矛盾叠加——量子论的超级世界观

第4 章　量子如何解释 薛定谔那只猫，可能是指引我们读懂量子的*好老师。 尤里卡or 知道了。 历史上所有物理新发现，从来没有听说还需要什么解释。阿基米德突然悟到浮力原理，从澡盆里跳出来高叫“尤里卡！”（我发现了）。像浮力这类“正常”的科学问题，一个人发现了，全世界就都发现了，谁还不明白就是谁个人的问题。到了相对论，多少费解一些，你不懂总还有别的人懂。唯独量子物理，实验千遍，论文万篇，并没有真的解释为什么。你没有机会像阿基米德那样戏剧性地叫喊“尤里卡”，你只能像清朝皇帝那样，满腹狐疑地朱批三个字：“知道了”。 只有猫知道。 “薛定谔的猫”是一个思想实验。根据实验设计思想，某些量子物理学家建议你相信，暗箱里有一只已经死了同时也活着的猫，童叟无欺，假一罚十。不过，你永远不要指望他们会真的从箱子里拎出两只猫来，一只死的哐啷摔在地上，一只活的喵呜跳上窗台。你要明白，他们所谓的死活叠加，跟欧拉公式的鬼怪答案–1/12 一样，不仅是一种不可亲眼见证的物理真实，而且是一种正常理性不可接受的数学真实。 薛定谔设计这个实验，初衷是用以嘲笑波函数坍缩的荒谬之论。实验内容本身很简单，但是，科学界对实验的表述和理解却十分含混。薛定谔没有料到，一个简单的思想实验竟然引发一场复杂而持久的讨论，80 多年热度不减。薛定谔更没有料到，这只猫不仅没有将量子论一击而溃，反而诱发越来越多、越来越怪的量子邪说。争论并没有结束，结论是没有结论。好消息是，你可以放心地选择相信后面将要讨论的任何一种解释，没有哪个科学家敢大声反驳你 一道久等未上的芝士焗海鲜…… 世上有说不尽的莎士比亚，说不尽的希区柯克，说不尽的《红楼梦》，还有不仅说不尽而且说不通的薛定谔的猫。要想秒懂，也有办法。我推荐一则幽默：一道久等未上的芝士焗海鲜，本质上处于做与未做的薛定谔猫态，一旦找来服务员要求退菜，立刻坍缩为已做状态。 待我们完成以下讨论，你会同意这个笑话竟是无与伦比地传神。 薛猫实验是怎样设计的？ 把一只猫关在密闭的盒子里，盒子里安装一套毒药释放设备，外加放射性原子和盖革计数器。设备是否释放毒药，取决于放射性原子是否衰变，盖革计数器探测到原子衰变后，触发机关释放毒药。那么放射性原子何时发生衰变呢？哥本哈根解释认为，在特定时间内，原子衰变纯粹是一件概率事件，衰变与不衰变，各有50% 的概率。结果： · 原子衰变，则放毒，猫死。 · 原子不衰变，则不放毒，猫活。 这不就是抛硬币定生死吗？不是。哥本哈根学派认为，暗箱打开之前，放射性原子处于波函数叠加状态，它的衰变与不衰变都是真实的事情。某种意义上可以说，衰变的事情发生了，没衰变的事情也发生了。必须注意所谓“都发生了”究竟意味着什么，不是像小孩吃药减半那样，将一个原子掰成两半，吃半个、留半个。 是非叠加、矛盾共存，这是故事的关键。听清楚这个“不可能”的意思了吗？那么够了，Freeze ！奉劝读者不要擅自再往前迈出一步，任何自动脑补合理想象，都只会使我们的讨论更加混乱。不管谁来解释薛猫实验，也不管他从什么角度来描述薛猫实验，如果你没有听到“叠加态”这个概念，如果你没听出叠加态的真实意思有多么荒唐，或者居然听出任何合理正常的缘由，那么很遗憾，那肯定是假的薛猫解释。 打开看看不就明白了吗？不行，哥本哈根学派认为，人的观察将瞬间破坏放射性原子的叠加态，薛定谔方程描述的波函数演化过程将发生断崖式终止，也即波函数坍缩。听上去，简直就是一桩不抓现行就死不认账的赖皮案子。薛定谔认为，量子如果可以存在矛盾叠加，这种特性就没有理由不发生在量子的集合体身上。薛猫实验的设计思路，就是要将这种叠加态从量子传导和放大到宏观世界，然后质问： ·　既然原子衰变与不衰变都是事实，是不是放毒系统也应该保持放毒与不放毒的叠加？那么暗箱里的猫，它是该死呢还是该活？ ·　波函数坍缩究竟是什么行为？难道是《黑客帝国》的拔掉电源，或者《盗梦空间》的梦境返回吗？ ·　回溯曝光之前，箱子里刚才什么情况？鉴于我们从未见过既死了也活着的猫，更加严峻的问题是：猫如果活着，那么它刚才死过吗？如果猫死了，是不是在打开暗箱之前还活着？ 当初爱因斯坦也提出同样的质疑，他设想的不是毒药而是炸药，问题就更尖锐了：怎样想象一桶既爆炸了又没有爆炸的炸药？呵呵！ 以上的纠结过程看清楚了？ 以下是更纠结的各种解释。