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薛定諤以哪種動物來作假設,詮釋他的量子學說?


貓。

薛定諤的貓都快爛大街了。量子力學的詮釋問題已經爭吵快一個世紀了。我這裡不多去評論,只充當說故事的人。

1935年,對於中國而言還處於戰火瀰漫的時代,而在歐洲,關於量子力學的論戰此消彼長。奧地利物理學家薛定諤提出了一個思想性實驗:把一隻不知道為什麼就得罪了物理學家的貓放進一隻盒子里,同時放入盒子的還有2個東西——裝滿氰化物毒氣的瓶子與一鐵鎚,鐵鎚下方放著瓶子,而鐵鎚是被一個電子開關控制,當開關接通,鐵鎚就會落下雜碎瓶子,讓毒氣溢出,毒死貓。薛定諤假設:如果電子開關是一個放射性原子控制,該原子如果衰變,則開關接通;同時考慮,原子衰變的概率為50%。薛定諤問:貓到底是死是活?對此,我們只好回答:50%的可能性生,50%的可能性死。這就是薛定諤的貓。聽起來,沒什麼啊,但是仔細一想,老詭異了。因為,我們只能說「50%的可能性生,50%的可能性死」,卻不能斷定,貓到底是生是死。薛定諤的這個實驗,為的是揭示量子力學與經典力學的矛盾。對於量子力學,粒子都是處於疊加態的,而經典力學則不是。如果我們能通過某種方法,讓這種疊加態在宏觀世界也發揮一下作用,那麼就要出現類似於薛定諤的貓的情況。

玻爾曾說過:「誰要是第一次聽量子力學沒暈頭,沒發火,那就沒聽懂。」第一次看到薛定諤的貓,我還是一個中學生(應該是初三的時候)。那時候,我基本上是沒發火也沒暈,因為我就沒聽懂。等我搞明白的時候,我發現,自己處於兩難境地:如果認為經典力學是對的,可是許多問題解釋不了;如果認為量子力學是對的,這隻貓怎麼辦——還等著我這貓奴去救它呢。那該咋辦?薛定諤支了個招:把盒子打開看看啊。好的,我們打開盒子看看,打開盒子一看貓活著(也可能不幸為科學事業獻出了年輕的生命,那我要做的就是默哀並以崇高的敬意將它厚葬)。可是,問題來了。我們只能在打開盒子之後才知道它是生是死,打開盒子之前,無法說它的生死。這不是很詭異嗎!!

這就是薛定諤的貓。關於的爭論,直到今天也沒塵埃落定。因為這關乎到量子力學的詮釋問題:

1、哥本哈根學派:我們的觀測會影響量子力學的疊加態,它會導致態的塌縮。哥本哈根學派的觀點,是現代量子力學的一條假設——態疊加原理。也就是說,測量導致的態的塌縮(所謂的退相干)。這種解釋和王陽明的心學多少有些相似。所以,這種解釋具有很強的主觀唯心主義色彩。唯物主義者應該好好批判之。

【注;王陽明在《傳習錄·下》中寫道:「你未看此花時,此花與汝同歸於寂;你來看此花時,則此花顏色一時明白起來……」】

2、多重宇宙,或者平行世界。這是休·埃弗萊特的觀點。他認為量子力學的態疊加原理沒錯,真正有問題的是"態塌縮了",其實是不同態是在不同宇宙里的。可這個解釋有一個問題,那就是我們的宇宙到底是哪一個宇宙?這是量子力學無法回答的,因此這就導致我們不得不清除上帝來幫忙了。上帝說,我們的宇宙啊,是慈悲的,所以貓是活的,於是我們打開盒子,貓是活的。

綜合來看,哥本哈根是考慮只有一隻貓的情況,用波函數的塌縮解釋為何觀測重要。多重宇宙則是把貓考慮成兩隻,這樣就能避免測量帶來的因素。它們的無奈卻也不少:哥本哈根會陷入主觀唯心主義;多重宇宙論會陷入客觀唯心主義。


當有人提出量子疊加態的時候,薛定諤就舉了半死貓的例子進行反駁。在薛定諤看來,儘管貓的生死需要打開箱子才能知道,但這背後都是有物理規律支配的,決定貓的生死的,不是是否有人打開箱子,而是各種物理因素如何演變。

隨著量子實驗的增加,人們不但發現了大量的疊加態現象,還找出了其中的規律,更加肯定了量子疊加態的存在。但疊加態無法用常識進行準確而通俗地解釋,為了便於表述其原理,便套用了薛定諤的貓的例子。這其實是一個極具諷刺意義的事情。


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