关于薛定谔的猫的科学讨论
薛定谔的实验把量子效应放大到了我们的日常世界,现在量子的奇特性质涉及到了我们的日常生活,涉及到了我们心爱的宠物猫是死是活的问题。但是,对于宏观世界来说,薛定谔的实验理论并不存在:半衰期是一个宏观概念,对于一个原子来说,它的衰变周期是固定的(即使你无法测量)。所以当这个被选中的原子被放进盒子的时候,猫能活的时间就已经确定了。所以,你不知道不代表没发生。
所谓的量子论,其实并不是真理,而是人类目前的技术还无法精确测量微观世界,导致我们只能用“概率”和“概率”这些概念来推断。然而,面对无法精确测量的环境,物理理论中传统的精确测量方法无法适用。事实上,随着技术的进步,量子论最终会被真实物理挤出,最终作为“伪理论”消失。
量子论不是第一个也不会是最后一个这样消失的“伪理论”。
量子学派后来有一个广为流传的论点
“当我们不观测的时候,月亮是不存在的”,这稍微偏离了初衷。准确的说,因为月球也是由不确定的粒子组成的,如果我们把头转过去不看月球,大量的粒子会按照波函数开始分散。于是,月球的边缘开始显得模糊不确定,逐渐“融化”,成为概率波向周围空间扩散。当然,这么大的月亮完全融进太空需要很长的时间,但问题的本质是:如果不观测月亮,它会从某种状态变成无数不确定性的叠加。不观察它,明确客观的月亮是不存在的。但我一回头,一轮明月会高高地挂在空中,好像什么都没有发生过。但实际上,量子力学的定律将月球这种巨大质量物体的波函数限制在一个非常小的区域内,所以即使月球扩散开了,色散的程度也是肉眼看不到的。
测不准原理解释:用光照射一个质点来测量它的位置和速度,一些光波被它散射,从而指示出它的位置。人们不可能在光的两个峰值之间的距离更小的程度上确定粒子的位置,所以必须用短波长的光来测量,至少要用一个光量子。这个量子会扰动粒子,改变它的速度,而且位置测量越精确,需要的波长越短,单个量子的能量越大,对粒子速度的扰动越大。你测量粒子位置越精确,你测量速度就越不精确。当月亮不被观察时,它就不存在。在观察量子态时,由于观察力的相互作用,波函数坍缩到某个值,微观粒子整体上是规则的,在宏观尺度上观察力几乎不影响它。)(参考:
斯蒂芬·霍金的《时间简史》)
诚然,这听起来带有强烈的主观唯心主义色彩,实际上与我们通常理解的哲学理论有所不同,但说到这里,很多人大概会自然而然地想到贝克勒主教的名言:“存在即被感知”(拉丁文:Essest percipi)。如果把这句话稍微改成“存在即被衡量”,就离哥本哈根学派的意思不远了。贝克勒在哲学史上的地位无疑是重要的。人们通常愿意批评他。我们哥本哈根学派比他走得更远吗?至少贝克勒还是认为事物是连续客观存在的,因为总有“上帝”在不断地注视着一切。而量子理论呢?陛下,我不需要上帝的假设。
与贝克勒相互辉映的东方代表,大概就是王阳明了。他还说了《列传》里的一句名句:“你没看见这朵花的时候,它就和你一起死了;等你来看这朵花,这朵花的颜色一会儿就明白了……”如果王阳明懂量子论,大概会说:“你没观察到这朵花的时候,它并不真的存在,按照波函数它就死了;当你来观察这朵花的时候,这朵花的波函数坍缩了,它的颜色一会儿变成了清晰的现实……”测量是合理的,测量是不合理的。
薛定谔的猫和量子自杀
决定宇宙命运的是必然还是偶然?或者:上帝玩骰子吗?这是量子力学和相对论最大的争议。量子力学认为世界是由不确定的随机事件决定的,而这种不确定性(后者称为涨落)实际上就是辩证法所提倡的矛盾运算;相对论认为世界应该由固定的、机械的规律来统治,任何看似偶然的事件背后,其实都有必然的支撑。
至于薛定谔的猫,包括爱因斯坦在内的很多非主流科学家都持怀疑态度。他们认为这个原因是由“平行宇宙”(MWI)造成的,即当我们看向盒子时,整个世界分裂成两个版本的自己。这两个版本在所有其他方面都是一样的。唯一不同的是,在一个版本中,原子衰变,猫死亡;在另一个版本中,原子没有衰变,猫还活着。在量子多世界中,我们通过参与来选择自己的道路。在我们生活的这个世界里,没有隐藏的变量,上帝不会掷骰子,一切都是真实的。这种观点还有一个更令人震惊的假设:量子自杀。
量子自杀的提议
在量子力学中,量子自杀是一种思想的实验。这个令人毛骨悚然的讽刺实验是由汉斯·莫拉维克、布鲁诺·马沙尔等人在20世纪80年代末提出的,并由宇宙学家马克斯·泰格马克(Max Tegmark)在1998年为哥本哈根“波函数坍缩”中的“意识怪物”在那篇宣传MWI的知名论文中发展和重新审视的。马克斯·泰格马克(Max Tegmark)认为宇宙有很多,量子不确定性分布在所有宇宙中。只要一个人从主观上来说永远不可能自杀,其实他一旦开始存在,就永远不会消失!总有一些量子效应可以让人不衰老,根据MWI的说法,这些非常低的概率总是对应着一个真实的世界!
