爱因斯坦对于互补原理的批判

根据量子力学Copenhagen解释，动量和坐标测不准关系是引起Quantumdecohernce的一个重要原因，但最近德国Rampe小组的冷却原子布拉格散射实验表明，测不准关系不是Quantumdecohernce的唯一起因，而测量仪器和被测系统通过相互作用，形成的量子Entangledstate是问题的核心.在他们的实验中，原子质心的动量扰动，可以被降低到忽略不计的程度，只须用原子的内态标记原子的空间路径，原子的干涉条纹便消失了.Rampe小组的冷却原子布拉格散射实验从一个侧面表明，测不准关系只是物质固有属性——波粒二象性的一个方面的体现，而不是由“主观介入”引起的.Rampe小组的冷却原子布拉格散射实验进一步说明Copenhagen量子力学解释的局限性，Mach的实证哲学导致量子力学理论必须引入“主观介入”，微观概念不再具有“客观性”，从而量子微观世界不会独立于主体之外.有人甚至由此得出“月亮在无人看它时确实不存在”的荒谬结论.

量子力学几率解释的本质缺陷爱因斯坦是看准了的，实验表明电子波是物理波，它有明显的衍射和干涉效应.只承认电子波是数学波，加上不可名状的“潜能”和“趋势”，对粒子的控制，这就很令人费解.“不确定性”原理是那样的深奥莫测，不确定性或是上帝赋予的天生本性，或是测量仪器的测量误差，或是测量仪器在宏微观的“翻译”中走了样，如此等等，反正人们对它的理解莫衷一是.原子内部电子的运动不可知，人们知道的只是系统的某种数学知识.玻尔的互补原理也无法解脱这一困境.承认电子身上波粒互补，对追究电子为何携波粒于一身的物理机制，实在难说说出了什么.承认互补原理，可以说是对深究电子波粒二重性的解脱.由于量子力学的Copenhagen解释已被人们广泛认可为量子力学的正统解释，它必有其诸多合理性的一面，因此研究量子运动与Copenhagen解释之间的关系将有助于人们理解和接受量子运动，同时也将使人们对Copenhagen解释有一个更加清晰的认识.

爱因斯坦反对这样一种观点：如果一些测量仪器的目的是要规定现象的space-time参照系，那么对于客体和测量仪器间的动量交换及能量交换的控制就要被排除.爱因斯坦提出了一种论证：当把相对论的要求考虑在内的话，这样的控制是可能的.爱因斯坦在文章中写道:“物理学是从概念上掌握实在的一种努力，至于实在是否被观察，则被认为是无关的.”“像物理体系的实在状态这样的事实是存在的它不依赖观察或度量而存在着.”[1]爱因斯坦的实在观由于和经典物理学的理论、实验以及我们日常生活的经验部分的一致，因此有人称之为经典物理实在观.爱因斯坦的物理实在观概括如下:①爱因斯坦的物理实在观是关于一个观察者独立于客观世界图景的理论，也就是说一种实在不受观察者行为和观察者影响的观点;②物理实在具有决定论的特点，这种决定论是因果性的决定论.认为实在本身与因果性是不可分离的，因果性是实在的必要条件.爱因斯坦反对量子力学的主要原因就包括量子理论的统计方面.因果性是爱因斯坦物理实在观的绝对必要条件，爱因斯坦认为几率解释是一种主观的解释，从而几率说被爱因斯坦认为是无知的反映;③爱因斯坦认为物理实在提供空时描述也就是说物理实在是定域的.[2]总而言之，爱因斯坦关于物理实在的观点是:物理实在是一个观察者独立的概念，它包含着因果决定论和定域性的特点，这是爱因斯坦物理实在观的核心所在，任何在这个方面和爱因斯坦看法对立的观点都是爱因斯坦所不能容忍的.

互补原理的提出只是概括了物理实验现象，却没有对现象的本质进行说明.正如爱因斯坦所指出的，互补原理不过是一种绥靖哲学.它只是根据实验现象的提示把两种互相排斥的概念无原则地硬拉在一起，却没有说明其统一起来的根据.它只能向它的信徒（哥本哈根学派）暂时提供了一个舒适的软枕，却并不能解除深思的人们内心深刻的不安.对于波粒二象性，许多人总是试图将其中的一个性质归结为另一个性质，如薛定谔就认为粒子性可以归结为波动性.这样粒子的实体应归结为是媒质的波动产生的，粒子的运动并不是粒子实体的移动过程，而仅仅是媒质波动的传播过程.因而也就会得到这样一个结论：我们所感觉到的物体的移动不过是一个假象，一切都是某个绝对的本体的显现过程.但是物理学还没发展到敢于正视这个结论的地步.

