作者：亚马逊的蝴蝶（Butterfly_of_Amazon）
上一篇写了《量子力学之华山论剑》，说到围绕哥本哈根解释中的因果性和客观性问题，爱因斯坦和玻尔展开了长达二十多年的论战，直到两位科学巨人先后离世，争论依然没有结果。
今天详细讲讲他们争论的到底是什么。
在开始写之前，先说两句为什么要写这篇文章。不感兴趣的朋友可以直接跳过，不影响对文章的阅读。
科学是我们理解世界的重要工具，而宗教、哲学与科学最终应是相容而不是相悖的，因此，对理解世界最具冲击力的量子物理，值得每个人花时间去了解。但是网上关于量子物理的科普文章非常多，我写这样的文章有意义吗？结合我自己的经历，我认为有。
非专业人员在学习量子物理的过程中会遇到很多困难。如果通过专业书籍去学习，由于缺少系统的理论基础，加上无人答疑解惑，困难无疑是巨大的，并且也没有必要；如果通过科普文章去了解，一般会遇到两种情况，一种是文章偏向于讲故事，很吸引人但缺少深入分析，看完还是不懂，一种是文章太专业，阅读难度很大，在很多概念和关键点处会卡壳。希望我的文章在这方面有所改进，我也自信有能力做这样的尝试。
首先，我自认为具备一些科学素养，懂得尊重科学。虽然从事的不是物理相关专业，但科学的精神和态度已经融入了我的思维和习惯，也掌握了一些科学的方法、知识和能力。这些能保证我的文章是严谨的，不太容易出现“民科”式的自说自话。
其次，我每次写文章，都是带着问题先去学习，思考明白了再动笔，因此知道一般读者的困惑在哪里，怎么才能写清楚。
最后，我给文章的定位是“比科普深入，比论文浅显”。学生时代物理和数学是我的强项，必要时我会加入一些简单的计算和推导，可能不如科普文章有趣，但会适合想更多了解深层原理的非专业读者。毕竟是边学边写，如有错误，还望包涵并指正。
上篇文章提到：波恩的概率解释、海森堡的不确定性原理和玻尔的互补原理共同构成了量子论“哥本哈根解释”的核心，前两者摧毁了经典世界的严格因果性，互补原理和不确定性原理捣毁了世界的绝对客观性。
以爱因斯坦为代表的经典学派无法接受物理世界没有严格的因果性和客观性，他们认为哥本哈根理论“不一定是错误的，但一定是不完备的”，有必要找出问题在哪儿，用一个更好的理论替代它，把物理学拉回到正常的可理解的状态中来。
那么经典学派和哥本哈根学派关于因果性和客观性的争论具体体现在哪些方面？我举两个相对容易讲明白的例子。
一、不确定性原理
海森堡指出：粒子的动量（如果对动量不了解，可以把它理解成速度）与位置无法同时准确测量，动量测量得越精确，位置的测量误差就会越大，反过来，位置测量得越精确，动量的测量误差就会越大，两者误差的乘积必定大于h/4π（h是普朗克常数，数值非常小，为6.626×10-34焦耳秒）。所有成对的物理量，比如能量与时间，都存在这种情况。这就是不确定性原理，最初被译为测不准原理，由海森堡在1927年提出。
直觉告诉经典学派：误差是测量手段不足造成的，随着测量水平的提高，误差会越来越小，最终一定能突破测不准原理所说的极限。
但海森堡说：“不可能，这个极限是理论造成的，无论怎样改进测量方法和提升测量手段，都不可能突破”。
关于测量方法上的争论，短时无法判定对错，姑且认为测不准原理是对的。
经典学派接着说：“虽然测不准，但实际上粒子每时每刻是有确定的动量和位置的（即：客观性，也称实在性），只是无法同时精确测量而已”。
但海森堡说：“不是的，在测量前，粒子没有确定的动量和位置”（因此“测不准原理”后来改译为“不确定性原理”，因为新名字更能表达这条原理的普适性，减少误解）。
经典学派：“‘在测量前，电子没有确定的动量和位置’？这句话是什么意思”？
海森堡：“对于具体的电子，我也不知道是什么意思，大概...也许...可能...是多种状态叠加在一起的意思吧”。
是不是很费解？我们对世界的理解是基于类比和推理的，比如：我们认为两点之间直线最短，是因为我们能用尺子量，看哪条线所需刻度最少，能走路试试，看哪条线所需时间最短。但我们无法找到可以类比海森堡所说情形的事物，直觉和习惯告诉我们“动量和位置就在那里”。
也许有人会说：“讨论‘动量和位置在测量前到底有还是没有’这个问题没有意义，因为反正无法知道”。其实不是的，这不是一个形而上学的问题，科学有办法把它纳入到体系中，不同的理解可以推导出不同的结论，并且这些结论可以通过观测验证。这一点将在下一篇文章中详细描述。
