Part 1
意大利北部的科莫市（Como）是一個美麗的小城，北臨風景勝地科莫湖，與米蘭相去不遠。它市中心那幾座著名的教堂洋溢著哥特式風格以及文藝復興時代的氣息，折射出這個古城自羅馬時代以來那悠遠的歷史和豐富的文化沉澱。自中世紀以來，這裡曾走出過許許多多偉大的建築師，統稱為「科莫地方大師」（Maestri Comacini），而新時代的天才特拉尼（Giuseppe Terragni）也即將在這個地方留下他那些名垂青史的建築作品。除了藝術家之外，在科莫的地方志中我們還可以輕易地找到許多政治家、哲學家和歷史學家的名字，甚至還包括一位教皇（英諾森十一世），可謂是人傑地靈了。
不過，科莫市最著名的人物，當然還是1745年出生於此的大科學家，亞里山德羅‧伏打（Alessandro Volta）。他在電學方面的成就如此偉大，以致人們用他的名字來作為電壓的單位：伏特（volt）。伏打於1827年9月去世，被他的家鄉視為永遠的光榮和驕傲。他出世的地方被命名為伏打廣場，他的雕像自1839年起聳立於此。他的名字被用來命名教堂和科莫湖畔的燈塔，在每個夜晚照耀這個城鎮，全世界都感受到他的萬丈光輝。
斗轉星移，眨眼間已是1927年，科學巨人已離開我們整整100週年。一向安靜寧謐的科莫忽然又熱鬧起來，新時代的科學大師們又聚集於此，在紀念先人的同時探討物理學的最新進展。科莫會議邀請了當時幾乎所有的最傑出的物理學家，洵為盛會。赴會者包括玻爾、海森堡、普朗克、泡利、波恩、洛倫茲、德布羅意、費米、克萊默、勞厄（Max von Laue）、康普頓、維格納、索末菲、德拜、馮諾依曼（當然嚴格說來此人是數學家）……遺憾的是，愛因斯坦和薛定諤都別有要務，未能出席。這兩位哥本哈根派主要敵手的缺席使得論戰的火花向後推遲了幾個月。
圖8.1 伏打
同樣沒能趕到科莫的還有狄拉克和玻色。其中玻色的case（情況）頗為離奇：大會本來是邀請了他的，但是邀請信發給了「加爾各答大學物理系的玻色教授」。顯然這封信是寄給著名的S.N.玻色，也就是創立了玻色-愛因斯坦統計的那個玻色。不過在1927年，玻色早就離開了加爾各答去了達卡大學，但無巧不成書，加爾各答還有一個D.M.玻色。那時通信還不像現在這樣發達，歐洲和印度之間交流極為不便，因此陰差陽錯，這個名不見經傳的「玻色」就糊里糊塗，莫名其妙地參加了眾星雲集的科莫會議，也算是飯後的一大談資吧。
在準備科莫會議講稿的過程中，互補原理的思想進一步在玻爾腦中成型。他決定在這個會議上把這一大膽的思想披露出來。在準備講稿的同時，他還給Nature雜誌寫短文以介紹這個發現，事情太多而時間倉促，最後搞得他手忙腳亂。在出發前的一剎那，他竟然找不到他的護照——這耽誤了幾個小時的火車。
但是，不管怎麼樣，玻爾最後還是完成那長達8頁的講稿，並在大會上成功地作了發言。這個演講名為《量子公設和原子論的最近發展》，在其中玻爾第一次描述了波-粒的二象性，用互補原理詳盡地闡明我們對待原子尺度世界的態度。他強調了觀測的重要性，聲稱完全獨立和絕對的測量是不存在的。當然互補原理本身在這個時候還沒有完全定型，一直要到後來的索爾維會議它才算最終完成，不過這一思想現在已經引起了人們的注意。
波恩讚揚了玻爾「中肯」的觀點，同時又強調了量子論的不確定性。他特別舉了波函數「坍縮」的例子，來說明這一點。這種「坍縮」顯然引起了馮諾依曼的興趣，他以後會證明關於它的一些有趣的性質。海森堡、費米和克喇默斯等人也都作了評論。
當然我們也要指出的是，許多不屬於「哥本哈根派」的人物，對玻爾等人的想法和工作一點都不熟悉，這種互補原理對他們來說令人迷惑不解。許多人都以為這不過是一種文字遊戲，是對大家都瞭解的情況「換一種說法」罷了。正如羅森菲爾德（Leon Rosenfeld）後來在訪談節目中評論的：「這個互補原理只是對各人所清楚的情況的一種說明……科莫會議並沒有明確論據，關於概念的定義要到後來才作出。」維格納（Eugene Wigner）總結道：「……（大家都覺得，玻爾的演講）沒能改變任何人關於量子論的理解方式。」
但科莫會議的歷史作用仍然不容低估，互補原理第一次公開亮相，標誌著哥本哈根解釋邁出了關鍵的一步。不久出版了玻爾的講稿，內容已經有所改進，距離這個解釋的最終成熟只差最後一步了。在玻爾的魔力號召下，量子的終極幽靈應運而生，徘徊在科莫湖畔的卡爾杜齊學院（玻爾演講的地方）上空，不斷地吟唱著詩人筆下那激越的詩句：
一個美麗可怕的妖魔
掙脫枷鎖
……
像狂風捲起
氣浪四處流散
啊各族人民，呼嘯而過的
是偉大的撒旦[1]
然而，在哥本哈根派聚集力量的同時，他們的反對派也開始為最後的決戰做好準備。對於愛因斯坦來說，一個沒有嚴格因果律的物理世界是不可想像的。物理規律應該統治一切，物理學應該簡單明確：A導致了B，B導致了C，C導致了D。環環相扣，每一個事件都有來龍去脈，原因結果，而不依賴於什麼「隨機性」。至於拋棄客觀實在，更是不可思議的事情。這些思想從他當年對待玻爾的電子躍遷的看法中，已經初露端倪。1924年他在寫給波恩的信中堅稱：「我決不願意被迫放棄嚴格的因果性，並將對其進行強有力的辯護。我覺得完全不能容忍這樣的想法，即認為電子受到輻射的照射，不僅它的躍遷時刻，而且它的躍遷方向，都由它自己的『自由意志』來選擇。」
舊量子論已經讓愛因斯坦無法認同，那麼更加「瘋狂」的新量子論就更使他忍無可忍了。雖然愛因斯坦本人曾經提出了光量子假設，在量子論的發展歷程中作出過不可磨滅的貢獻，但現在他卻完全轉向了這個新生理論的對立面。愛因斯坦堅信，量子論的基礎大有毛病，從中必能挑出點刺來，迫使人們回到一個嚴格的，富有因果性的理論中來。玻爾後來回憶說：「愛因斯坦最善於不拋棄連續性和因果性來標示表面上矛盾著的經驗，他比別人更不願意放棄這些概念。」
面對量子精靈的進逼，愛因斯坦也在修煉他的魔杖。他已在心中暗暗立下誓言，定要恢復舊世界的光榮秩序，讓黃金時代的古典法律再一次獲得應有的尊嚴。
兩大巨頭雖未能在科莫會議上碰面，然而低頭不見抬頭見，命運已經在冥冥中安排了這樣的相遇不可避免。僅僅一個多月後，另一個歷史性的時刻到來了，第五屆索爾維會議在比利時布魯塞爾召開。這一次，各路冤家對頭終於聚首一堂，就量子論的問題作一個大決戰。從黃金年代走來的老人，在革命浪潮中成長起來的反叛青年，經典體系的莊嚴守護上帝擲骰子嗎？者，新時代的冒險家，這次終於都要作一個最終了斷。世紀大辯論的序幕即將拉開，像一場熊熊的大火燃燒不已，而量子論也將在這大火中接受最嚴苛的洗禮，鍛燒出更加璀璨的光芒來。
布魯塞爾見。
飯後閒話：科學史上的神話（一）
