【寫在前面】
昨天晚上看書一直到深夜，並不是我多麼刻苦努力，而是書中的內容讓我實在欲罷不能。大學時代量子力學中的種種高深莫測的定理和公式，對我來說一直是一個難以破解的噩夢，以至於我每次想到它們都會眉頭緊蹙。但，常常，當我仰望星空的時候，又難以割捨對未知宏觀與微觀世界那種隱隱的情愫。
所以，當我終於遇到這麼一本書，能夠繞開那晦澀不堪的公式，直接剖析深層的物理意義和哲學思考時，我真的有一種相見恨晚的悔恨。如果在量子力學開講之前，有哪位教師能夠先用半個學期給我們講一講量子力學發展的史話，讓學生哪怕稍微理解一下那些著名公式和定理背後的原始思考，我想這門課將是一門無比吸引人的課程。可惜，我們的青春，卻在一堆毫無意義的公式中迷惑並耗盡了。
作為一個物理學專業的學生，分享其中的某些篇章，是我起碼應盡的責任。雖然我們的青春一去不復返，但是哪怕能夠讓一位在讀的學生讀到這本書，讓他對物理學多一份的興趣甚至痴迷，對物理學背後所展示的終極哲學思考多一些感慨，或許，也就夠了。
波粒二象性的啟示
摘自《量子力學史話》
這次，玻爾也終於讓他意識到，不確定性確實是建立在波和粒子的雙重基礎上的，它其實是電子在波和粒子間的一種搖擺：對于波的屬性了解得越多，關於粒子的屬性就了解得越少。海森堡最後終於接受了玻爾的批評，給他的論文加了一個附註，聲明不確定性其實同時建築在連續性和不連續性兩者之上，並感謝玻爾指出了這一點。
玻爾也在這場爭論中有所收穫，他發現不確定性原理的普遍意義原來比他想像中的要大。他本以為，這只是一個局部的原理，但現在他領悟到這個原理是量子論中最核心的基石之一。在給愛因斯坦的信中，玻爾稱讚了海森堡的理論，說他「用一種極為漂亮的手法」顯示了不確定如何被應用在量子論中。復活節長假後，雙方各退一步，局面終於海闊天空起來。海森堡寫給泡利的信中又恢復了良好的心情，說是「又可以單純地討論物理問題，忘記別的一切」了。的確，兄弟鬩於牆，也要外御其侮，哥本哈根派現在又團結得像一塊堅石了，他們很快就要共同面對更大的挑戰，並把哥本哈根這個名字深深鐫刻在物理學的光輝歷史上。
不過，話又說回來。波動性，微粒性，從我們史話的一開始，這兩個詞已經深深困擾我們，一直到現在。好吧，不確定性同時建立在波動性和微粒性上……可這不是白說嗎？我們的耐心是有限的，不如攤開天窗說亮話吧，這個該死的電子到底是個粒子還是波？
粒子還是波，真是令人感慨萬千的話題啊。這是一出300年來的傳奇故事，其中悲歡起落，穿插著物理史上最偉大的那些名字：牛頓、胡克、惠更斯、楊、菲涅爾、傅科、麥克斯韋、赫茲、湯姆遜、愛因斯坦、康普頓、德布羅意……恩恩怨怨，誰又能說得明白？我們處在一種進退維谷的境地中，一方面雙縫實驗和麥氏理論毫不含糊地揭示出光的波動性，另一方面光電效應，康普頓效應又同樣清晰地表明它是粒子。就電子來說，玻爾的躍遷，原子裡的光譜，海森堡的矩陣都強調了它不連續的一面，似乎粒子性佔了上風，但薛丁格的方程卻又大肆渲染它的連續性，甚至把波動的標籤都貼到了它臉上。怎麼看，電子都沒法不是個粒子；怎麼看，電子都沒法不是個波。
這該如何是好呢？
