時(shí)間來(lái)到了1964年，在這一年?yáng)|京舉辦了奧運(yùn)會(huì)，這也標(biāo)志著這個(gè)國(guó)家的重新崛起，算是經(jīng)濟(jì)起飛。這一年對(duì)量子力學(xué)來(lái)說(shuō)也是很重要的一年，這年發(fā)生了一件大事和一件小事，如今大家大事不關(guān)心，小事傳千里。這兩件事基本上是后文的兩個(gè)主要的脈絡(luò)。
首先一件大事是夸克的發(fā)現(xiàn)，夸克模型于1964年由物理學(xué)家默里·蓋爾曼和喬治·茨威格兩個(gè)人分別獨(dú)立提出。當(dāng)時(shí)大家碰到的一個(gè)情況是基本粒子實(shí)在太多了，所以就出現(xiàn)了所謂粒子動(dòng)物園的情況，各種各樣的粒子都出現(xiàn)了，五花八門(mén)的。那么問(wèn)題來(lái)了，它們都屬于基本粒子嗎？基本粒子就是不可再分的粒子，所以蓋爾曼和茨威格就覺(jué)得不是這么回事，這兩個(gè)人分別獨(dú)自在研究著這個(gè)問(wèn)題，后來(lái)兩個(gè)人就分別提出了夸克理論，夸克這個(gè)名字是蓋爾曼起的，茨威格本來(lái)起名叫“Aces”，就是撲克牌里面的A，但是最后大家還是接受了蓋爾曼的叫法，大伙都叫“夸克”了?，F(xiàn)在我們認(rèn)為強(qiáng)子都是由夸克組成的，我們知道的中子，質(zhì)子其實(shí)都是由不同種類(lèi)的夸克組成的?？淇俗钇婀值囊稽c(diǎn)就是它電荷數(shù)不是整數(shù)而是個(gè)分?jǐn)?shù)，比如說(shuō)三分之二這種，這就跟一般的粒子不一樣了?？淇吮旧硪灿泻枚喾N，排開(kāi)了也是一個(gè)大家族。大伙給它們起名字，一共六類(lèi)，叫“上下頂?shù)灼骠印?，每?lèi)夸克還有不同的味道和顏色，所以后來(lái)就出現(xiàn)了什么量子色動(dòng)力學(xué)，里面這個(gè)色就是研究這個(gè)。首先說(shuō)清楚，這個(gè)味道和顏色僅僅是起了個(gè)便于識(shí)別和記憶的名字，并不是真的味道和顏色，粒子小到那種程度是不會(huì)有什么味道和顏色的概念。
這個(gè)蓋爾曼是個(gè)傳奇人物，別人說(shuō)他有“五個(gè)大腦”，遺傳運(yùn)算法則創(chuàng)始人約翰·赫蘭稱(chēng)他是個(gè)“真正的天才”，1977年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者安德森曾評(píng)價(jià)他是“現(xiàn)存的在廣泛的領(lǐng)域里擁有最深刻學(xué)問(wèn)的人”，1979年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者溫伯格說(shuō)他“從考古到仙人掌再到非洲約魯巴人的傳說(shuō)再到發(fā)酵學(xué)他懂得都比你多”。他從小就聰明，他同學(xué)說(shuō)他是“會(huì)走路的大百科全書(shū)”。蓋爾曼14歲就申請(qǐng)耶魯大學(xué)入學(xué)資格，后來(lái)從耶魯大學(xué)畢業(yè)后，不到22歲的蓋爾曼就在麻省理工學(xué)院拿到了博士學(xué)位，隨后被“原子彈之父”奧本海默帶到了普林斯頓高級(jí)物理研究所。他在普林斯頓這段時(shí)間里又跑到費(fèi)米領(lǐng)導(dǎo)的芝加哥大學(xué)物理系當(dāng)教師去了，而且還被提升為副教授。到了1955年，蓋爾曼在博士后研究結(jié)束后由于“奇異數(shù)”的發(fā)現(xiàn)曾有機(jī)會(huì)去芝加哥大學(xué)任教，可惜費(fèi)米在前一年去世了，蓋爾曼就不想留在芝加哥了。