阿基米德的浴缸，牛頓的蘋果，瓦特的茶壺，愛因斯坦的小板凳……科學史上流傳著太多我們耳熟能詳的故事。它們帶著強烈的傳奇色彩，在孩提時代曾那樣打動我們的心靈，喚起對於天才們的深深崇敬和對於科學的無限嚮往。然而時至今日，我們再度回頭審視這些傳說，卻會發現許多時候，它們的象徵意義過分濃厚，從而不可避免地掩蓋住了歷史的本來面目，摻入了太多情感的成分。令人吃驚的是，大家從小所熟悉的那些科學家的故事，若是仔細推敲起來，幾乎沒有多少是站得住腳的。傳奇最終變成了神話（myth），而我們也終究長大。
讓我們按照時間順序，首先從阿基米德（Archimedes）開始。很少人不知道阿基米德量金冠的故事，這個傳說並非空穴來風，它首先被記載於公元前1世紀羅馬的建築師維特魯烏斯（Vitruvius）的著作中。根據記載，敘拉古的國王耶羅二世（Hiero Ⅱ）做了一個金冠要獻給神 ，但他懷疑金匠私吞了一部分金子，而以同等質量的銀子代替，便命阿基米德想辦法在不破壞王冠的情況下測出它是否為純金。阿基米德冥思苦想，終於在一次洗澡的時候，他發現浴缸裡的水隨著身體的浸入而不斷溢出，於是突然恍然大悟，光著身子跳出浴缸，嘴裡還叫著一種多里安方言：Eureka（希臘文的Ｅuρηκα，意為「我找到了」）！這個詞從此被作為靈感來臨的象徵，成為多少人夢寐以求的時刻。
阿基米德的方法是，把金冠扔進一個盛滿水的桶中，測得溢出水的體積。然後把同等重量的純金也扔進滿水的桶中，得到溢出水的體積。如果金冠摻銀的話，它的體積就要比同等重量的純金要大，因此排出的水相應地便多。
這聽上去當然無懈可擊，不過稍作計算的話，很難想像阿基米德真的可以用這種方法來實際地解決問題。希臘時代的王冠其實就是「桂冠」，也就是像奧運會上那種用橄欖枝圍一圈戴在頭上的那種「花環」。從考古實物來說，目前出土的最大的王冠重714克，直徑18.5厘米，為了簡便，我們往寬裡計算，假設阿基米德的王冠重1千克，直徑20厘米祇好了。因為純金的比重是19.3g/cm3，所以1千克重的金子實佔體積51.8cm3。現在假設金匠往王冠裡摻了30%的銀子，那麼銀子的比重是10.6 g/cm3，該王冠實佔體積差不多是64.6cm3。
把王冠和純金放進盡可能窄的桶裡（王冠直徑20cm，則桶口的面積最小是314cm2），王冠能造成0.206cm的水位上漲，純金則是0.165cm。相比之下，落差只有0.041cm，也就是0.4毫米！不要說阿基米德時代，就算在現代的中學裡，要測出這樣一個差值都是相當困難的！而且，任何其他因素，比如水的表面張力，水中的氣泡等都能輕易地造成同等的誤差，這造成了該方法實際上的不可行。我們的計算還是寬鬆的：假如王冠再輕一點，摻的銀子再少一點，或桶再大一點的話，差值就更加微小了[2]。
實踐上的難度暫且不論，羅馬建築師的本意在於頌揚阿基米德的天才成就，然而這個檢測方法卻是異常拙劣的！更糟糕的是，這裡面卻沒有用到阿基米德本人的偉大發現浮力定律！其實，如果想稱頌阿基米德的話，我們有一種最簡單的方法：直接用提秤，把王冠和在空氣中同等重量的純金同時放到水中去稱量！因為王冠的體積大，受到的浮力相對也大，所以在水中王冠就會顯得比金子要輕，提秤的這端會翹起！如果要使兩者在水中保持平衡的話，我們需要在空氣中重1012.8g的純金才行，相對來說，12.8g的差距是容易測量的，我們甚至能從中輕易地得到摻銀的比例。而最關鍵的是，這才是阿基米德偉大之處的真正體現：浮力定律！
如果維特魯烏斯物理好一點，編造得更聰明一點的話，這個神話也許就沒那麼容易破滅。
Part 2
青山依舊，幾度夕陽，同樣的布魯塞爾，一轉眼竟已是16個春秋。1911年的第一屆索爾維會議，也就是那個傳說中的「巫師會議」似乎已經在人們的腦海中慢慢消逝。16年間發生了太多的事情，世界大戰的爆發迫使這科學界的巔峰聚會不得不暫時中斷，雖然從1921年起又重新恢復，但來自德國的科學家們卻都因為戰爭的原因而連續兩次被排除在外。失去了這個星球上最好的幾個頭腦，第三第四屆會議便未免顯得有些索然無味，而這也就更加凸顯了1927年第五屆索爾維會議的歷史地位。後來的發展證明，它毫無疑問是有史以來最著名的一次索爾維會議。
圖8.2 1927年索爾維會議
這次會議彌補了科莫的遺憾，愛因斯坦、薛定諤等人都如約而至。物理學的大師們聚首一堂，在會場合影，流傳下了那張令多少後人欷歔不已的「物理學全明星夢之隊」的世紀照片。當然世事無完美，硬要挑點缺陷，那就是索末菲和約爾當不在其中，不過我們要求不能太高了，人生不如意者還是十有八九的。會議從10月24日到29日，為期6天。主題是「電子和光子」（我們還記得，「光子-photon」是個新名詞，它剛剛在1926年由美國人劉易斯所提出），其議程如下：首先勞倫斯‧布拉格作關於X射線的實驗報告，然後康普頓報告康普頓實驗以及其和經典電磁理論的不一致。接下來，德布羅意作量子新力學的演講，主要是關於粒子的德布羅意波。隨後波恩和海森堡介紹量子力學的矩陣理論，而薛定諤介紹波動力學。最後，玻爾在科莫演講的基礎上再次做那個關於量子公設和原子新理論的報告，進一步總結互補原理，給量子論打下整個哲學基礎。這個議程本身簡直就是量子論的一部微縮史，從中可以明顯地分成三派：只關心實驗結果的實驗派：布拉格和康普頓；哥本哈根派：玻爾、波恩和海森堡；還有哥本哈根派的死敵：德布羅意，薛定諤，以及坐在台下的愛因斯坦。
會議的氣氛從一開始便是火熱的。像拳王爭霸賽一樣，重頭戲到來之前先有一系列的墊賽：大家先就康普頓的實驗做了探討，然後各人隨即分成了涇渭分明的陣營，互相炮轟。德布羅意一馬當先做了發言，他試圖把粒子融合到波的圖像裡去，提出了一種「導波」（pilot wave）的理論，認為粒子是波動方程的一個奇點，它必須受波的控制和引導。泡利站起來狠狠地批評這個理論，他首先不能容忍歷史車輪倒轉，回到一種傳統圖像中，然後他引了一系列實驗結果來反駁德布羅意。眾所周知，泡利是世界第一狙擊手，誰要是被他盯上了多半是沒有好下場的，德布羅意最後不得不公開聲明放棄他的觀點。幸好薛定諤大舉來援，不過他還是堅持一個非常傳統的解釋，這連盟軍德布羅意也覺得不大滿意，泡利早就嘲笑薛定諤為「幼稚」。波恩和海森堡躲在哥本哈根掩體後面對其開火，他們在報告最後說：「我們主張，量子力學是一種完備的理論，它的基本物理假說和數學假設是不能進一步修改的。」他們也集中火力猛烈攻擊了薛定諤的「電子雲」，後者認為電子的確在空間中實際地如波般擴散開去。海森堡評論說：「我從薛定諤的計算中看不到任何東西可以證明事實如同他所希望的那樣。」薛定諤承認他的計算確實還不太令人滿意，不過他依然堅持，談論電子的軌道是「胡扯」（應該是波本征態的疊加）。波恩回敬道：「不，一點都不是胡扯。」在一片硝煙中，會議的組織者，老資格的洛倫茲也發表了一些保守的觀點……
