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外文好書介紹(David Bohm: A Life Dedicated to Understanding the Quantum World)《大衛∙波姆:獻給量子世界的一生》

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撰文者:林祉均譯
發文日期:2020-08-21
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  • 大衛∙波姆(1917-92)這個人有著堅定的原則。在麥卡錫時期的美國,他拒絕供出同行的共產黨員;當幾乎所有物理學家都不抱希望,他還是堅持宣稱我們應該尋求對於量子現象的解釋。在小奧利瓦爾·弗雷雷(Olival Freire Jr)新的傳記著作《大衛∙波姆:獻給量子世界的一生》(David Bohm: A Life Dedicated to Understanding the Quantum World)中,他將探究波姆的生平與研究。


     
    截圖 2020-08-21 上午8.50.25
    David Bohm in 1949
     

    大衛∙波姆,攝於1949。那時他剛拒絕在美國眾議院的非美活動調查委員會出席作證。LIBRARY OF CONGRESS, NEW YORK WORLD-TELEGRAM AND SUN COLLECTION. COURTESY AIP EMILIO SEGRÈ VISUAL ARCHIVES波姆的生平十分精彩,其中不乏許多卓越的科學成就。他在1943發表的博士論文主要討論質子散射,因為對曼哈頓計畫有潛在軍事價值而被當作機密文件處理。爾後,他投入電漿物理學的研究,其中他對集體變數(collective variables)的運用,以及波姆擴散(Bohm diffusion)的發現特別為人所知。


    不過波姆最著名的研究成果應該是在量子力學領域。在1951年,他出版了一本相關的教科書,並在書中捍衛傳統的哥本哈根詮釋。他親自送了一本給愛因斯坦,不過在接下來的對話中,愛因斯坦說服他相信哥本哈根詮釋在根本上是有缺陷的。

    於是波姆便和哥本哈根分道揚鑣。他馬上著手研發替代理論,並得出了至今最簡單也最令人百思不解的解法。他認為電子有著特定軌跡,能夠給出運動方程式。從這個想法出發,他發展出一套完整的理論,他將其稱為量子力學的因果性或存在性詮釋。現今常被稱呼為波姆力學。

    當時,幾乎所有物理學家都相信,量子力學的難題就是無法解決。大部分波姆的同業都反對他的理論,將他視為異端。更糟的是,波姆同時惹上了政治紛爭。他拒絕在眾議院的非美活動調查委員會作證之後,被以藐視國會的罪名起訴,而普林斯頓大學也終止了他的聘約。幾個月後,他被宣判無罪,不過學校依舊不肯將他續聘。由於美國國內沒有任何學校願意任用他,他等同是遭到驅逐出境。他首先前往巴西,幾年後去了以色列,最後到達英國。

    在他遷往英國之際,他和他的門生亞基爾·阿哈諾夫(Yakir Aharonov)一同發現了阿哈諾夫-波姆效應。這個效應講述即使某處的電磁場強度為零,電磁向量勢還是會影響電子的波函數干涉條紋。大約在同個時期,他得知了史達林掌權下蘇聯政權的惡行,並拋棄了他過去所忠誠並為其付出巨大代價的共產黨。弗雷雷是巴西巴伊亞聯邦大學的物理暨物理史學家,他以往就曾寫過關於量子力學的歷史。在2015年出版的《量子異類:重建量子力學的基礎》(The Quantum Dissidents: Rebuilding the Foundations of Quantum Mechanics (1950–1990))之中,他探討了量子力學中不同於傳統詮釋的替代理論,其中提到休·艾弗雷特、尤金·維格納、約翰貝爾的非局域性理論、量子去相干,還有波姆。


    先前由F.大衛∙皮特(F.David Peat)所著的傳紀《無限位能:大衛∙波姆的生命與時代》(Infinite Potential: The Life and Times of David Bohm(1996))比較著重於波姆的生平;相較之下,弗雷雷專注於波姆的想法如何成形,理論的內容,以及世人的評價。弗雷雷本人作為一個物理學家,能夠對波姆的論證以及他如何面對當時的物理發展,進行深入的討論。例如波姆如何回應著名的貝爾定理及貝爾不等式的實驗結果。


    弗雷雷精心地整理了大量的歷史資料。這本書不只含有書信與訪談的內容,還畫出論文引用次數的消長,讓讀者看到波姆的著作在不同的時代造成的影響。弗雷雷想達成的,是完整地描繪波姆的的矛盾、改變、與疑惑,而不是將他塑造為英雄或聖人。而他確實地做到這點。舉例來說,他在書中提到波姆對於波姆力學的熱忱如何逐漸萎縮,1960年代時他捍衛波姆力學的理由多麼薄弱,以
    及他如何在1980年代時重新找回興趣。

    不過,讀者不會在這本書中學到波姆提出的理論。如果讀者想要了解波姆力學的現代形式,以及它與正統的哥本哈根詮釋的地位,可以參考Detlef Dürr 與 Stefan Teufel所著的 《Bohmian Mechanics: The Physics and Mathematics of Quantum Theory》 (2009)或是Jean Bricmont 的《Making Sense of Quantum Mechanics》 (2016)。如果有讀者渴望了解理論背後的故事,以及這位物理界先驅所遇到的困難與突破,那麼《大衛∙波姆》中有許多故事待你來發掘。


     
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    本文感謝Physics Today (American Institute of Physics) 同意物理雙月刊進行中文翻譯並授權刊登。原文刊登並收錄於Physics Today,June 2019 雜誌內 (Physics Today 73, 7, 53 (2020); https://doi.org/10.1063/PT.3.4524 。中文編譯:林祉均,國立清華大學物理系 學生。

    Physics Bimonthly (The Physics Society of Taiwan) appreciates that Physics Today (American Institute of Physics) authorizes Physics Bimonthly to translate and reprint in Mandarin. The article is published on (Physics Today 73, 7, 53 (2020); https://doi.org/10.1063/PT.3.4524).  The article in Mandarin is translated and edited by J.-R. Lin , Studying on Department of Physics, National Tsing Hua University.
     
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