當遇到棘手的問題時，最好的辦法還是問問咱們的偶像，無所不能的歇洛克•福爾摩斯先生。這位全世界最富傳奇色彩的私人偵探和量子論也算是同時代人。1887年，當赫茲以實驗證實電磁波時，他還剛剛在《血字的研究》中嶄露頭角。到了普朗克發現量子後一年，他已經憑藉巴斯克維爾獵犬案中的出色表現名揚天下。從莫裡亞蒂教授那裡死裡逃生後，福爾摩斯剛好來得及看見愛因斯坦提出了光量子假說，而現在，1927年，他終於圓滿地完成了最後一系列探案，可以享受退休生活了[2]。讓我們聽聽這位偉大的人物會發表什麼意見！
福爾摩斯是這樣說的：「我的方法，就建立在這樣一種假設上面：當你把一切不可能的結論都排除之後，那剩下的，不管多麼離奇，也必然是事實[3]。」
真是至理名言啊。那麼，電子不可能不是個粒子，它也不可能不是波。那剩下的，唯一的可能性就是……
它既是個粒子，同時又是個波！
可是，等等，這太過分了吧？完全沒法叫人接受嘛。什麼叫「既是個粒子，同時又是波」？這兩種圖像分明是互相排斥的呀。一個人可能既是男的，又是女的嗎（太監之類的不算）？這種說法難道不自相矛盾嗎？
不過，要相信福爾摩斯，更要相信玻爾，因為玻爾就是這樣想的。毫無疑問，一個電子必須由粒子和波兩種角度去作出詮釋，任何單方面的描述都是不完全的。只有粒子和波兩種概念有機結合起來，電子才成為一個有血有肉的電子，才真正成為一種完備的圖像。沒有粒子性的電子是盲目的，沒有波動性的電子是跛足的。
這還是不能讓我們信服啊，既是粒子又是波？難以想像，難道電子像一個幽靈，在粒子的周圍同時散發出一種奇怪的波，使得它本身成為這兩種狀態的疊加？誰曾經親眼目睹這種噩夢般的場景嗎？出來作個證？
「不，你理解得不對。」玻爾搖頭說，「任何時候我們觀察電子，它當然只能表現出一種屬性，要麼是粒子要麼是波。聲稱看到粒子-波混合疊加的人要麼是老花眼，要麼是純粹在胡說八道。但是，作為電子這個整體概念來說，它卻表現出一種波-粒的二象性來：它可以展現出粒子的一面，也可以展現出波的一面，這完全取決於我們如何去觀察它。我們想看到一個粒子？那好，讓它打到螢光屏上變成一個小點。看，粒子！我們想看到一個波？也行，讓它通過雙縫組成幹涉圖樣。看，波！」
奇怪，似乎有哪裡不對，卻說不出來……好吧，電子有時候變成電子的模樣，有時候變成波的模樣，嗯，不錯的變臉把戲。可是，撕下它的面具，它本來的真身究竟是個什麼呢？
「這就是關鍵！這就是你我的分歧所在了。」玻爾意味深長地說，「電子的『真身』？或者換幾個詞，電子的原型？電子的本來面目？電子的終極理念？這些都是毫無意義的單詞，對於我們來說，唯一知道的只是每次我們看到的電子是什麼。我們看到電子呈現出粒子性，又看到電子呈現出波動性，那麼當然我們就假設它是粒子和波的混合體。我一點都不關心電子『本來』是什麼，我覺得那是沒有意義的。事實上我也不關心大自然『本來』是什麼，我只關心我們能夠『觀測』到大自然是什麼。電子又是個粒子又是個波，但每次我們觀察它，它只展現出其中的一面，這裡的關鍵是我們『如何』觀察它，而不是它『究竟』是什麼。」