他曾經(jīng)也想去丹麥的哥本哈根，也就是玻爾的研究所，可惜跟哥本哈根一聯(lián)系發(fā)現(xiàn)他們沒(méi)有博士后制度而只能做教師或?qū)W生，所以最后蓋爾曼選來(lái)選去，去了加州理工學(xué)院，因?yàn)槟抢镉匈M(fèi)曼。就這樣，蓋爾曼不到26歲就成為了加州理工學(xué)院最年輕的終身教授。他后來(lái)經(jīng)常跟費(fèi)曼抬杠，可以說(shuō)他們倆抬了一輩子，相互還有點(diǎn)不服氣。1969年他獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)之后轉(zhuǎn)而研究復(fù)雜性問(wèn)題。他創(chuàng)立了圣菲研究所，在復(fù)雜性問(wèn)題上他也有不少的成就，他還寫(xiě)了一本書(shū)來(lái)描述復(fù)雜性問(wèn)題，叫做《從夸克到美洲豹》。現(xiàn)在來(lái)說(shuō)復(fù)雜性問(wèn)題是一類(lèi)問(wèn)題的統(tǒng)稱(chēng)，比如說(shuō)混沌理論、分形幾何，這些都是很有意思的學(xué)科，而且混沌理論的某些特征跟量子理論有相通的地方。說(shuō)實(shí)話這個(gè)宇宙真是奇妙，最宏大復(fù)雜的東西跟最微小簡(jiǎn)單的事物有某種類(lèi)似的特性?？淇耸窃趶?qiáng)子的內(nèi)部存在，因此要研究這東西必須拿對(duì)撞機(jī)撞才行。對(duì)撞機(jī)就好比大錘砸核桃，不把強(qiáng)子砸開(kāi)就沒(méi)辦法研究它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此現(xiàn)在加速器就變得很重要，歐洲也要建造大型的加速器，那時(shí)候剛剛起步。而且隨著加速器越造越大，人類(lèi)對(duì)于微觀世界的認(rèn)識(shí)也開(kāi)始越來(lái)越清晰。沿著這條路走下去，最終就可以統(tǒng)合三種基本的力。我們知道電磁相互作用、弱相互作用、強(qiáng)相互作用，最終都是可以統(tǒng)一的。唯獨(dú)只剩下一個(gè)另類(lèi)的家伙，就是引力。這東西不太合群，到現(xiàn)在也沒(méi)完全搞定。這就是這個(gè)大事，引申到后面的脈絡(luò)，乃至于膠子、標(biāo)準(zhǔn)模型都是從這個(gè)路數(shù)上往下走的。
默里·蓋爾曼
1964年這一年，還發(fā)生了一件不算大的小事。這一年，一位35歲的年輕工程師來(lái)到了美國(guó)的斯坦福大學(xué)學(xué)習(xí)一年。這個(gè)年輕人1928年出生于北愛(ài)爾蘭的貝爾法斯特的一個(gè)工人家庭，這孩子從小是一個(gè)滿臉雀斑，一頭紅發(fā)的孩子，不過(guò)對(duì)于物理學(xué)很著迷。不過(guò)他的主要工作，并不是直接研究物理，而是搞加速器工程技術(shù)方面的事，他雖然也參與但不是直接研究。那年頭他供職于歐洲核子研究組織CERN，而且剛好有機(jī)會(huì)到美國(guó)訪問(wèn)一年，也算是他換換腦子。他在美國(guó)出差，可算有空余時(shí)間來(lái)擺弄他喜歡的量子物理學(xué)，但是這理論上只是他的業(yè)余愛(ài)好不是他的本職工作，他的名字叫約翰貝爾。他出生的1928年，剛好是量子力學(xué)噴薄而出的年代，而且也是愛(ài)因斯坦和玻爾兩位大師隔空交火最熱鬧的時(shí)代，所以貝爾可以說(shuō)是量子力學(xué)的同齡人。他最著迷的還是有關(guān)愛(ài)因斯坦和玻爾的那場(chǎng)大爭(zhēng)論以及愛(ài)因斯坦和波多爾斯基以及羅森的那篇論文EPR問(wèn)題。說(shuō)實(shí)話，貝爾打心眼里佩服的就是愛(ài)因斯坦，他也喜歡愛(ài)因斯坦的思想，而且貝爾不喜歡玻爾他們這一派的哥本哈根詮釋。自打三十年代EPR發(fā)表以后，后面就一直沒(méi)閑著，40年代忙著打仗造原子彈。