这是经典学派与哥本哈根学派关于量子世界客观性的争论。下面由此引申出对量子世界定域性的争论。
二、EPR佯谬
1935年，爱因斯坦和波多尔斯基、罗森共同发表一篇论文，名为《量子力学对物理实在的描述可能是完备的吗》，提出一个思想实验：两个处于量子纠缠态的粒子，从原点出发分别向两个相反方向飞去。当测得粒子1的坐标为x0后，即可推断粒子2的坐标为-x0，测得粒子1的动量为p0，即可推断粒子2的动量为-p0。这是量子纠缠态特性所决定的，已被实验所证实（不过实验用的不是动量和位置这种不方便测量的连续量，而是自旋、偏振方向等离散量），经典学派和哥本哈根学派对于这一点不存在争议，争议在于对它的解释。
爱因斯坦认为：两个纠缠态的粒子从飞出的瞬间，已经“约定好”之后的行为，包括每时每刻的动量和位置。测量粒子1的动量或位置后，基于“粒子2与粒子1速度大小相等、方向相反”这一纠缠态特性，即可知道粒子2的动量或位置。而哥本哈根学派认为：在测量前，粒子没有确定的动量和位置，只在测量的那一刻才被测量所确定，完成对粒子1测量的同时，基于“粒子2与粒子1速度大小相等、方向相反”这一纠缠态特性，即可推断粒子2的动量或位置。
注意“被测量所确定”这一描述，论文正是抓住这一点，进一步提出：根据爱因斯坦的相对论，任何信息传播的速度不能超过光速（即：定域性），而这个实验中，按照哥本哈根理论，当两个粒子飞出很久，相隔足够远时，由于粒子1的动量或位置是被测量所确定的，那粒子2怎么能够在粒子1被测量的瞬间知道自己的动量或位置应该为何值呢？除非两个粒子之间存在违反定域性的超距作用来互通信息。哥本哈根理论要想不违反定域性，就必须抛弃不确定性，接受实在性，也就是无论测不测量，每时每刻粒子都有确定的动量和位置，这就是EPR佯谬。
玻尔写了一篇同名论文进行反驳，发表在《物理评论》上。总结玻尔的回答，大致意思是：由于量子纠缠，整体系统的某种物理性质具有不可分性，并且这种不可分性与空间无关。在测量前，两个互相纠缠的粒子无论相距多远都必须是一个互相关联的整体，连两个独立的粒子都是不存在的，更谈不上单个粒子的客观的物理状态。正因为它们本是协调的一体，所以相互之间无需传递什么信号。
从玻尔的回答看，他在坚持否认实在性的同时，暗示了超距作用的存在，因为他说“不可分性与空间无关”。但需要注意，他并没有否认定域性。相对论所要求的定域性限制的是经典信息超光速传输，而玻尔认为这个实验过程中并不存在经典信息的传输，因为量子纠缠中的粒子“本是协调的一体，相互之间无需传递信号”。但是什么决定了跨空间的不可分性，不得而知。
关于信息传输，有必要单独写一段：
经典信息传输指的是消息的传递或物质的传送，一方要从另一方获取原本不知道的消息或原本没有的物质，定域性限制的是这类传送的速度。而玻尔认为纠缠的两个粒子是一个整体，测量粒子1的速度或位置不是决定粒子2的速度或位置的原因，所有这些只不过是整体系统应有的状态，两个粒子间无需相互通信。
下面举个例子：
有一对夫妻，丈夫常年不归家，妻子一怒之下提出离婚。丈夫为了躲避离婚，逃到距离地球4.3光年的人马座。法院缺席判决离婚。判决下达的那一刻，丈夫即由已婚状态变为未婚，虽然他最快也得4.3年后才能得到法院做出判决的消息，但不妨碍他已经成为单身汉的事实，他与前妻纠缠的状态也至此结束。
这里，法院判决的消息传输就是经典信息传输，受到定域性限制，最快也得4.3年才能到达人马座。而夫妻婚姻状态的变化却是超距的，瞬间可达双方，但这没有实际的消息传递。刘慈欣的小说《三体》中，距离地球4光年的三体人在地球部署“智子”，利用量子纠缠实现对地球的实时监视，实际上是不可能做到的。
玻尔的回答显然不能让爱因斯坦满意，爱因斯坦将玻尔描述的量子行为嘲讽为“鬼魅般的超距作用”，同时对概率解释也多有评论，认为它只是一种统计近似的理论，可能存在某种描述大自然的、尚未被发现的完备理论，可以给出变量来对应每个物理实在要素。这种完备理论称为隐变量理论。
关于隐变量理论以后有时间再细说，我们回到争论上来。EPR佯谬中两人的解释似乎无法分出对错，因为两人都认可最终的结果，只是对过程的解释不同，可是谁也无法在这个过程中插入检测点来做判断。难道这次论战将成为永远无法判决的悬案吗？
下一篇《爱因斯坦和玻尔的争论最后谁赢了》再叙。
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