没有薛定谔猫

注:以下是我大学时候的理解,不见得对,也没再读这方面的新资料。

薛定谔提出一个思想实验。将一只猫及放射性物质放在一个盒子内,这个放射性物质有50%的概率会衰变,衰变粒子会触发毒气释放,毒气会杀死猫;也有50%的概率不衰变,猫会活下来(假定它有足够的空气可以活下去)。按照量子力学,这个放射物质会处于“衰变或不衰变的叠加态”,这种叠加态导致了毒气的“释放或不释放的叠加态”,进而导致猫处于半死不活的“生死叠加态”。这只猫,就是薛定谔猫。

若是我们一直不打开盒子,也就是说没有外界的测量或观测,放射性物质会一直处于衰败与否的叠加态,那猫也会处于一种半死不活的生死叠加态中。若是我们打开箱子,观测;那观测就会导致态坍塌,放射物质会被观测到,或是已经衰变,那猫就死了;或是不观测,那就猫就活着;薛定谔推论,观测决定了猫的生死。

我认为,这只半死不活的薛定谔猫不存在。

所谓的观测导致的态坍塌,不必非得用眼睛看,它可以是任何形态的相互作用。眼睛观测到,无非就是可见光从被观测物反射到人眼里,是光子与被观测物有了相互作用。空气分子也可以跟那个放射物质相互作用。对于一只猫,它体内那么多分子,它的任何一部分分子,早已经被其它部分的分子“观测”过了,无法处于一种未被观测的“生死叠加态”中。

即使排除掉猫本身被自己观测过了这个事实,它要活下去,就必须要有空气。放射性物质会跟空气分子相互作用,相当于被观测了,也会导致态坍塌,也就不存在放毒与不放毒的叠加态。

这种相互作用,就等效于观测,这就是为什么宏观物体不存在量子效应的原因。每一次相互作用,都会导致态坍塌,每一个态,都可以算是一条宇宙发展路径,这就导致了所谓的平行宇宙。我们所处的宏观世界,已经是经过态坍塌之后呈现的最终效果了,不存在所谓的叠加态。

同理,猫作为一种宏观的存在,也就不会存在生死叠加态了,它要么死,要么活。在我们观测它之前,它早已经被各种相互作用观测过了。我们的观测不过就是打开一个骰子罐,骰子的点数早在我们打开之前,就已经决定了。并非我们开罐的行为,导致了“一直旋转着的骰子”忽然就停下来了,坍塌到一个固定的点数上。

在量子力学的世界里,测量之前,就如一个骰子一直旋转着,我们不知道它最后会停到哪个点上;测量相当于把骰子弄停,它必然会坍塌到某一个点上。不作弊地掷骰子,我们知道每个点都是六分之一的概率。

在经典力学的世界里,若是在抛出骰子的一瞬间,我们知道初始的抛掷角度,空气摩擦,落地滚动等等条件,是可以精确算出多久后,骰子会哪面朝上。但在量子力学的世界里,即使知道了这一切的条件,仍然是无法知道最后的结果的,只能说,多次测量的统计结果会是,每一面的概率是六分之一。这就是爱因斯坦无法同意的地方,他认为,从原理上不可能有这种不确定性的存在,所以他才说不相信上帝会掷骰子。

而事实上,量子力学就是这样一种概率的世界观。若是单次观测,我们不知道会是哪一面向上,一旦看到“一点”的面向上,那这个“一点”就是百分之百发生了。事情发生之前,我们只能说出现的每项结果的概率,事情发生之后,那每项结果都是百分之百。更为关键的是所谓的叠加态,类比的说,是骰子一直在转,我们不看它就不停,它就处于各个面叠加的状态;而不是上边举例说的,已经停了,只不过是我们开盖看下结果。

大三时我学过两个老师讲的量子力学,用的教材都是从薛定谔方程切入,学出来的量子力学是数学。我曾经将费曼物理学讲义第三卷从头到尾朗读了一遍,它从测量切入,直接讲观测导致的态坍塌,学到最后,学得的是物理。薛定谔那套,最后也会导出测量的概念,但不如费曼物理学讲义来得直接。费曼一直强调,the test of all knowledge is experiment,测不到验不着的,不是物理,至多只能算是假说。

费曼在书中问过一个有趣的问题,既然观测会导致某个现象存在与否(态坍塌),那么若是森林中有一棵树倒下了,没有任何人听到它的声音,那么这个声音存在过吗?

2017/4/20, Thu

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