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文：杨建邺
出处：中国图书商报 2005年8月

    量子论的提出到今天有１０５年了；爱因斯坦提出光量子理论，则整整１００年！回想起这一百多年的历史，真不由证人想起了孟浩然《与诸子登岘山》的诗：

人事有代谢，往来成古今。
江山留胜迹，我辈复登临。
水落鱼梁浅，天寒梦泽深。
羊公碑尚在，读罢泪沾襟。

    英国物理学家Ｔｏｎｙ Ｈｅｙ和Ｐａｒｔｒｉｃｋ Ｗalter写的《新量子世界》（Ｔｈｅ Ｎｅｗ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｅ�� ２００３）给了我们一个绝佳的机会来“复登临”量子理论百年历史上的“胜迹”。
    我说“绝佳”，是有缘由的。写一本回顾量子理论一百多年历史的书，是一件很危险的事，也很可能是吃力不讨好的事。有许多书希望做好这件事，但是基本上都不理想。缘由何在？那就是爱因斯坦一百年前就担心的“波粒二象性”！光既似波，也似粒子，那么光到底是什么？爱因斯坦同样感到非常困惑，并且从他提出光量子假设以后，就立即开始了漫长的思索。但是到了晚年，他本人不得不承认：“整整５０年不断的思考，仍然没有使我更接近‘光量子是什么’这个问题的答案。”
    在２０世纪２０年代，出现了哥本哈根学派的“正统诠释”，而且在很长的一段时间里，这种诠释成了量子力学的权威诠释。在１９２７年１０月召开的第五届索尔维会议上，玻恩和海森伯在会上公开声称：“我们认为量子力学是一个完备的理论，它的基本的物理和数学假设不再允许修正。”海森伯还说过，是粒子还是波的问题，“我宁愿说，是观察者本人在进行选择，因为直到作出观察的那一时刻，选择才成为一种物理存在”。
    反对者中有狄拉克、爱因斯坦、德布罗意等等物理学大师。例如，“波函数的坍缩”一直是物理学家最大的困惑，海森伯坚持说所谓“坍缩”是观察者选择的结果。狄拉克反对，说是自然做出的选择；爱因斯坦则更认为，波函数坍缩的过程与相对论之间不相容。但是哥本哈根学派认为：坍缩过程只是一种瞬时过程，不需要进一步的描述和说明。现在回过头来看，这种诠释实际上说明哥本哈根学派倒向了操作论和实证论；而且这种诠释是最容易找到的避风港：只谈测量，不能再谈其他。其实不是不能，而是越谈越糊涂！
    这种做法在当时也不失为一种权宜之计，可以避开一时根本就不可能弄清楚的深奥问题，把目光转向更广更多的具体研究上来。历史上这样的事情很多。牛顿在建立引力理论的时候，明知瞬时作用是可疑的，但是当时不可能弄清楚，因此他有理由暂时不考虑作用的过程，先把万有引力定律向外推广，解决许许多多具体问题。但是，牛顿并没有认为瞬时作用力的观点是对的，也没有认为瞬时过程以后不能再谈。哥本哈根学派诠释，在量子理论历史上起过重要作用，但是如此武断不容再有什么商量的余地，就有一些过分；其间产生的负面影响，恐怕不能低估。负面影响之一就是不容易写好这段历史，动则得咎，吃力不讨好。
   《新量子世界》在这一点上，比较冷静，避免了常常陷入的陷阱。在该书１３８页上有一段话：
让我们回到以前的双缝实验中，并且采一次只有一个电子通过的实验装置，在我们记录到电子到达探测屏幕之前，电子的位置是不能确定的，并且，根据量子力学，我们知道的只是一列扩散到所有探测器的几率波，当电子在某一个特定的探测器上闪光以后，我们突然知道了这个电子的位置，现在当然已经不是一个扩散的波函数，电子的量子几率幅显然从各种可能位置，“坍缩”到了一个点上。这就是著名的量子跃迁。虽然薛定谔的波函数精确描述了电子的量子几率波在空间如何分布，但是它并没有预言电子会量子跃迁到哪一个具体的点，或者说量子态上。这就是所谓的“量子测量”的中心问题。虽然很明显，这个问题对于完全理解量子力学理论非常重要，但是物理学家们对于“测量”如何引起电子跃迁到某一具体态的机制，并没有被广泛接受的一致意见。甚至，关于什么是量子测量，大家同样也没有形成一致意见。直到最近，大多数研究这个问题的量子物理学家，都选择闭上眼睛不考虑这个问题。不管怎么样，让他们满意的是，量子力学“对于所有实际问题”（Ｆｏｒ Ａｌｌ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅｓ；ＦＡＰＰ）都已经足够用了——这是约翰·贝尔说的话。下面我们将看到，在“量子计算”方面的最新进展，迫使物理学家们不得不重新考虑这个问题。
    这段话明确表示作者并不认为哥本哈根诠释是“正统”和“不可修正”的，因此作者并没有在这些问题上作过多的纠缠。作者只是大致上交代了一些历史上的争论，给出比较客观的评价，然后高瞻远瞩地进入量子力学最近的进展，尤其是技术上的进展。注意：谈这些进展，不可避免地要谈到一些理论上的观点。正如作者所说：“在‘量子计算’方面的最新进展，迫使物理学家们不得不重新考虑这个问题。”