爱因斯坦认为：“互补原理不过是一种绥靖哲学，它只是根据实验现象的提示把两种互相排斥的概念无原则地硬拉在一起，却没有说明其统一起来的根据.它只能向它的信徒（哥本哈根学派）暂时提供了一个舒适的软枕，却并不能解除深思的人们内心深刻的不安.”

爱因斯坦讲：“有一个独立于知觉之外的客观世界是一切自然科学的基础^【1】.当有人试图把理论的量子描述看成单个物理系统或事件的完备描述时，他会陷入矛盾之中^【2】”

在物理研究中，玻尔明确区分了主体和客体.但是在主客体分界线的划分上，玻尔和爱因斯以及经典物理学家们是有区别的.玻尔把主客体的分界线放在独立的观察者和量子现象之间.经典物理学家的物理实在观和爱因斯坦的物理实在观将主客体的分界线放在观察主体和量子客体之间，是因为他们没有看到量子客体在被观察的时候对观测仪器的依赖作用.究其更深层次的原因是在经典物理学中，作为独立观察主体的宏观的人与观察客体宏观的被观察物之间是平权的，观察主体可以自由的无歧义的获得关于客体的信息;而在量子物理学中，玻尔的物理实在观概括为:①承认有一个独立的外在世界；②微观客体的诸如动量、能量、质量等物理量在给定的时间和位置不可能具有确切的数值；③微观客体具有非定域性和不可分性；④物理世界是统计决定的.

笔者认为，爱因斯坦的这一观点是错误的，相对space-time总会影响绝对space-time的结构，但是仪器也是客观实在，仪器和微观粒子间的相互作用也不过是客观世界中的相互作用，简单地把仪器说成是观察者，并推断说观察者对微观粒子的影响大到不可控制，会带来一些看上去不可逾越的困难.Schrödinger方程具有时间反演的“可逆性”，但在测量过程中Wavepacketcollapse的“跳跃”却是时间反演不可逆的.因此，从原则上讲，就不可能“推导”出时间反演不可逆的结果.StephenHawking曾经提出过量子相干性丧失的可能性，因为电磁空间具有分立结构.要想从Schrödinger方程推导出Wavepacketcollapse，就必须对仪器的宏观和经典性质加以强调，不可单纯由Schrödinger方程得到.可以证明，在宏观极限下，如果仅关心较短的时间演化，恢复Quantumdecohernce的量子跳跃来不及发生，Schrödinger方程为量子态提供了完全决定性的时间演化，Schrödinger方程加上量子力学的系综解释，的确可以说明Wavepacketcollapse这一Quantumdecohernce现象，“主观介入”可以排除.对量子描述赋予客观的物理实在：量子态.

著名的数学、理论物理学家罗杰·彭罗斯1997年12月在《爱因斯坦奇迹年》一书的序言中写道:“经常引起另一种表现的悖论：为什么在理解量子现象方面爱因斯坦起初与同时代人相比处于如此领先的优势地位，而在量子论的随后发展中他却落后于他们？确实，当量子论采取在20世纪20年代最终出现的形式时，爱因斯坦甚至从未接受过这种量子论.许多人可能认为，爱因斯坦是受他‘过时的’实在论的观点阻碍，而尤其如玻尔之所以能向前推进则恰恰是因为他否认在分子、原子和基本粒子这样的量子水平上这类东西真正作为‘物理实在’而存在.可是，很清楚，爱因斯坦在1905年能够作出这些根本性的进展，主要取决于坚信在分子和亚分子层次上物理实体的实际存在性.这些重要倾向在本书的五篇论文中显得特别明显.是否真如玻尔的追随者认为的那样，在任何重要的意义上爱因斯坦都犯了深刻的‘错误’？我不认为如此.我自己就坚决地站在爱因斯坦一边，相信亚微观粒子的实在性，相信今天的量子力学基本上是不完备的.我也主张，关于这种实在性的本质的一些关键性见识尚有待发现，这只有通过深刻分析量子论的基本原理和爱因斯坦自己的广义相对论的基本原理间的表现冲突才能最终显现.在我看来，只有掌握了这些知识，并加以适当运用，支配微观世界的量子论定律同支配宏观世界的广义相对论定律之间带有根本性的紧张关系才能得以解决.怎样才能成功地实现，只有时间，而且，我相信，一场新的革命将会作出回答——或许是另一个奇迹年”

参考文献

【1】爱因斯坦，英费尔德  著.周肇威 译.《物理学的进化》，上海科学技术出版社，1962年.

【2】爱因斯坦 著.方在庆，韩文博，何维国 译.《爱因斯坦晚年文集》，海南出版社，2000年3月第1版.