愛因斯坦一開始按兵不動，保持著可怕的沉默，不過當波恩提到他的名字後，他終於忍不住出擊了。他提出了一個模型：一個電子通過一個小孔得到衍射圖像。愛因斯坦指出，目前存在著兩種觀點，第一是說這裡沒有「一個電子」，只有「一團電子雲」，它是一個空間中的實在，為德布羅意-薛定諤波所描述。第二是說的確有一個電子，而ψ是它的「幾率分佈」，電子本身不擴散到空中，而是它的幾率波。愛因斯坦承認，觀點Ⅱ是比觀點I更加完備的，因為它整個包含了觀點I。儘管如此，愛因斯坦仍然說，他不得不反對觀點Ⅱ,因為這種隨機性表明，同一個過程會產生許多不同的結果，而且這樣一來，感應屏上的許多區域就要同時對電子的觀測作出反應，這似乎暗示了一種超距作用，從而違背相對論。愛因斯坦話音剛落，在會場的另一邊，玻爾也開始搖頭。
風雲變幻，龍虎交濟，現在兩大陣營的幕後主將終於都走到台前，開始進行一場決定命運的單挑。可惜的是，玻爾等人的原始討論記錄沒有官方資料保存下來，對當時情景的重建主要依靠幾位當事人的回憶。這其中有玻爾本人1949年為慶祝愛因斯坦70歲生日而應邀撰寫的《就原子物理學中的認識論問題與愛因斯坦進行的商榷》長文，有海森堡、德布羅意和埃侖費斯特的回憶和信件等。當時那一場激戰，直打得天昏地暗，討論的問題中有我們已經描述過的那個電子在雙縫前的困境，以及許許多多別的思維實驗。埃侖費斯特在寫給他那些留守在萊登的弟子們（烏侖貝特和古茲密特等）的信中描述說：愛因斯坦像一個彈簧玩偶，每天早上都帶著新的主意從盒子裡彈出來，而玻爾則從雲霧繚繞的哲學中找到工具，把對方所有的論據都一一碾碎。
海森堡1967年的回憶則說：
「討論很快就變成了一場愛因斯坦和玻爾之間的決鬥：當時的原子理論在多大程度上可以看成是討論了幾十年的那些難題的最終答案呢？我們一般在旅館用早餐時就見面了，於是愛因斯坦就描繪一個思維實驗，他認為從中可以清楚地看出哥本哈根解釋的內部矛盾。然後愛因斯坦，玻爾和我便一起走去會場，我就可以現場聆聽這兩個哲學態度迥異的人的討論，我自己也常常在數學表達結構方面插幾句話。在會議中間，尤其是會間休息的時候，我們這些年輕人——大多數是我和泡利——就試著分析愛因斯坦的實驗，而在吃午飯的時候討論又在玻爾和別的來自哥本哈根的人之間進行。一般來說玻爾在傍晚的時候就對這些理想實驗完全心中有數了，他會在晚餐時把它們分析給愛因斯坦聽。愛因斯坦對這些分析提不出反駁，但在心裡他是不服氣的。」
愛因斯坦當然是不服氣的，他如此虔誠地信仰因果律，以致決不能相信哥本哈根那種憤世嫉俗的概率解釋。玻爾後來回憶說，愛因斯坦有一次嘲弄般地問他，難道親愛的上帝真的擲骰子不成（ob der liebe Gott wurfelt）？
上帝不擲骰子！這已經不是愛因斯坦第一次說這話了。早在1926年寫給波恩的信裡，他就說：「量子力學令人印象深刻，但是一種內在的聲音告訴我它並不是真實的。這個理論產生了許多好的結果，可它並沒有使我們更接近『老頭子』的奧秘。我毫無保留地相信，『老頭子』是不擲骰子的。」
「老頭子」是愛因斯坦對上帝的暱稱。
圖8.3 玻爾和愛因斯坦在1927年索爾維會議期間
然而，1927年這場華山論劍，愛因斯坦終究輸了一招。並非劍術不精，實乃內力不足。面對浩浩蕩蕩的歷史潮流，他頑強地逆流而上，結果被沖刷得站立不穩，苦苦支撐。1927年，量子革命的大爆發已經進入第三年，到了一個收官的階段。當年種下的種子如今開花結果，革命的思潮已經席捲整個物理界，毫無保留地指明了未來的方向。越來越多的人終究領悟到了哥本哈根解釋的核心奧義，並誠心皈依，都投在量子門下。愛因斯坦非但沒能說服玻爾，反而常常被反駁得說不出話來，而且他這個「反動」態度引得許多人扼腕歎息。遙想當年，1905，愛因斯坦橫空出世，一年之內六次出手，每一役都打得天搖地動，驚世駭俗，獨自創下了一番轟轟烈烈的事業。當時少年意氣，睥睨群雄，揚鞭策馬，笑傲江湖，這一幅傳奇畫面在多少人心目中留下了永恆的神往！可是，當年那個最反叛，最革命，最不拘禮法，最蔑視權威的愛因斯坦，如今竟然站在新生量子論的對立面！
波恩哀歎說：「我們失去了我們的領袖。」
埃侖費斯特氣得對愛因斯坦說：「愛因斯坦，我為你感到臉紅！你把自己放到了和那些徒勞地想推翻相對論的人一樣的位置上了。」
愛因斯坦這一仗輸得狼狽。玻爾看上去沉默駑鈍，可是重劍無鋒，大巧不工，在他一生中幾乎沒有輸過哪一場認真的辯論。哥本哈根派和它對量子論的解釋大獲全勝，海森堡在寫給家裡的信中說：「我對結果感到非常滿意，玻爾和我的觀點被廣泛接受了，至少沒人提得出嚴格的反駁，即使愛因斯坦和薛定諤也不行。」多年後他又總結道：「剛開始（持有這種觀點的）主要是玻爾，泡利和我，大概也只有我們三個，不過它很快就擴散開去了。」
但是愛因斯坦不是那種容易被打敗的人，他逆風而立，一頭亂髮掩不住眼中的堅決。他身後還站著兩位，一個是德布羅意，一個是薛定諤。三人吳帶凌風，衣袂飄飄，在量子時代到來的曙光中，大有長鋏寒瑟，易水蕭蕭，誓與經典理論共存亡的悲壯氣概。
時光荏苒，一彈指又是三年，各方俊傑又重聚布魯塞爾，會面於第六屆索爾維會議。三年前那一戰已成往事，這第二次華山論劍，又不知誰勝誰負？
飯後閒話：科學史上的神話（二）
1600年2月17日，吉爾達諾.布魯諾（Giordano Bruno）被綁在羅馬的鮮花廣場上，活活地燒死了。他的舌頭被事先釘住，以防他臨死前喊出什麼異端的口號來。儘管這樣，布魯諾的句子還是流傳了四百年而依舊震撼人心：你們在宣判的時候，比我聽到判決時還要恐懼。
以上當然是歷史的事實，並無誇大之處。但問題是，當我們的腦海中出現布魯諾的名字時，往往會自然反射般地有這樣一種印象：他是因為捍衛哥白尼的日心說而被反動的教會迫害致死的。布魯諾為科學真理而獻身，他是一個科學的「烈士」！實際上，這個結論卻是大可值得商榷的。
對於布魯諾的審判長達8年之久，他當真是因為堅持科學觀點而受審的嗎？根據學者們的研究，宗教裁判所先後對布魯諾提出的指控足有40項之多，但其中的大部分還是關於神學和哲學方面的，例如,布魯諾懷疑三位一體學說，否認聖母瑪利亞的童貞，認為萬物有靈，懷疑耶穌的生平事跡，對於地獄和犯罪的錯誤看法等，也包括他的一些具體行為，例如褻瀆神明，侮辱教皇，試圖在修道院縱火，研究和施行巫術，等等。對於宇宙和太陽行星的看法當然也包括在其中，但卻遠非主要部分。
話又說回來，布魯諾支持哥白尼的日心說，是否出自科學上的理由呢？這更是一個牽強的說法。從任何角度來看，布魯諾都很難稱得上是一個「科學家」。他認為太陽處在中心地位，更多地是出自一種自然哲學上的理由，而絕非科學上的。布魯諾甚至在著作中評述說，哥白尼的局限就在於他過分拘泥於數學中，而無法把握真正的哲學真理。
在科學史界有一種非常著名的看法：布魯諾對於日心體系的支持，其根源在於赫爾墨斯主義（Hermeticism）對其的深刻影響。赫爾墨斯主義是一種古老的宗教，帶有強烈的神秘主義，泛神論和巫術色彩。這種宗教崇拜太陽，而哥白尼體系正好迎合了這種要求。布魯諾的思想帶著深深的宗教使命感，試圖恢復這種古老巫術體系的繁榮。教會最後判了布魯諾8條罪名，具體是哪些現在我們已經無從得知了，不過很有可能，他主要是作為一個巫師被燒死的[3]