到了50年代，終于有點(diǎn)起色了。首先是玻姆提出了隱變量理論，其實(shí)他這個(gè)理論是在德布羅意的思想基礎(chǔ)之上提出來(lái)的，所以開(kāi)始的起點(diǎn)是在得布羅意那。我們現(xiàn)在看到的有關(guān)EPR問(wèn)題的描述，通常都不是愛(ài)因斯坦他們幾個(gè)當(dāng)年寫(xiě)的原版，因?yàn)槟莻€(gè)版本比較復(fù)雜，涉及到的量子數(shù)特別多，講述比較麻煩，現(xiàn)在普遍使用的都是玻姆搞的簡(jiǎn)化版本，也就是用量子的自旋來(lái)表述。隱變量的意思就是說(shuō)，量子這種古怪的行為是背后有個(gè)東西在操縱，但是這個(gè)東西我們還不知道它是啥。這個(gè)想法其實(shí)已經(jīng)由來(lái)已久了，大家也都知道這么個(gè)說(shuō)法。早在1932年，馮·諾依曼在他的著作《量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》中，他為量子力學(xué)提供了嚴(yán)密的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，順便捎帶著做了一個(gè)隱變量理論的不可能性證明。所以馮·諾依曼從理論上已經(jīng)卡死了這條路，他從數(shù)學(xué)上證明了，在現(xiàn)有量子力學(xué)適用的領(lǐng)域里，是找不到隱變量的。
約翰·貝爾
這個(gè)馮諾依曼，那還了得，這個(gè)名字大家都不陌生啊。我們現(xiàn)在使用的電腦，就被稱(chēng)為“馮諾依曼型計(jì)算機(jī)”。被后人稱(chēng)之為“計(jì)算機(jī)之父”和“博弈論之父”。他從小就是個(gè)天才中的天才，傳說(shuō)他8歲搞懂微積分，不過(guò)這比較的離譜，看樣子不像是真的。不過(guò)他長(zhǎng)大以后，他同時(shí)上了三所大學(xué)，這是前所未有的事。我們今天可能聽(tīng)說(shuō)大學(xué)都在搶優(yōu)秀生源，特別好的學(xué)生可能接到好幾個(gè)學(xué)校的邀請(qǐng)，可是沒(méi)那個(gè)學(xué)生是同時(shí)上三所大學(xué)的。馮·諾依曼在布達(dá)佩斯大學(xué)注冊(cè)為數(shù)學(xué)方面的學(xué)生，但是跟校方說(shuō)好了他并不聽(tīng)課，但是每年按時(shí)參加考試，而且每次考試都得A。與此同時(shí)，馮·諾依曼進(jìn)入柏林大學(xué)，這是1921年的事，1923年又進(jìn)入瑞士蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)化學(xué)，說(shuō)白了他跟愛(ài)因斯坦還是校友。1926年他在蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)獲得化學(xué)方面的大學(xué)畢業(yè)學(xué)位，而且每學(xué)期期末回到布達(dá)佩斯大學(xué)通過(guò)課程考試，而且他也獲得了布達(dá)佩斯大學(xué)數(shù)學(xué)博士學(xué)位，這可是一位及其聰明的聰明人。馮·諾伊曼認(rèn)為，量子理論是普遍有效的，不僅適用于微觀粒子世界，也適用于現(xiàn)實(shí)的測(cè)量?jī)x器。1932年約翰·馮·諾伊曼將量子力學(xué)的最重要的基礎(chǔ)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)厝抗交?。按照諾伊曼的一個(gè)物理系統(tǒng)有三個(gè)主要部分：量子態(tài)、可觀察量和動(dòng)力學(xué)，此外物理對(duì)稱(chēng)性(比鏡像對(duì)稱(chēng)的含義更廣)也是一個(gè)非常重要的特性。馮·諾伊曼的量子力學(xué)教科書(shū)《量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》首次以數(shù)理分析清晰地提出了波函數(shù)的兩類(lèi)演化過(guò)程，一類(lèi)是瞬時(shí)的、非連續(xù)的波函數(shù)坍縮過(guò)程，還有一種是波函數(shù)的連續(xù)演化過(guò)程，遵循薛定諤方程。
