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物理学咬文嚼字之十七 英文物理文献中的德语词(之二)


□ 曹则贤

  他(牛顿)是实验家、理论家和技工,同样也是毫不逊色的语言艺术家.
   ——爱因斯坦1931年为牛顿 Opticks序
  
  我对语言思考得越多,我就越奇怪人们居然能相互理解.
  ——Kurt Gdel
  
  (接物理学咬文嚼字之十五)
  七、Gedanken experiment .
  
  有时仍按德语习惯写为 Gedankenexperiment, 而有些英文文献则直接写成 thought experiment, 汉译为思想实验、假想实验、想象实验等.此词据说由奥斯特(Hans Christian rsted)于1812年所造,等价的德语词为Gedankenversuch. 英文 thought experiment 出现于1897年,是对马赫(Ernst Mach)著作 Gedankenexperiment的翻译. 考虑到gedanken是动词denken(思想、考虑、想象)的过去分词,相应地,thought也应理解为think 的过去分词而非名词,这样对Gedankenexperiment 的汉译似以“想象的实验”为宜. 按定义,Gedankenexperiment 是为了验证某些猜想或理论而提出,但又囿于现实而无法实现的实验,是在思维实验室(laboratory of mind)中进行的;其目的为探索欲考察之原则的可能后果(A thought experiment is a proposal for an experiment that would test a hypothesis or theory but cannot actually be performed due to practical limitations; instead its purpose is to explore the potential consequences of the principle in question).所谓 “囿于现实而无法实现”有两重不同的含义:一是原则上不可能的,如爱因斯坦曾经假想的骑在光波上(riding on a beam of light)看世界;二是现实意义上的不可能,如后文要谈到的对电子的记录:固体探测器记录的所谓电子的位置就不可能是电子自身尺度大小的.不过,在马赫那里,Gedankenexperiment 却有另外的意思,它是对真实实验在想象中的操作,实际实验则由其学生动手完成.
  Gedankenexperiment在人类认识过程中发挥过实际实验(practical experiment)无法比拟的作用.物理学更深层次上关注的是人类如何看世界的问题,而非测量的问题,Martin Cohen 就相信“相当多的近代物理是建立在想象性实验的基础上的”[1].Gedankenexperiment 的威力更多地体现在对物理原理的逻辑性验证方面,所谓的逻辑的力量(power of logic);但也正是因为 Gedankenexperiment是想象的,没有直接的、现实性的强约束,它往往又容易落入paradox(公说公有理,婆说婆有理)的窘境.关于前者,典型的例子为对落体定律的验证. 不同质量的物体以相同速度下落是建立在反证法上的一个强的逻辑性结果(笔者以为,测量的误差无论多小,都既可以看作是对差别的肯定,也可以看作是对差别的否定),其论证过程见伽利略的著作 Discorsi e dimostrazioni matematiche(1628),大致讨论可参见《物理学咬文嚼字之十一:质量与质量的起源》[2].而关于后者,典型的例子有为讨论热力学第二定律而引入的麦克斯韦小妖(Maxwell's demon), 相关的想象性实验引出的争吵似乎比结论要多.
   历史上非常著名的Gedankenexperiment 要数薛定谔的猫了.设想在一个封闭的空间里有一个放射源,放射性事件的发生会触发一个机械装置打碎一瓶毒药,从而毒死里面的一只猫(图1).由于放射性过程的发生是一个量子行为,因此,沿着量子式的思维该猫的状态应是死和活这两种状态的量子叠加.当然,经验告诉我们,猫,cat or levine, 只会要么是死的,要么是活的,就算是法医学意义上的半死不活也不是量子叠加态.薛定谔的猫于是成了量子哲学家和量子物理学家们津津乐道的话题,有人得出测量是量子力学本质的结论(猫本来是处在死与活的量子叠加态,是测量的瞬间将其坍缩为经典的死或活的状态);清醒些的认识到量子叠加态的概念并不适用于猫这样的宏观存在,故转而究问量子叠加态就体系尺度而言,到底哪里是量子力学与经典力学的边界.最近有“薛定谔的猫变胖了”的文章,量子叠加态已经可以在超导量子干涉器件中实现了[3]. 有趣的是,从薛定谔提出关于猫的Gedankenexperment以后,他本人似乎无意于这些似是而非的、浅表层的讨论,转而思考生命从科学的角度来看其本质是什么的问题,很快写出了具有深刻洞见的不朽名著 《什么是生命?》[4],真正的科学家同家常科学家之间的区别,由此可见一斑.
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摘自:物理 2008年第11期  
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