玻爾的話也許太玄妙了，我們來通俗地理解一下。現在流行手機換彩殼，我昨天心情好，就配一個shining（閃亮）的亮銀色，今天心情不好，換一個比較有憂鬱感的藍色。咦！奇怪了，為什麼我的手機昨天是銀色的，今天變成藍色了呢？這兩種顏色不是互相排斥的嗎？我的手機怎麼可能又是銀色，又是藍色呢？很顯然，這並不是說我的手機同時展現出銀色和藍色，變成某種稀奇的「銀藍」色，它是銀色還是藍色，完全取決於我如何搭配它的外殼。我昨天決定這樣裝配它，它就呈現出銀色，而今天改一種方式，它就變成藍色。它是什麼顏色，取決於我如何裝配它！
但是，如果你一定要打破沙鍋地問：我的手機「本來」是什麼顏色？那可就糊塗了。假如你指的是它原裝出廠時配著什麼外殼，我倒可以告訴你。不過要是你強調是哲學意義上的「本來」，「實際上」，或者「本質上的顏色」到底是什麼，我會覺得你不可理喻。真要我說，我覺得它「本來」沒什麼顏色，只有我們給它裝上某種外殼並觀察它，它才展現出某種顏色來。它是什麼顏色，取決於我們如何觀察它，而不是取決於它「本來」是什麼顏色。我覺得，討論它「本來的顏色」是痴人說夢。
再舉個例子，大家都知道「白馬非馬」的詭辯，不過我們不討論這個。我們問：這匹馬到底是什麼顏色呢？你當然會說：白色啊。可是，也許你身邊有個色盲，他會爭辯說：不對，是紅色！大家指的是同一匹馬，它怎麼可能又是白色又是紅色呢？你當然要說，那個人在感覺顏色上有缺陷，他說的不是馬本來的顏色，可是，誰又知道你看到的就一定是「本來」的顏色呢？假如世上有一半色盲，誰來分辨哪一半說的是「真相」呢？不說色盲，我們戴上一副紅色眼鏡，這下看出去的馬也變成了紅色吧？它怎麼剛剛是白色，現在是紅色呢？哦，因為你改變了觀察方式，戴上了眼鏡。那麼哪一種方式看到的是真實呢？天曉得，莊周做夢變成了蝴蝶還是蝴蝶做夢變成了莊周？你戴上眼鏡看到的是真實還是取下眼鏡看到的是真實？
我們的結論是，討論哪個是「真實」毫無意義。我們唯一能說的，是在某種觀察方式確定的前提下，它呈現出什麼樣子來。我們可以說，在我們運用肉眼的觀察方式下，馬呈現出白色。同樣我們也可以說，在戴上眼鏡的觀察方式下，馬呈現出紅色。色盲也可以聲稱，在他那種特殊構造的感光方式觀察下，馬是紅色。至於馬「本來」是什麼色，完全沒有意義。甚至我們可以說，馬「本來的顏色」是子虛烏有的。我們大多數人說馬是白色，只不過我們大多數人採用了一種類似的觀察方式罷了，這並不指向一種終極真理。
電子也是一樣。電子是粒子還是波？那要看你怎麼觀察它。如果採用康普頓效應的觀察方式，那麼它無疑是個粒子；要是用雙縫來觀察，那麼它無疑是個波。它本來到底是個粒子還是波呢？又來了，沒有什麼「本來」，所有的屬性都是同觀察聯繫在一起的，讓「本來」見鬼去吧。
但是，一旦觀察方式確定了，電子就要選擇一種表現形式，它得作為一個波或者粒子出現，而不能再曖昧地混雜在一起。這就像我們可憐的馬，不管誰用什麼方式觀察，它只能在某一時刻展現出一種顏色。從來沒有人有過這樣奇妙的體驗：這匹馬同時又是白色，又是紅色。波和粒子在同一時刻是互斥的，但它們卻在一個更高的層次上統一在一起，作為電子的兩面被納入一個整體概念中。這就是玻爾的「互補原理」（The Complementary Principle），它連同波恩的概率解釋，海森堡的不確定性，三者共同構成了量子論「哥本哈根解釋」的核心，至今仍然深刻地影響著我們對於整個宇宙的終極認識。
「第三次波粒戰爭」便以這樣一種戲劇化的方式收場。而量子世界的這種奇妙結合，就是大名鼎鼎的「波粒二象性」。