不管這種看法是否可信，退一萬步來說，布魯諾也最多是一位有著叛逆思想的自然哲學家。他只是從哲學的角度出發去支持哥白尼體系，在科學史上，他對於後來人沒有產生過任何影響。把他作為一個為科學而獻身的烈士來宣傳，無疑摻雜了太多的輝格式歷史的色彩。說他是一個偉大的「自然科學家」或者主觀上為了捍衛科學而死，則更沒有任何根據。
當然，我們無意貶低布魯諾的地位,客觀上來說，他無疑也對日心說的傳播起到了積極的影響。而他對於自由思想的追求，對於個人信念的堅持，面對世俗的壓力不惜反叛和獻身的勇氣，則更屬於人類最寶貴的精神財富。但我們必須承認的是，在現代科學初生的那個蒙昧階段，它和巫術、占星術、煉金術、宗教的關係是千絲萬縷的，根本無法割裂開來。就算是作為現代科學奠基人的牛頓，他的神學著作和煉金活動也是數不勝數的。我們往往過分強調了那個時代科學與宗教的衝突，反過來又把許多站在教會對立面的人立為科學的典型，這在科學史研究中是非常需要避免的輝格式解釋（Whig Interpretation）傾向。
類似地，還有幾位值得一提的人物。首先是公元415年被基督教僧侶謀殺的希臘女數學家海帕西婭（Hypatia），這個悲劇的原因更多地是政治衝突和陰謀：宗教領袖Cyril和羅馬長官Orestes為了亞歷山大城的控制權明爭暗鬥，而海帕西婭卻是後者的密友。另外還有阿斯科裡的塞科（Cecco d'Ascoli，本名Francesco degli Stabili），他是中世紀意大利的占星學家，於1327年被燒死在佛羅倫薩。他的罪名其實也是行巫術（而不是斷言地球是圓形），事實上佔星學在那個年代得到了空前發展，佔據了社會上層人物生活中的一個主要部分。再順便說一說西班牙醫生塞爾維特（Michael Servetus），他於1553年在日內瓦被燒死。他的罪名是兩條：反對三位一體理論和反對幼兒洗禮，這些都是從神學角度出發的爭論。塞爾維特本身主要是個神學家，他堅持的是一種唯一神論學說（unitarianism），即否定三位一體理論的神學（如歷史上的阿里烏斯教）。至今仍有許多唯一神教堂仍以其名命名。塞爾維特相信血液循環說，不過這和他的定罪沒什麼關係，在當時也沒造成多大影響，這個概念自哈維起才被醫生們普遍接受。
最著名的在公眾前被處死的「科學家」大概還是拉瓦錫，當然原因也和科學無關。他因為擔任過舊政府的收稅官，在法國大革命中被送上了斷頭台。拉格朗日對此說了一句著名的評論：「砍掉他的腦袋只需要1秒鐘，但就算過上100年，法國也未必能再生出這樣一個腦袋來。」
Part 3
花開花落，黃葉飄零，又是深秋季節，第六屆索爾維會議在布魯塞爾召開了。玻爾來到會場時心中惴惴，看愛因斯坦表情似笑非笑，吃不準他三年間練成了什麼新招，不知到了一個什麼境界。不過玻爾倒也不是太過擔心，量子論的興起已經是板上釘釘的事實，現在整個體系早就站穩腳跟，枝繁葉茂地生長起來。愛因斯坦再厲害，憑一人之力也難以撼動它的根基。玻爾當年的弟子們，海森堡，泡利等，如今也都是獨當一面的大宗師了，哥本哈根派名震整個物理界，玻爾自信吃不了大虧。
愛因斯坦則在盤算另一件事：量子論方興未艾，當其之強，要打敗它的確太難了。可是難道因果律和經典理論就這麼完了不成？不可能，量子論一定是錯的！嗯，想來想去，要破量子論，只有釜底抽薪，擊潰它的基礎才行。愛因斯坦憑著和玻爾交手的經驗知道，在細節問題上是爭不出個什麼所以然的，量子論就像神話中那個九頭怪蛇海德拉（Hydra），你砍掉它一個頭馬上會再生一個出來，必須得瞄準最關鍵的那一個頭才行。這個頭就是其精髓所在——不確定性原理！
愛因斯坦站起來發話了：
想像一個箱子，上面有一個小孔，並有一道可以控制其開閉的快門，箱子裡面有若干個光子。好，假設快門可以控制得足夠好，它每次打開的時間是如此之短，以至於每次只允許一個光子從箱子裡飛到外面。因為時間極短，△t是足夠小的。那麼現在箱子裡少了一個光子，它輕了那麼一點點，這可以用一個理想的彈簧秤測量出來。假如輕了△m吧，那麼就是說飛出去的光子重m，根據相對論的質能方程E=mc2，可以精確地算出箱子內部減少的能量△E。
那麼，△E和△t都很確定，海森堡的公式△E×△t＞h也就不成立。所以整個量子論是錯誤的！
這可以說是愛因斯坦凝聚了畢生功夫的一擊，其中還包含了他的成名絕技相對論。這一招如白虹貫日，直中要害，沉穩老辣，乾淨漂亮。玻爾對此毫無思想準備，他大吃一驚，一時想不出任何反擊的辦法。據目擊者說，他變得臉如死灰，呆若木雞，張口結舌地說不出話來。一整個晚上他都悶悶不樂，搜腸刮肚，苦思冥想。
羅森菲爾德後來描述說：
「（玻爾）極力遊說每一個人，試圖使他們相信愛因斯坦說的不可能是真的，不然那就是物理學的末日了，但是他想不出任何反駁來。我永遠不會忘記兩個對手離開會場時的情景：愛因斯坦的身影高大莊嚴，帶著一絲嘲諷的笑容，靜悄悄地走了出去。玻爾跟在後面一路小跑，他激動不已，詞不達意地辯解說要是愛因斯坦的裝置真的管用，物理學就完蛋了。」
這一招當真如此淳厚完美，無懈可擊？玻爾在這關鍵時刻力挽滄海，方顯英雄本色。他經過一夜苦思，終於想出了破解此招的方法，一個更加妙到巔毫的巧招。
羅森菲爾德接著說：
「第二天早上，玻爾的勝利便到來了。物理學也得救了。」
玻爾指出：好，一個光子跑了，箱子輕了△m。我們怎麼測量這個△m呢？用一個彈簧秤，設置一個零點，然後看箱子位移了多少。假設位移為△q吧，這樣箱子就在引力場中移動了△q的距離，但根據廣義相對論的紅移效應，這樣的話時間的快慢也要隨之改變相應的△T。可以根據公式計算出：△T＞ｈ/△mc2。再代以質能公式△E=△mc2，則得到最終的結果，這結果是如此眼熟：△T△E＞ｈ h，正是海森堡測不准關係！
圖8.4 愛因斯坦光箱實驗
我們可以不理會數學推導，關鍵是愛因斯坦忽略了廣義相對論的紅移效應！引力場可以使原子頻率變低，也就是紅移，等效於時間變慢。當我們測量一個很準確的△m時，我們在很大程度上改變了箱子裡的時鐘，造成了一個很大的不確定的△T。也就是說，在愛因斯坦的裝置裡，假如我們準確地測量△m，或者△E時，我們就根本沒法控制光子逃出的時間T！
廣義相對論本是愛因斯坦的獨門絕技，玻爾這一招「以彼之道，還施彼身」不但封擋住了愛因斯坦那雷霆萬鈞的一擊，更把這諸般招數都回加到了他自己身上。兩人的這次論戰招數精奇，才華橫溢，教人擊節歎服，大開眼界。覺得見證兩大縱世奇才出全力相拼，實在不虛此行。
