然崩潰,變成了一個針尖般的小點。從數學上來說,這兩種狀態顯然是沒法互相推導的。在我們觀測電子以前,它實際上處在一種疊加態,所有關於位置的可能性疊合在一起,彌漫到整個空間中去。但是,當我們真的去“看”它的時候,電子便無法保持它這樣優雅而麵麵俱到的行為方式了,它被迫作出選擇,在無數種可能性中挑選一種,以一個確定的位置出現在我們麵前。
波函數這種奇跡般的變化,在哥本哈根派的口中被稱之為“坍縮”(collapse),每當我們試圖測量電子的位置,它那原本按照薛定諤方程演變的波函數ψ便立刻按照那個時候的概率分布坍縮(我們記得ψ的平方就是概率),所有的可能全都在瞬間集中到某一點上。而一個實實在在的電子便大搖大擺地出現在那裏,供我們觀賞。
在電子通過雙縫前,假如我們不去測量它的位置,那麼它的波函數就按照方程發散開去,同時通過兩個縫而自我互相幹涉。但要是我們試圖在兩條縫上裝個儀器以探測它究竟通過了哪條縫,在那一刹那,電子的波函數便坍縮了,電子隨機地選擇了一個縫通過。而坍縮過的波函數自然就無法再進行幹涉,於是乎,幹涉條紋一去不複返。
奇怪,非常奇怪。為什麼我們一觀測,電子的波函數就開始坍縮了呢?
事實似乎是這樣的,當我們閉上眼睛不去看這個電子,它就不是一個實實在在的電子。它像一個幽靈一般按照波函數向四周散發開去,虛無飄渺,沒有實體,而以概率波的形態漂浮在空間中。隨著時間的演化,這種概率波嚴格地按照薛定諤波動方程的指使,聽話而確定地按照經典方式發展。這個時候,與其說它是一個電子,不如說它是一個鬼魂,一團混沌,一幅浸潤開來的水彩畫,一朵概率雲,愛麗絲夢境中那難以捉摸的柴郡貓的笑容。不管你怎麼形容都好,反正它不是一個實體,它以概率的方式擴散開來,這種概率似波動一般起伏,可以幹涉和疊加,為ψ所精確描述。
但是,當你一睜開眼睛,奇妙的事情發生了!所有的幻影,所有的幽靈都消失了。電子那散發開去的波函數在瞬間坍縮,它重新變成了一個實實在在的粒子,隨機地出現在某處。除了這個地方之外,一切的概率波,一切的可能性都消失了。化為一縷清風的妖怪重新凝聚成為一個白骨精,被牢牢地摁死在一個地方。電子回到了現實世界裏來,又成了大家所熟悉的經典粒子。
你又閉上眼睛,剛剛變回原型的電子又化為概率波,向四周擴散。再睜開眼睛,它又變回粒子出現在某個地方。你測量一次,它的波函數就坍縮一次,隨機地決定一個新的位置。當然,這裏的隨機是嚴格按照波函數所嚴格描述的概率分布來決定的。
我們不如敘述得更加生動活潑一些。金庸在《笑傲江湖》第二十六回裏描述了令狐衝在武當腳下與衝虛一戰,衝虛一柄長劍幻為一個個光圈,讓令狐衝眼花繚亂,看不出劍尖所在。用量子語言說,這時候衝虛的劍已經不是一個實體,它變成許許多多的“虛劍”,在光圈裏分布開來,每一個“虛劍尖”都代表一種可能性,它可能就是“實劍尖”所在。衝虛的劍可以為一個波函數所描述,很有可能在光圈的中心,這個波函數的強度最大,也就是說這劍最可能出現在光圈中心。現在令狐衝揮劍直入,注意,這是一次“測量行為”!好,在那瞬間衝虛劍的波函數坍縮了,又變成一柄實劍。令狐衝運氣好,它真的出現在光圈中間,於是破了此招。要是猜錯了呢?那免不了斷送一條手臂,但衝虛劍的波函數總是坍縮了,它無論如何要實實在在地出現在某處,這才能傷敵。
在《三國演義》評話裏,有一個類似的情節。趙雲在長阪坡遇上高覽(有些說是張繡),後者使一招百鳥朝鳳,槍尖幻化為千百點,趙雲僥幸破了此招——他隨便一擋,迫使其波函數坍縮,結果正好坍縮到兩槍相遇的位置,然後高覽心慌意亂,反死於趙雲之蛇盤七探槍下,這就不多說了。
我們還是回到物理上來。這種哥本哈根解釋聽起來未免也太奇怪了,我們觀測一下,電子才變成實在,不然就是個幽靈。許多人一定覺得不可思議:當我們背過身,或者閉著眼的時候,電子一定在某個地方,隻不過我們不知道而已。但正如我們指出的,假使電子真的“在”某個地方,它便隻能通過一道狹縫,這就難以解釋幹涉條紋。而且我們以後也會看到,實驗完全排除了這種可能。也許我們說“幽靈”太聳人聽聞,嚴格地說,電子在沒有觀測的時候什麼也不是,談論它是無意義的,隻有數學可以描述——波函數!按照哥本哈根解釋,不觀測的時候,根本沒有個實在!自然也就沒有實在的電子。事實上,不存在“電子”這個東西,隻存在“我們與電子之間的觀測關係”。
我已經可以預見到即將扔過來的臭雞蛋的數量——不過它現在還是個波函數,等一會兒才會坍縮,哈哈——然而在那些扔臭雞蛋的人中,有幾位是讓我感到十分榮幸的。事實上,哥本哈根派這下遇到真正的麻煩了,他們要麵對一些強大的懷疑論者,這些人中間不少還剛剛和他們並肩戰鬥過。二十世紀物理史上最激烈,影響最大,意義最深遠的一場爭論馬上就要展開,這使得我們能夠對自然的行為和精神有更加深刻的理解。下一章我們就來談這場偉大的辯論——玻爾-愛因斯坦之爭。