗嗦，我是很赞同的。其实这是我很久以来一直想写的一个内容，只不过借

了史话的因头趁兴完成而已，所以有点不厌其烦，风格和正文有些出入。在以后修订的时

候我会把它独立出来，作为外一篇处理吧。

与其说不观测原子核时它的状态不确定,不如说不观测时我们无法确定它的状态.猫也一样,不观测时我们也只能想像它可能死,也可能活.死活本身是确定的,但我们却无法确定.

深奥的问题啊.

一本是费曼物理讲义,另一本就是玻恩写的光学(书名已经记不清了).国内的出版物则最喜欢严济慈的电磁学.大家风范,写得真是好.