現在輪到愛因斯坦自己說不出話來了。難道量子論當真天命所歸，嚴格的因果性當真已經遲遲老去，不再屬於這個叛逆的新時代？玻爾是最堅決的革命派，他的思想閎廓深遠，窮幽極渺，卻又如大江奔流，浩浩蕩蕩，翻騰不息。物理學的未來只有靠量子，這個古怪卻又強大的精靈去開拓。新世界不再有因果性，不再有實在性，可能讓人覺得不太安全，但它卻是那樣胸懷博大，氣勢磅礡，到處都有珍貴的寶藏和激動人心的秘密等待著人們去發掘。狄拉克後來有一次說，自海森堡取得突破以來，理論物理進入了前所未有的黃金年代，任何一個二流的學生都可能在其中作出一流的發現。是的，人們應當毫不畏懼地走進這樣一個生機勃勃的，充滿了艱險、挑戰和無上光榮的新時代中來，把過時的因果性做成一個紀念物，裝飾在泛黃的老照片上去回味舊日的似水年華。
革命！前進！玻爾在大會上又開始顯得精神抖擻，豪氣萬丈。愛因斯坦的這個光箱實驗非但沒能擊倒量子論，反而成了它最好的證明，給它的光輝又添上了濃重的一筆。現在沒什麼好懷疑的了，絕對的因果性是不存在的，哥本哈根解釋如野火一般在人們的思想中蔓延開來。玻爾是這場革命的旗手，他慷慨陳詞，就像當年在議會前的羅伯斯庇爾，要是可能的話，他大概真想來上這麼一句：
因果性必須死，因為物理學需要生！
停止爭論吧，上帝真的擲骰子！隨機性是世界的基石，當電子出現在這裡時，它是一個隨機的過程，並不需要有誰給它加上難以忍受的條條框框。全世界的粒子和波現在都得到了解放，從牛頓和麥克斯韋寫好的劇本中掙扎出來，大口地呼吸自由空氣。它們和觀測者玩捉迷藏，在他們背後融化成概率波瀰散開去，神秘地互相滲透和干涉。當觀測者回過頭去尋找它們，它們又快樂地現出原形，呈現出一個面貌等候在那裡。這種遊戲不至於過火，因為還有波動方程和不確定性原理在起著規則的作用。而統計規律則把微觀上的無法無天抹平成為宏觀上的井井有條。
愛因斯坦失望地看著這個場面，發展到如此地步實在讓他始料不及。失去了嚴格的因果性，一片混亂……恐怕約翰‧彌爾頓描繪的那個「群魔殿」（Pandemonium）就是這個樣子吧？愛因斯坦對玻爾已經兩戰兩敗，他現在知道量子論的根基比想像的要牢固得多。看起來，量子論不太可能是錯誤的，或者自相矛盾的。
但愛因斯坦也決不會相信它代表了真相。好吧，量子論內部是沒有矛盾的，但它並不是一幅「完整」的圖像。我們看到的量子論，可能只是管中窺豹，雖然看到了真實的一部分，但仍然有更多的「真實」未能發現。一定有一些其他的因素，它們雖然不為我們所見，但無疑對電子的行為有著影響，從而嚴格地決定了它們的行為。量子論不能說是錯吧，至少是「不完備」的，它不可能代表了深層次的規律，而只是一種膚淺的表現而已！
不管怎麼說，因果關係不能拋棄！愛因斯坦的信念到此時幾乎變成一種信仰了，他已決定終生為經典理論而戰。這不知算是科學的悲劇還是收穫，一方面，那個大無畏的領路人，那個激情無限的開拓者永遠地從歷史上消失了。亞伯拉罕‧派斯（Abraham Pais）在《愛因斯坦曾住在這裡》一書中說，就算1925年後，愛因斯坦改行釣魚以度過餘生，這對科學來說也沒什麼損失。但另一方面，愛因斯坦對量子論的批評和詰問也確實使它時時三省吾身，冷靜地審視和思考自己存在的意義，並不斷地在鬥爭中完善自己，大概可算一種反面的激勵吧！
反正他不久又要提出一個新的實驗，作為對量子論的進一步考驗。可憐的玻爾得第三次接招了。
Part 4
愛因斯坦沒有出席1933年第七屆索爾維會議。那一年的1月30日，興登堡把德國總理一職委任給了一個叫做阿道夫‧希特勒的奧地利人，從此納粹黨的恐怖陰影開始籠罩整個西方世界。愛因斯坦橫眉冷對這個邪惡政權，最後終於第二次放棄了國籍，不得不流落他鄉，憂鬱地思索起歐洲那悲慘的未來。話又說回來，這屆索爾維會議的議題也早就不是量子論本身，而換成了另一個激動人心的話題：爆炸般發展的原子物理。不過這個領域裡的成就當然也是在量子論的基礎上取得的，而量子力學的基本形式已經確定下來，成為物理學的基礎。似乎是塵埃落定，沒什麼人再會懷疑它的力量和正確性了。
在人們的一片樂觀情緒中，愛因斯坦和薛定諤等寥寥幾人愈加顯得孤獨起來。薛定諤和德布羅意參加了1933年索爾維會議，卻都沒有發言，也許是他們對這一領域不太熟悉的緣故吧。新新人類們在激動地探討物質的產生和湮滅、正電子、重水、中子……那樣多的新發現讓人眼花繚亂，根本忙不過來。而愛因斯坦他們現在還能做什麼呢？難道他們的思想真的已經如此過時，以致跟不上新時代那飛一般的步伐了嗎？
1933年9月25日，埃侖費斯特在荷蘭萊登槍殺了他那患有智力障礙的兒子，然後自殺了。他在留給愛因斯坦、玻爾等好友的信中說：「這幾年我越來越難以理解物理學的飛速發展，我努力嘗試，卻更為絕望和撕心裂肺，我終於決定放棄一切。我的生活令人極度厭倦……我僅僅是為了孩子們的經濟來源而活著，這使我感到罪惡。我試過別的方法但是收效甚微，因此越來越多地去考慮自殺的種種細節，除此之外我沒有第二條路走了……原諒我吧。」
在愛因斯坦看來，埃侖費斯特的悲劇無疑是一個時代的悲劇。兩代物理學家的思想猛烈衝突和撞擊，在一個天翻地覆的飄搖亂世，帶給整個物理學以強烈的陣痛。埃侖費斯特雖然從理智上支持玻爾，但當一個文化衰落之時，曾經為此文化所感之人必感到強烈的痛苦。昔日黃金時代的黯淡老去，代以雨後春筍般興起的新思潮，從量子到量子場論，原子中各種新粒子層出不窮，稀奇古怪的概念統治整個世界。愛因斯坦的心中何曾沒有埃侖費斯特那樣難以名狀的巨大憂傷？愛因斯坦遠遠地，孤獨地站在鴻溝的另一邊，看著年輕人們義無反顧地高唱著向遠方進軍，每一個人都對他說他站錯了地方。這種感覺是那樣奇怪，似乎世界都顯得朦朧而不真實。難怪曾經有人歎息說，寧願早死幾年，也不願看到現代物理這樣一幅令人難以接受的畫面。不過，愛因斯坦卻仍然沒有倒下，雖然他身在異鄉，他的第二個妻子又重病纏身，不久將與他生離死別，可這一切都不能使愛因斯坦放棄內心那個堅強的信仰，那個對於堅固的因果關係，對於一個宇宙和諧秩序的癡癡信仰。愛因斯坦仍然選擇戰鬥，他的身影在斜陽下拉得那樣長，似乎是勇敢的老戰士為一個消逝的王國做最後的悲壯抗爭。
這一次他爭取到了兩個同盟軍，分別是他的兩個同事波多爾斯基（Boris Podolsky）和羅森（Nathan Rosen）。1935年3月，三人共同在《物理評論》（Physics Review）雜誌上發表了一篇論文，名字叫《量子力學對物理實在的描述可能是完備的嗎？》，再一次對量子論的基礎發起攻擊。當然他們改變策略，不再說量子論是自相矛盾，或者錯誤的，而改說它是「不完備」的。具體來說，三人爭辯量子論的那種對於觀察和波函數的解釋是不對的。
我們用一個稍稍簡化了的實驗來描述他們的主要論據。我們已經知道，量子論認為在我們沒有觀察之前，一個粒子的狀態是不確定的，它的波函數瀰散開來，代表它的概率。但當我們探測以後，波函數坍縮，粒子隨機地取一個確定值出現在我們面前。
