前言
量子物理自爱因斯坦相对论以来最伟大的科学发现
第一次见到量子物理中的数学公式时,约翰·贝尔(John Bell)还是贝尔法斯特女王大学(Queen's University of Belfast)的一个本科生。他不喜欢这些公式。贝尔觉得量子物理的理论模糊又混乱,“谈不上错,但肯定有问题”。
在量子物理之父尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)的论述中,世界可以被一分为二。其中,宏观物体遵循牛顿经典力学的定律,微观物体则遵循量子物理的原理。至于这两者的边界到底在哪里,玻尔始终含糊其词。
同样,第一个建立量子物理的完整数学方案的物理学家沃纳·海森堡(Werner Heisenberg)也无法给出具体的回答。玻尔和海森堡对量子物理的解读正是所谓的“哥本哈根诠释”(Copenhagen Interpretation),名字源于玻尔当时工作的机构。贝尔当年在量子物理课上体会到的那种模糊感,一直笼罩着这一学说。
1949年,贝尔即将大学毕业,他读到了另一位量子物理先驱马克斯·玻恩(Max Born)的著作《关于因果和机遇的自然哲学》(Natural Philosophy of Cause and Chance)。书中提到了著名数学家兼物理学家约翰·冯·诺依曼(John von Neumann)的一个证明,并围绕这个证明做出论证,这给贝尔留下了很深的印象。
玻恩称,冯·诺依曼证明了哥本哈根诠释是量子物理的唯一诠释。如果哥本哈根诠释不对,量子物理本身就错了。而既然量子物理理论明显成立,模糊的哥本哈根诠释也一定没问题。
贝尔没能亲自阅读冯·诺依曼的证明,因为他不懂德语。读完玻恩的讨论后,贝尔便将自己对哥本哈根诠释的困扰搁置一边,转向更实际的问题—加入英国政府的核能项目。可是,到了1952年,贝尔发现一件不可能的事发生了。一篇新的论文打破了他对哥本哈根诠释勉强而短暂的信任。
尽管有冯·诺依曼的证明在前,一位叫戴维·玻姆(David Bohm)的物理学家还是发现了另一种诠释量子物理的方法。这是怎么回事呢?伟大的冯·诺依曼是哪里算错了吗?为什么在玻姆之前没有人发现这个漏洞?要弄明白这些,贝尔必须仔细阅读冯·诺依曼证明的原文。
冯·诺依曼证明的英文版在3年后问世时,生活早已推着贝尔走得很远了—此时的他已经结了婚,正在伯明翰大学(University of Birmingham)攻读量子物理博士学位。不过,他说自己这么多年一直“没有彻底忘记玻姆的文章”。
10多年后,贝尔总算重新开始探讨这个问题,并依此取得了自阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)以来影响最为深远的科学发现。