馮諾依曼
馮諾依曼就像一座大山一樣擋住了貝爾的去路啊，眼前基本無(wú)路可走。人家數(shù)學(xué)大師的水平，那不是你這個(gè)業(yè)余選手能撼動(dòng)的。不過(guò)貝爾到是沒(méi)有被大師嚇倒，人家認(rèn)真仔細(xì)的分析了諾依曼的證明過(guò)程，發(fā)現(xiàn)諾依曼犯了個(gè)小錯(cuò)誤，這個(gè)小錯(cuò)誤很不容易找，它是處于數(shù)學(xué)和物理之間接縫的地方。也難怪啊，諾依曼搞物理某種程度上只是玩兒票啊，人家本職工作還是個(gè)數(shù)學(xué)家。1957年，諾依曼去世了，享年才53歲。費(fèi)米、泡利、諾依曼。都是五十來(lái)歲就去世了，那是非?？上У氖?，而且都集中在那幾年，愛(ài)因斯坦也是1955年去世的。對(duì)于量子力學(xué)的各種解釋?zhuān)鋵?shí)在那時(shí)候就已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)各種萌芽了，那時(shí)候就已經(jīng)不是哥本哈根學(xué)派的一統(tǒng)天下。比如有個(gè)叫艾弗雷特提出了一種理論叫多世界詮釋?zhuān)湍醚Χㄖ@的貓來(lái)做例子吧。按照哥本哈根詮釋認(rèn)為，你不觀察，那么貓就處于死了和沒(méi)死的疊加態(tài)。你一觀察，就決定了或者貓是死的或者貓是活得。這個(gè)多世界理論不是這么認(rèn)為的，他們認(rèn)為你一觀察。世界就分裂了，分解成了兩個(gè)平行的世界。一個(gè)世界貓死了，一個(gè)世界貓活著。至于你看到哪個(gè)世界，看運(yùn)氣。愛(ài)因斯坦生前聽(tīng)說(shuō)過(guò)這個(gè)想法，他覺(jué)得你有那么大的面子，你怎么看一眼，宇宙就分裂的了，你多大威力啊，這事不靠譜啊，所以愛(ài)因斯坦不信這個(gè)。等到了1957年，艾弗雷特正式提出了多世界詮釋?zhuān)缓筮€跑到哥本哈根找玻爾。人家玻爾不置可否，后來(lái)1962年波爾去世了?，F(xiàn)在老一輩的都去世啦，大家可算松口氣了，特別是波爾去世，各種詮釋就都冒出來(lái)了。比如說(shuō)玻姆的隱變量也算一種詮釋啊。還有好幾種詮釋?zhuān)热缤讼喔稍忈?。還有一致性歷史詮釋?zhuān)恢滦詺v史詮釋號(hào)稱(chēng)是哥本哈根詮釋的補(bǔ)丁版。當(dāng)然還有不少物理學(xué)學(xué)家認(rèn)為量子力學(xué)沒(méi)法詮釋?zhuān)麄兙吞岢隽艘粋€(gè)口號(hào)是：閉嘴，計(jì)算，你會(huì)算就行了管那么多干嘛，因此這一派也叫“閉嘴計(jì)算詮釋”。在這個(gè)大背景下，老一代人都去世了。那就好辦了，老一輩一去世小字輩膽子也就變大了。貝爾就開(kāi)始搞他計(jì)算了，他內(nèi)心很想幫助愛(ài)因斯坦這一邊啊。經(jīng)典物理里面其實(shí)也有概率問(wèn)題，就好比扔骰子扔硬幣，一般這種事一般都是用概率來(lái)計(jì)算。但是物理學(xué)家們普遍認(rèn)為為啥要用概率來(lái)解釋呢？不是因?yàn)閷?shí)在沒(méi)辦法算，而是因?yàn)闇y(cè)量不精確造成的，沒(méi)辦法測(cè)量扔骰子的時(shí)候，空氣的流動(dòng)狀況，沒(méi)辦法精確的解復(fù)雜的偏微分方程，比如氣動(dòng)的高階偏微分方程都解不出來(lái)，所以這兩個(gè)攔路虎不得不用概率的方式去計(jì)算。如果計(jì)算手段和觀測(cè)手段弄的更精細(xì)，完全能把扔骰子的情況給計(jì)算的清清楚楚，所以當(dāng)時(shí)經(jīng)典物理學(xué)家都是這么想的，因此很多人認(rèn)為，量子的概率表述實(shí)在是沒(méi)辦法的辦法，其實(shí)也是因?yàn)槲覀兏悴磺宄蛟斐傻摹?/p>