現在讓我們想像一個大粒子，它本身自旋為0。但它是不穩定的，很快就會衰變成兩個小粒子，向相反的兩個方向飛開去。我們假設這兩個小粒子有兩種可能的自旋，分別叫「左」和「右」[4]，那麼如果粒子A的自旋為「左」，粒子B的自旋便一定是「右」，以保持總體守恆，反之亦然。
好，現在大粒子分裂了，兩個小粒子相對飛了出去。但是要記住，在我們沒有觀察其中任何一個之前，它們的狀態都是不確定的，只有一個波函數可以描繪它們。只要我們不去探測，每個粒子的自旋便都處在一種左/右可能性疊加的混合狀態，為了方便我們假定兩種概率對半分，各50%。
現在我們觀察粒子A，於是它的波函數一瞬間坍縮了，隨機地選擇了一種狀態，比如說是「左」旋。但是因為我們知道兩個粒子總體要守恆，那麼現在粒子B肯定就是「右」旋了。問題是，在這之前，粒子A和粒子B之間可能已經相隔非常遙遠的距離，比如說幾萬光年好了。它們怎麼能夠做到及時地互相通信，使得在粒子A坍縮成左的一剎那，粒子B一定會坍縮成右呢？
量子論的概率解釋告訴我們，粒子A選擇「左」，那是一個完全隨機的決定，兩個粒子並沒有事先商量好，說粒子A一定會選擇左。事實上，這種選擇是它被觀測的那一剎那才做出的，並沒有先兆。關鍵在於，當A隨機地作出一個選擇時，遠在天邊的B便一定要根據它的決定而作出相應的坍縮，變成與A不同的狀態以保持總體守恆。那麼，B是如何得知這一遙遠的信息的呢？難道有超過光速的信號來回於它們之間？
假設有兩個觀察者在宇宙的兩端守株待兔，在某個時刻t，他們同時進行了觀測：一個觀測A，另一個同時觀測B。那麼，這兩個粒子會不會因為距離過於遙遠，一時無法對上口徑而在倉促間做出手忙腳亂的選擇，比如兩個同時變成了「左」，或者「右」？顯然是不太可能的，不然就違反了守恆定律。那麼是什麼讓它們之間保持著心有靈犀的默契，當你是「左」的時候，我一定是「右」？
愛因斯坦等人認為，既然不可能有超過光速的信號傳播，那麼說粒子A和B在觀測前是「不確定的幽靈」顯然是難以自圓其說的。唯一的可能是兩個粒子從分離的一剎那開始，其狀態已經客觀地確定了，後來人們的觀測只不過是得到了這種狀態的信息而已，就像經典世界中所描繪的那樣。粒子在觀測時才變成真實的說法顯然違背了相對論的原理，它其中涉及到瞬間傳播的信號。這個詰難以三位發起者的首字母命名，稱為「EPR佯謬」。
圖8.5 EPR佯謬
玻爾在得到這個消息後大吃一驚，他馬上放下手頭的其他工作，來全神貫注地對付愛因斯坦的這次挑戰。這套潛心演練的新陣法看起來氣勢洶洶，宏大堂皇，頗能奪人心魄，但玻爾也算是愛因斯坦的老對手了。他睡了一覺後，馬上發現了其中的破綻所在，原來這看上去讓人眼花繚亂的一次攻擊卻是個完完全全的虛招，並無實質力量。玻爾不禁得意地唱起一支小調，調侃了波多爾斯基一下。
原來愛因斯坦和玻爾根本沒有個共同的基礎。在愛因斯坦的潛意識裡，一直有個經典的「實在」影像。他不言而喻地假定，EPR實驗中的兩個粒子在觀察之前，分別都有個「客觀」的自旋狀態存在，就算是概率混合吧，但粒子客觀地存在於那裡。但玻爾的意思是，在觀測之前，沒有一個什麼粒子的「自旋」！因為你沒有定義觀測方式，那時候談論自旋的粒子是無意義的，它根本不是物理實在的一部分，這不能用經典語言來表達，只有波函數可以描述。因此在觀察之前，兩個粒子——無論相隔多遠都好——仍然是一個互相關聯的整體！它們仍然必須被看做母粒子分裂時的一個全部，直到觀察以前，這兩個獨立的粒子都是不存在的，更談不上客觀的自旋狀態！
這是愛因斯坦和玻爾思想基礎的尖銳衝突。玻爾認為，當沒有觀測的時候，不存在一個客觀獨立的世界，所謂「實在」只有和觀測手段連起來講才有意義。在觀測之前，並沒有「兩個粒子」，而只有「一個粒子」。A和B「本來」沒有什麼自旋，直到我們採用某種方式觀測了它們之後，所謂的「自旋」才具有物理意義，兩個粒子才變成真實，變成客觀獨立的存在。但在那以前，它們仍然是互相聯繫的一個虛無整體，對於其中任一個的觀察必定擾動了另一個的狀態。並不存在什麼超光速的信號，兩個遙遠的，具有相反自旋的粒子本是協調的一體，之間無須傳遞什麼信號。其實是這個系統沒有實在性（reality），而不是沒有定域性（locality）。
圖8.6 哥本哈根觀點看EPR
EPR佯謬其實根本不是什麼佯謬，它最多表明了，在「經典實在觀」看來，量子論是不完備的，這簡直是廢話。但是在玻爾那種「量子實在觀」看來，它是非常完備和邏輯自洽的。
既生愛，何生玻。兩人的世紀爭論進入了尾聲。在哲學基礎上的不同使得兩人間的意見分歧直到最後也沒能調和。這兩位20世紀最偉大的科學巨人，他們的世界觀是如此地截然對立，以致每一次見面都仍然要為此而爭執。派斯後來回憶說，玻爾有一次到普林斯頓訪問，結果又和愛因斯坦徒勞地爭論了半天。愛因斯坦的絕不妥協使得玻爾失望透頂，他衝進派斯的辦公室，不停地喃喃自語：「我對自己煩透了！」
可惜的是，一直到愛因斯坦去世，玻爾也未能說服他，讓他認為量子論的解釋是正確而完備的，這一定是玻爾人生中最為遺憾和念念不忘的一件事。玻爾本人也一直在同愛因斯坦的思想作鬥爭，每當他有了一個新想法，他首先就會問自己：如果愛因斯坦尚在，他會對此發表什麼意見？1962年，就在玻爾去世的前一天，他還在黑板上畫了當年愛因斯坦光箱實驗的草圖，解釋給前來的採訪者聽。這幅圖成了玻爾留下的最後手跡。
兩位科學巨人都為各自的信念而奮鬥了畢生，然而，別的科學家已經甚少關心這種爭執。在量子論的引導下，科學顯得如此朝氣蓬勃，它的各個分支以火箭般的速度發展，給人類社會帶來了偉大的技術革命。從半導體到核能，從激光到電子顯微鏡，從集成電路到分子生物學，量子論把它的光輝播撒到人類社會的每一個角落，成為有史以來在實用中最成功的物理理論。許多人覺得，爭論量子論到底對不對簡直太可笑了，只要轉過頭，看看身邊發生的一切，看看社會的日新月異，目光所及，無不是量子論的最好證明。
如果說EPR最大的價值所在，那就是它和別的奇想空談不同。只要稍微改裝一下，EPR是可以為實踐所檢驗的！我們的史話在以後會談到，人們是如何在實驗室裡用實踐裁決了愛因斯坦和玻爾的爭論，經典實在的概念無可奈何花落去，只留下一個蒼涼的背影和深沉的歎息。
但量子論仍然困擾著我們。它的內在意義是如此撲朔迷離，使得對它的詮釋依舊眾說紛紜。量子論取得的成就是無可懷疑的，但人們一直無法確認它的真實面目所在，這爭論一直持續到今天。它將把一些讓物理學家們毛骨悚然的概念帶入物理中，令人一想來就不禁倒吸一口涼氣。而反對派那裡還有一個薛定諤，他要放出一隻可怕的怪獸，撕咬人們的理智和神經，這就是叫許多人聞之色變的「薛定諤的貓」。
飯後閒話：科學史上的神話（三）
布魯諾被處死33年後，另一場著名的審判又在羅馬開始了。這次貨真價實，迎來的是史上最偉大的科學家之一：伽利略（Galileo Galilei）。對於該審判的研究是科學史中的顯學，有關著作汗牛充棟，在此無法詳述。我們還是來關注一下大家所熟悉的那個有關伽利略的小故事：比薩斜塔上的扔球實驗。