量子自杀实验
在一套设备中,利用原子衰变来控制扣动枪的扳机,我们可以观察一个人什么时候被杀死(如果衰变->;射)或者不(不腐朽)。他迟早会被杀死,因为随着原子衰变概率的增加,枪的扳机迟早会扣动。但从当事人自身的角度来看,完全不是这么回事。因为对他来说唯一有意义的是“他生活的世界”。总会有一个人活在某个世界里!如果平行宇宙理论是正确的,那么对于某人来说,无论他如何试图自杀,他都不会死!如果他用刀子勒死自己,总有一个非常非常小的可能性,刀子会以某种方式穿透这个人的脖子而不受到任何伤害,从而让他长生不老!当然,这种概率极小,但是根据MWI的说法,所有可能发生的事情都确实发生了,所以这种现象在某个宇宙中总是会发生!其实不管你怎么自杀,不管你是跳楼,躺在铁轨上还是上吊,总有一些宇宙让他活着。从人自身的角度来说,无论怎么死都不能死!当然,在其他无限宇宙中,他的亲友会为他哀悼。这其实是现实版的薛定谔的猫。众所周知,在猫实验中,如果原子衰变,猫就会中毒,反之亦然。对此,哥本哈根学派的解释是,在我们观察之前,猫是“死而复生”的,但观察之后,猫的波函数坍缩了,猫不是死就是活。MWI声称,每个实验必须同时产生一只活猫和一只死猫,但它们存在于两个平行的世界。
宇宙分裂
这样薛定谔的猫就不用担心生死了。只是宇宙分裂成了两个,一个有一只活猫,一个有一只死猫。对于活着的猫的宇宙来说,猫永远是活着的,不存在生死叠加的问题。对于死猫的宇宙来说,猫其实是在分裂的那一刻死去的。不要等人家打开盒子才“崩溃”,才能下定论。
自宇宙诞生以来,这样的分裂不计其数,其数量呈几何级数增长,很快就趋于无穷大。我们现在所处的宇宙只是其中之一,除此之外还有很多其他的宇宙。有些离我们很近,是最近才脱离家谱的,而那些从遥远的古代就和我们分道扬镳的宇宙,可能就大不相同了。也许在某个宇宙中,小行星没有撞击地球,恐龙依然统治着世界。在某个宇宙中,克娄巴特拉的鼻子短了一点,这并没有让凯撒和安东尼感到兴奋。那些反对历史决定论的“鼻子历史学家”,会对后来的发展感兴趣,看看是否真的存在历史蝴蝶效应。在某个宇宙中,格鲁希在滑铁卢没有迟到,希特勒在敦刻尔克之前没有下达停止进攻的命令。在更多的宇宙中,因为不合适的物理常数,根本没有生命和行星。
似乎结论是整个量子力学可以和相对论联系起来,或者用相对论代替量子力学。但请注意,平行宇宙保留了矛盾的对立(同一个宇宙的猫不会有生死的叠加)却肢解了矛盾的统一(使矛盾的双方处于两个不同的宇宙),辩证法的根本规律似乎被否定了?
等一下!仔细想想:每一次电子跳跃,每一次光子衍射,我在键盘上打出的每一个字符都能创造一个宇宙?那么,自大爆炸以来,已经创造了多少个宇宙?宇宙的数量每秒钟都在以惊人的速度增加?这个理论似乎是为了解释一个小电子的衍射而创造一个巨大的宇宙!没有证据证明这个理论。我们从来没有发现我们有创造宇宙的能力。
弦理论
看来唯物辩证法被推翻的担心可以暂时放下了。或许在不久的将来,随着基于量子力学的统一理论(极有可能是弦理论)的建立,辩证法也将被提升到一个前所未有的高峰。而以辩证法为基础的理论有着坚实的基础,这是我们学习哲学和物理学的根本目的。
实际上,薛定谔猫的意义不仅在于宏观量子态是否存在,还在于量子态的波函数如何坍缩。现在说薛定谔的猫只是在极端条件下实现了几个粒子的两个叠加态才得到证实还为时过早,等到可以观测到宏观物质的量子态时也不迟。