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蔡丁哥的貓是什麽?

應該是薛定諤的貓(薛定諤?Dinger的貓)是壹個關於量子理論的理想實驗。

雖然量子理論誕生至今已有壹個世紀,但它的輝煌、繁榮、興盛也已過去半個世紀。但量子論帶來的困惑至今仍困擾著人們。正如玻爾的名言,“任何壹個第壹次聽到量子論時不困惑的人,壹定是不理解的。”薛定諤的貓是眾多量子謎題的代表。這只貓很可憐。她(假設是母貓以喚起更多憐憫)被封在壹個密室裏,裏面有食物和毒藥。毒藥瓶上有壹把錘子。錘子由電子開關控制,電子開關由放射性原子控制。如果原子核衰變,釋放出α粒子,觸發電子開關,錘子落下,毒瓶被砸碎,裏面的氰化物氣體釋放出來,母貓就會死。這個殘忍的裝置是薛定諤設計的,所以母貓就叫薛定諤貓。原子核的衰變是壹個隨機事件,物理學家能準確知道的只有半衰期——半衰變所需的時間。如果壹種放射性元素的半衰期是壹天,那麽晚壹天,這種元素就會少壹半,另壹天,剩下的壹半就會少壹半。然而,物理學家無法知道它何時衰變,早上還是下午。當然,物理學家知道它在早上或下午腐爛的概率——也就是說,壹只母貓在早上或下午死亡的概率。如果不打開密室的蓋子,根據我們日常生活中的經驗,可以斷定這只母貓不是死了就是活著。這是她的兩個本征態。但是,如果用薛定諤方程來描述薛定諤貓,只能說她處於壹種生與死的疊加狀態。只有揭開蓋子,才能確定母貓是死是活。此時,貓的波函數立即從疊加態收縮到某個本征態。量子論認為,不打開蓋子觀察,永遠不知道母貓是死是活,永遠處於半死不活的疊加狀態。這嚴重違背了我們的日常經驗。我們要麽死,要麽活。怎麽才能做到不生不死?

薛定諤諷刺地說:根據量子力學的解釋,盒子裏的貓處於“死-活疊加態”——既死又活!等到妳打開盒子,看壹眼貓,再決定它的生死。(請註意!這不是發現,而是決定。只看壹眼就致命!正如哈姆雷特王子所說,“是死是活真的是壹個問題。”只有當妳打開盒子,疊加態突然結束(用數學術語來說就是“坍縮”),哈姆雷特王子的猶豫才最終結束。我們知道貓的確切狀態:死或活。哥本哈根的概率解釋的好處是只有壹個結果,和我們觀察到的結果壹致。但是有壹個很大的問題:它要求波函數突然坍縮。但是物理學中沒有公式可以描述這種坍縮。盡管如此,出於實用主義的考慮,物理學家們早已接受了哥本哈根的解釋。付出的代價是:違反薛定諤方程。難怪薛定諤壹直耿耿於懷。

哥本哈根解釋長期以來成為壹種“正統”和“標準”的解釋。但這只不死不活的貓總是讓物理學家們像噩夢壹樣坐立不安。格利賓在《尋找薛定諤的貓》中想告訴我們的是,哥本哈根解釋失敗在哪裏,什麽解釋可以取代它。

1957年,埃弗雷特的“多世界解讀”似乎給人們帶來了好消息,雖然壹開始沒人當真,因為太離奇了。格利賓認為多世界解釋有很多優點,因此可以取代哥本哈根解釋。下面簡單介紹壹下埃弗雷特的多世界解讀。

格利賓在書中寫道:“埃弗雷特...指出兩只貓都是真的。有壹只活貓和壹只死貓,但他們在不同的世界。問題不在於盒子裏的放射性原子是否衰變,而在於它是否衰變。當我們往盒子裏看時,整個世界分裂成兩個版本。這兩個版本在所有其他方面都是壹樣的。唯壹不同的是,在壹個版本中,原子衰變,貓死亡;另壹個版本,原子沒有衰變,貓還活著。”

換句話說,它說,“原子衰變,貓死亡;原子沒有衰變,貓還活著。”這兩個世界將完全相互獨立地進化,就像兩個平行的世界壹樣。格裏賓顯然很欣賞這種解釋,所以他接著說,“這聽起來像科幻小說,但是……這是基於無懈可擊的數學方程和量子力學簡單、自洽和符合邏輯的結果。”“在量子多世界中,我們通過參與來選擇自己的道路。在我們生活的世界裏,沒有隱藏變量,上帝不會擲骰子,壹切都是真的。”按照格利賓的說法,如果愛因斯坦還活著,他可能會贊同並大大贊揚這個“沒有隱變量,上帝不會擲骰子”的理論。

這種解釋的好處是薛定諤方程永遠成立,波函數永遠不會坍縮,簡化了基礎理論。它的問題是想法太離奇,付出的代價是這些平行世界都同樣真實。難怪有人說,“在科學史上,多世界解釋無疑是目前提出的最大膽、最有野心的理論。”