這次名留青史的實驗是伽利略的一個學生維瓦尼（Vincenzio Viviani）在為老師寫的傳記中描述的。根據維瓦尼記述，伽利略在比薩擔任教授時（大約25歲），特地召集了比薩大學的所有教授和學生，請他們來觀摩斜塔實驗。他從塔上扔下了兩個不同重量的球，結果發現它們同時落地，於是推翻了亞里士多德體系。這個故事後來在漫長的時光裡發展出了多個不同的版本，但概括來說大致如此。
可是，伽利略真的在比薩斜塔上做過這次實驗嗎？
翻閱所有的歷史資料，我們發現這個故事的唯一來源就是維瓦尼的記述。當然伽利略的著作中曾經描述過類似的實驗，不過他並未指明說是在比薩做的。如果真的有過這樣一次轟動的實驗的話，在當時人們的記述中應當留下一些蛛絲馬跡，可惜歷史學家們從來沒有找到過其他可以佐證的材料，這使得維瓦尼成了一條尷尬的孤證。從時間上看，維瓦尼自1638年起才成為伽利略的助手，而當時離開所謂的斜塔實驗已經有差不多50年的光陰！這就更增加了人們的疑惑。
維瓦尼的伽利略傳記在伽利略研究中當然是極為重要的資料，可惜歷史學家們很快就發現，這本書裡充斥了吹噓，誇大和不真實的描述。維瓦尼作傳的目的就在於拔高老師的歷史地位，這就使他的筆法帶有強烈的聖徒傳（hagiography）的色彩[5]。他曾經描寫說，伽利略於1583年坐在教堂裡看著吊燈的擺動而發現了擺動定律，可人們後來發現這盞燈直到4年後才被掛到比薩教堂裡去！類似的破綻在書中還有許多，這不免使得斜塔實驗更加顯得不大可信。
但是，就算伽利略真的在1589年爬上了比薩斜塔，面對他的學生們扔了兩個球。OK，他實際上能證明什麼？他又會對學生們說什麼呢？當然，他可以證明亞里士多德是明顯錯誤的：兩倍重的球決不會下落得快兩倍，不過這也算不得什麼重大突破。後世對於伽利略的頌揚過分到如此的程度，以至於人們都相信在他之前竟沒有人指出過這樣明顯的錯誤！事實上，早於伽利略1000年，公元6世紀的時候，拜占庭的學者菲羅波努斯（John Philoponus）就明確地描述過類似的落體實驗，指出輕物並不會比重物晚落地多久，許多別的中世紀學者也都早就有過相同的論述[6]。1533年，貝內德蒂（Giovanni Benedetti）建議用輕重物體來實際檢驗亞里士多德的理論，而斯蒂文（Simon Stevin）則當真進行了試驗，並於1586年發表了結果。關鍵不在於是否能夠反駁亞里士多德，問題在於，伽利略能在斜塔上用實驗來證明他自己的理論嗎？
顯然不可能，因為伽利略當時對於落體的看法本身是錯誤的！他仍然認為，不同質地的物體都會有一個相應的最大速度，落體將在開始經歷一個加速階段，但到了最大速度以後就將一直保持勻速直線！看起來，斜塔實驗並不會對他有太大的用處！
時至今日，雖然還有如Drake這樣的名家認為斜塔實驗是有可能實際上發生的，大部分科學史家都傾向於把這個故事看成一個虛構的神話。20世紀中，鼎鼎大名的柯瓦雷（Alexandre Koyre）甚至對伽利略在整個實驗科學中的地位都發出了質疑，他認為伽利略的許多實驗實際上都只是理論推導的點綴，在體系中並沒有基本的地位。而有些在當時則乾脆根本難以實現，很可能是憑空虛構出來的！Settle和Drake對此進行了反駁。不過，伽利略後來對於落體實驗應該是反覆研究過的，他的論著中好幾處提到這樣的現象：當我們同時放開一個輕物和一個重物的時候，似乎總是輕物一開始下落得快，而重物則慢慢地追上並反超！現代高速攝影機證實了這個奇怪的結論，不過原因大概是你所意想不到的：抓著重物的手因為肌肉疲勞的緣故，總是會不自覺地比另一隻手遲鬆開片刻！換句話說，我們沒法「同時」放開輕物和重物，呵呵。
Part 5
即使擺脫了愛因斯坦，量子論也沒有多少輕鬆。關於測量的難題總是困擾著多數物理學家，只不過他們通常樂得不去想它。不管它有多奇怪，太陽還是每天升起，不是嗎？週末仍然有聯賽，那個足球還是硬邦邦的。你的工資不會因為不確定性而有奇妙的增長。考試交白卷而依然拿到學分的機會仍舊是沒有的。你化成一團概率波，像嶗山道士那樣直接穿過牆壁而走到房子外面，怎麼說呢，不是完全不可能的，但機會是如此之低，以致你數盡了恆河沙，輪迴了億萬世，宇宙入滅而又涅槃了無數回，還是難得見到這種景象。
確實是這樣，電子是個幽靈就讓它去好了。只要我們日常所見的那個世界實實在在，這也就不會增添樂觀的世人太多的煩惱。可是薛定諤不這麼想，如果世界是建立在幽靈的基礎上，誰說世界本身不就是個幽靈呢？量子論玩的這種瞞天過海的把戲，是別想逃過他的眼睛的。
EPR出台的時候，薛定諤大為高興，稱讚愛因斯坦「抓住了量子論的小辮子」。受此啟發，他在1935年也發表了一篇論文，題為《量子力學的現狀》（Die gegenwartige Situation in der Quantenmechanik），文中的口氣非常諷刺。總而言之，是和哥本哈根派誓不兩立的了。
在論文的第5節，薛定諤描述了那個常被視為惡夢的貓實驗。好，哥本哈根派說，沒有測量之前，一個粒子的狀態模糊不清，處於各種可能性的混合疊加，是吧？比如一個放射性原子，它何時衰變是完全概率性的。只要沒有觀察，它便處於衰變/不衰變的疊加狀態中，只有確實地測量了，它才隨機選擇一種狀態而出現。
好得很，那麼讓我們把這個原子放在一個不透明的箱子中讓它保持這種疊加狀態。現在薛定諤想像了一種結構巧妙的精密裝置，每當原子衰變而放出一個中子，它就激發一連串連鎖反應，最終結果是打破箱子裡的一個毒氣瓶，而同時在箱子裡的還有一隻可憐的貓。事情很明顯：如果原子衰變了，那麼毒氣瓶就被打破，貓就被毒死。要是原子沒有衰變，那麼貓就好好地活著。
自然的推論：當它們都被鎖在箱子裡時，因為我們沒有觀察，所以那個原子處在衰變/不衰變的疊加狀態。因為原子的狀態不確定，所以貓的狀態也不確定，只有當我們打開箱子察看，事情才最終定論：要麼貓四腳朝天躺在箱子裡死掉了，要麼它活蹦亂跳地「喵喵」直叫。問題是，當我們沒有打開箱子之前，這隻貓處在什麼狀態？似乎唯一的可能就是，它和我們的原子一樣處在疊加態，這隻貓當時陷於一種死/活的混合。
現在就不光光是原子是否幽靈的問題了，現在貓也變成了幽靈。一隻貓同時又是死的又是活的？它處在不死不活的疊加態？這未免和常識太過衝突，同時在生物學角度來講也是奇談怪論。如果打開箱子出來一隻活貓，那麼要是它能說話，它會不會描述那種死/活疊加的奇異感受？恐怕不太可能。
薛定諤的實驗把量子效應放大到了我們的日常世界，現在量子的奇特性質牽涉到我們的日常生活了，牽涉到我們心愛的寵物貓究竟是死還是活的問題。這個實驗雖然簡單，卻比EPR要辛辣許多，這一次扎得哥本哈根派夠疼的。他們不得不退一步以嚥下這杯苦酒：是的，當我們沒有觀察的時候，那隻貓的確是又死又活的。