貝爾就是這么想的，要搞清楚背后的原因不能光看表面，那么就必定要揪出那個(gè)隱變量?？墒沁@東西找起來(lái)太難了啊。貝爾就要計(jì)算的就是一個(gè)判斷隱變量是不是存在的式子，能用一個(gè)式子把這東西揪出來(lái)就好了，而且這個(gè)式子是要能用實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)的，說(shuō)白了各種各樣的比如說(shuō)隱變量和哥本哈根詮釋吵來(lái)吵去，還不是因?yàn)闆](méi)辦法做實(shí)驗(yàn)而造成的嘛！最后貝爾終于得到了一個(gè)不等式。不等式里面的幾個(gè)物理量，都是可以測(cè)量的，因此可以做實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這個(gè)不等式。不過(guò)在當(dāng)時(shí)要想做這個(gè)實(shí)驗(yàn)還是有難度啊，因?yàn)樾枰鞒鱿嗷ゼm纏的粒子，這東西在當(dāng)時(shí)來(lái)講很難做到?；堇蘸茉缇吞岢稣?fù)電子相互泯滅會(huì)放出一對(duì)光子，這一對(duì)光子應(yīng)該是相互糾纏的，惠勒很早就提出來(lái)了。后來(lái)1948年哥倫比亞大學(xué)吳健雄的實(shí)驗(yàn)室就成功的做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。當(dāng)時(shí)是吳健雄和薩科諾夫一起做的，這是人類(lèi)第一次搞出一對(duì)相互糾纏的粒子，但是那時(shí)候搞出來(lái)的糾纏粒子，都不太穩(wěn)定，很難在實(shí)驗(yàn)里面擺弄，它不聽(tīng)話而且很容易出麻煩。因此貝爾的不等式提出以后，也沒(méi)人特別感興趣，因?yàn)槟菚r(shí)候大家普遍對(duì)量子力學(xué)還是很有信心，認(rèn)為這東西驗(yàn)證不驗(yàn)證也就那么回事了，大家都認(rèn)為它是對(duì)的。所以貝爾不等式在當(dāng)年算不得是一件大事。不過(guò)貝爾也認(rèn)為那也無(wú)妨啊，反正只要有人最終解決了，比如說(shuō)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)難題，那么就可以驗(yàn)證一把到底是愛(ài)因斯坦對(duì)呢，還是波爾對(duì)呢。要是符合貝爾不等式，那么就說(shuō)明，那是存在隱變量。我們一時(shí)半會(huì)兒抓不住這家伙，但是知道它存在。要是不符合貝爾不等式，那么就說(shuō)明，這個(gè)概率描述就是量子的內(nèi)凜特性。就是說(shuō)，量子的某些行為天生只能用概率來(lái)描述。
約翰·惠勒
貝爾很崇敬愛(ài)因斯坦啊，他總想著能用自己的實(shí)際行動(dòng)告慰一下愛(ài)因斯坦的在天之靈啊，這都愛(ài)因斯坦快去世十周年了。但是貝爾萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到，自己給愛(ài)因斯坦幫了一個(gè)倒忙。欲知后事如何，請(qǐng)看下回分解。
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