    对于这类科普书籍来说，这样处理是比较妥当的——既不像有些类似的书只谈量子技术，完全不涉及理论，让读者满头雾水；也不像有些书籍在理论上牵涉太多，让一般的读者不胜其烦。难怪《新科学家》杂志评论《新量子世界》这本书时说：
    你想理解全人类的天才发现，世界上最成功的、涵盖范围最广的理论吗？读一读《新量子世界》吧。
    适当的理论会使读者知其然，使读者对于由此发展出来的技术有一种“水到渠成”的感受，从心眼里感到欢快！否则，读者只能在冷漠中看待这些技术。但是，过于纠缠理论，尤其是科学家还没有弄明白的理论，只会使读者兴致索然。《新量子世界》是我所见到的同类书中做得最合适、最好的一本。作者一般是在讲到某种量子理论在其他领域和技术上的应用时，适当提到困扰过物理学家的理论问题，然后藉此进入新的领域和技术。这种化整为零的叙述方式，很有好处。让读者既知道一些理论上的困扰，也知道如何克服（或暂时避开）这些困扰，向前进展。作者就是这样剥茧抽丝地步步深入，先后谈到量子理论在原子理论、超导理论、恒星演变、宇宙学和制冷、激光陷阱、量子输送等等奇妙的量子技术，让世界上最奇妙的事件一一展现在读者面前，真是美不胜收啊。
    这本书的其他优点还非常多。我对于物理学史很有兴趣，从这本书中，我得知了许多物理学历史上有趣的故事。这些在各章节顺手插入的小故事，不仅大大增加阅读的兴趣，而且这些故事给我们带来很多的联想和启迪。我随便举几个例子。
    在３９页有一段故事我没有听过，它是这样讲的：盖尔曼发表他的基本粒子的夸克模型理论时，担心在美国会受到很大的阻力，会延误发表的时间——优先权是至关紧要的！因此决定把文章发表在欧洲的杂志上，他觉得欧洲人的偏见不那么严重。而在日内瓦ＣＥＲＮ工作的茨威格，他也写了一篇夸克模型的论文——他把夸克叫做Ａｃｅ，可惜他不明智地认为应该把重要的论文先发表在美国的杂志上。为此，他与ＣＥＲＮ的管理机构发生了纠纷——在美国发表论文的权力。好不容易取得胜利把论文寄到美国，却又果然如盖尔曼预见的那样，美国杂志拒绝发表他的论文，还把茨威格称为江湖骗子！这一折腾，盖尔曼的论文先发表了，后来还为此获得诺贝尔奖；而茨威格为自己的不明智付出了代价。
    在４３页卢瑟福的照片中，屋中间赫然挂着一个警示牌，上面的文字是：Ｔａｌｋ Ｓｏｆｔｌｙ Ｐｌｅａｓｅ。这张照片很多书上都有，但是却没见过文字介绍中说的那段话：“卢瑟福声音很大，图中‘请轻声说话’的牌子是开玩笑针对他的。”这短短的一句话，包含了多少人文的内涵呀！
    ２０１页有一段小故事更加有趣。有一次，狄拉克和海森伯乘船到日本去。海森伯喜欢跳舞，狄拉克没有这个爱好，坐在一边看他们跳舞。海森伯回到狄拉克身边的时候，狄拉克问：“你为什么喜欢跳舞？”海森伯回答说：“当有一些可爱的姑娘的时候，跳舞是一种享受。”狄拉克思考了一会儿，问道：“你怎么能够预先知道姑娘们很可爱呢？”这句话恐怕不只是问姑娘的事情，可能还有与量子力学有关的许多联想。
    插图非常多是本书又一特色，我估计有近３００幅图片和照片。这本书上有很多我以前想见到而没有见到过的照片。例如，第一台扫描隧道显微镜（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＳＴＭ）发明以后，ＩＢＭ的艾格勒、施外泽小组居然在１９８９年用ＳＴＭ来移动原子，并且在一次移动一个原子的情形下，移动了３５个氙原子，在Ｎｉ（１０１）的面上构成了“ＩＢＭ”三个字母！这件事后来成了报纸上轰动一时的头条新闻。我一直很想见到人类制造这一奇迹的照片，却一直没有见到。现在这个愿望实现了——在这本书的７２页赫然出现了这张照片！
    本书的翻译质量很高，读者可以愉快舒畅地阅读下去，不会有什么疙疙瘩瘩的地方。
    也有少许错误值得一提。有好几处译者把同一人物的名字翻译成不同的中文，如：凡尔纳，有的地方译成维纳（２、３页）；卢瑟福，有的地方译成卢瑟夫（２５０、２５３）。还有的人名翻译违反了“约定俗成”的原则，例如２１３页左图中的弗劳恩霍夫（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ）一般都译成弗琅和费；贝蒂（Ｈａｎｓ Ａｌｂｒｅｃｈｔ Ｂｅｔｈｅ）一般译成贝特（见《辞海》、《大不列颠百科全书》）。一般来说，如果译者遇到不够熟悉的人物，最可靠的办法是查辞典、百科全书等，千万不要自己随意确定。
    ７５页的反应式应该放到７６页第一行之下；１０８页第四行之下的一段话应该上下都空一行，这段话还应该用变体字（这样的错误有好几处！）。