不僅僅是貓，一切的一切，當我們不去觀察的時候，都是處在不確定的疊加狀態的，因為世間萬物也都是由服從不確定性原理的原子組成，所以一切都不能免俗。量子派後來有一個被哄傳得很廣的論調說：「當我們不觀察時，月亮是不存在的」。這稍稍偏離了本意，準確來說，因為月亮也是由不確定的粒子組成的，所以如果我們轉過頭不去看月亮，那一大堆粒子就開始按照波函數瀰散開去。於是乎，月亮的邊緣開始顯得模糊而不確定，它逐漸「融化」，變成概率波擴散到周圍的空間裡去。當然這麼大一個月亮完全融化成空間中的概率是需要很長時間的，不過問題的實質是：要是不觀察月亮，它就從確定的狀態變成無數不確定的疊加。不觀察它時，一個確定的，客觀的月亮是不存在的。但只要一回頭，一輪明月便又高懸空中，似乎什麼事也沒發生過一樣。
不能不承認，這聽起來很有強烈的主觀唯心論的味道，雖然它其實和我們通常理解的那種哲學理論有大大的區別[7]。不過講到這裡，許多人大概都會自然而然地想起貝克萊（George Berkeley）主教的那句名言：「存在就是被感知」（Esse Est Percipi）。這句話要是稍微改一改講成「存在就是被測量」，那就和哥本哈根派的意思差不離了。貝克萊在哲學史上的地位無疑是重要的，但人們通常樂於批判他，我們的哥本哈根派是否比他走得更遠呢？好歹貝克萊還認為事物是連續客觀地存在的，因為總有「上帝」在不停地看著一切。而量子論？「陛下，我不需要上帝這個假設！」
圖8.7和8.8 薛定諤貓悖論
與貝克萊互相輝映的東方代表大概要算王陽明。他在《傳習錄‧下》中也說過一句有名的話：「你未看此花時，此花與汝同歸於寂；你來看此花時，則此花顏色一時明白起來……」如果王陽明懂量子論，他多半會說：「你未觀測此花時，此花並未實在地存在，按波函數而歸於寂；你來觀測此花時，則此花波函數發生坍縮，它的顏色一時變成明白的實在……」測量即是理，測量外無理。
當然，我們無意把這篇史話變成純粹的乏味的哲學探討，經驗往往表明，這類空洞的議論最終會變成毫無意義，讓人昏昏欲睡的雞肋文字。我們還是回到具體的問題上來，當我們不去觀察箱子內的情況的時候，那隻貓真的「又是活的又是死的」？
這的確是一個讓人尷尬和難以想像的問題。霍金曾說過：「當我聽說薛定諤的貓的時候，我就跑去拿槍。」薛定諤本人在論文裡把它描述成一個「惡魔般的裝置」（diabolische，英文diabolical，玩Diablo的人大概能更好地理解它的意思）。我們已經見識到了量子論那種種令人驚異甚至瞠目結舌的古怪性質，但那只是在我們根本不熟悉也沒有太大興趣瞭解的微觀世界而已，可現在它突然要開始影響我們周圍的一切了？一個人或許能接受電子處在疊加狀態的事實，但一旦談論起宏觀的事物，比如我們的貓也處在某種「疊加」狀態，任誰都要感到一點畏首畏尾。不過，對於這個問題，我們現在已經知道許多，特別是近十年來有著許多傑出的實驗來證實它的一些奇特的性質。但我們還是按著我們史話的步伐，一步步地來探究這個饒有趣味的話題，還是從哥本哈根解釋說起吧。
貓處於死/活的疊加態？人們無法接受這一點，最關鍵的地方就在於：經驗告訴我們這種奇異的二重狀態似乎是不太可能被一個宏觀的生物（比如貓或者我們自己）所感受到的。還是那句話：如果貓能說話，它會描述這種二象性的感覺嗎？如果它僥倖倖存，它會不會說：「是的，我當時變成了一縷概率波，我感到自己瀰漫在空間裡，一半已經死去了，而另一半還活著。這真是令人飄飄然的感覺，你也來試試看？」這恐怕沒人相信。
好，我們退一步，貓不會說話，那麼我們把一個會說話的人放入箱子裡面去。當然，這聽起來有點殘忍，似乎是納粹的毒氣集中營，不過我們只是在想像中進行而已。這個人如果能生還，他會那樣說嗎？顯然不會，他肯定無比堅定地宣稱，自己從頭到尾都活得好好的，根本沒有什麼半生半死的狀態出現。可是，這次不同了，因為他自己已經是一個觀察者了啊！他在箱子裡不斷觀察自己的狀態，從而不停地觸動自己的波函數坍縮，我們把一個觀測者放進了箱子裡！
可是，奇怪，為什麼我們對貓就不能這樣說呢？貓也在不停觀察著自己啊。貓和人有什麼不同呢？難道區別就在於一個可以出來憤怒地反駁量子論的論調，一個只能「喵喵」叫嗎？令我們吃驚的是，這的確可能是至關重要的區別！人可以感覺到自己的存活，而貓不能，換句話說，人有能力「測量」自己活著與否，而貓不能！人有一樣貓所沒有的東西，那就是「意識」！因此，人能夠測量自己的波函數使其坍縮，而貓無能為力，只能停留在死/活疊加任其發展的波函數中。
意識！這個字眼出現在物理學中真是難以想像。如果它還出自一位諾貝爾物理學獎得主之口，是不是令人暈眩不已？難道，這世界真的已經改變了麼？
半死半活的「薛定諤的貓」是科學史上著名的怪異形象之一，和它同列名人堂的也許還有芝諾的那只永遠追不上的烏龜，拉普拉斯的那位無所不知從而預言一切的老智者，麥克斯韋的那個機智地控制出入口，以致快慢分子逐漸分離，系統熵為之倒流的妖精，被相對論搞得頭昏腦漲，分不清誰是哥哥誰是弟弟的那對雙生子，等等，等等。薛定諤的貓在大眾中也十分受歡迎，常常出現在劇本，漫畫和音樂中，雖然比不上同胞Garfield（加菲貓）或者Tom（湯姆），也算是有點人氣。有意思的是，它常常和「巴甫洛夫的狗」作為搭檔一唱一和出現。它最長臉的一次大概是被「恐懼之淚」(Tears for Fears)，這個在20世紀80年代紅極一時的樂隊作為一首歌的標題演唱，雖然歌詞是「薛定諤的貓死在了這個世界」。
【註釋】
[1]卡爾杜齊學院得名於意大利偉大的詩人，1906年諾貝爾文學獎得主卡爾杜齊（Giosue Carducci）。這裡的詩句來自《撒旦頌》，是詩人的不朽名作，熱情歌頌了文明和反叛的力量。譯文取自漓江出版社劉儒庭所譯的卡爾杜齊《青春詩》（諾貝爾文學獎文庫之一）。
[2]數據和計算都來自https://www.mcs.drexel.edu/~crorres/Archimedes/contents.html。
[3]參見Yates 1977。一些反對意見可參考Gatti 1999，2002。也有人認為布魯諾和卡巴拉（Kabbalah），一種古老的神秘主義猶太教有密切的關係，可見DeLeon-Jones 1997。
[4]通常我們會用「上」和「下」表示自旋，不過方便讀者理解，用「左」和「右」也無傷大雅。
[5]很顯然，這本傳記是以Vasari的米開朗基羅傳記為模板的。
[6]可以參見I.B.Cohen 1960和S.Drake 1970。
[7]其實，在量子論詮釋問題上的分歧，與其說是「唯心」和「唯物」之爭，倒不如說是實證主義和柏拉圖主義之爭來得更為準確。再說，量子論本身是嚴格用數學表達的，和意識形態原本完全沒有關係。