量子猫佯谬_宇宙时间奥秘
这些佯谬中最著名的是薛定谔的“猫佯谬”。许多物理学家以恼怒的心情看待这个佯谬,因为他们认为这个佯谬并不具有任何“真实的”后果。例如,霍金有一次说过:“当我听说薛定谔的猫时,我就跑去拿枪。”所讨论的问题如果太深奥,这种不屑一顾的态度往往很普遍:很多人在一层薄冰上仍然轻松愉快地滑行,完全漠视脚下潜伏的危险。这样,猫佯谬就被认为是从量子餐桌上掉下来的碎屑,解决它是哲学家的事,而哲学家们也确实为此大动起脑筋。然而,也许有可能设计出实验来验证这个佯谬。
薛定谔所设想的“思维实验”如图 12 所示。一猫蜷伏在一箱里面,而箱子中放有某种放射性物质,以及一个盛有致命的氰化物的小玻璃瓶。放射性衰变本身是一种量子过程,因此它的发生只能在几率的意义上加以预测。一种设计巧妙的连锁装置,使得当放射性样品中的某个原子发生衰变时,它触发的信号能使一把预先定好位置的榔头落下,打破小瓶使有毒气体逸出,从而把猫杀死。按照常识,猫是非死即活;但是按照量子力学原则,由箱子和其中一切物体所组成的系统,是由一个波函数来描述的。为使问题简化,让我们假设这猫只能存在于两个量子力学态——活或者死,系统的波函数中,就包含着这两种可能的、但相互排斥的观测结果的组合。因而这猫在同一个时刻是既活又死。如果我们这位老好人薛定谔教授不去打开箱盖看这猫,他自己的方程就表示,这
猫的时间演化在数学上,可以用这两种状态的组合来描写,而这种组合在物理上(以及生理学上)是说不通的。正像在测量做出之前电子既不是波也不是粒子一样,这猫在教授最终决定去窥视它以前,既不是活着也不是死了。
薛定谔的猫,和放置它的那个恶魔般的装置。箱壁假设是不透明的。如果箱壁是透明的,则按照量子基诺佯谬,放射性物质就永远不会衰变,因而猫也永远不会死去。[录自《量子力学中的多世界论》(B.S.deWitt,N.Graham 编缉),第 156 页。]
薛定谔就是用他发明的这套“地狱般的装置”去抨击量子力学的非决定性,他把这非决定性从放射性衰变的微观尺度,转移到了死猫的宏观尺度。观测的作用不仅明显地在现象中注入了一种主观因素——某个人必须打开箱子去看这只猫,而且它也迫使猫不可逆地接受这两种可能性之一——要么玻璃瓶完好无损、猫也安然无恙,要么瓶子被打碎从而猫死去。
薛定谔的猫生动地把测量问题摆到我们的面前。看来我们得要相信,系统的状态被观测本身改变了。然而这显然又太离奇。如爱因斯坦所说:“我不可能想象,只是由于看了它一下,一只老鼠就会使宇宙发生剧烈的改变。”然而,即使是量子力学的先驱们,也没有把这当做必定是一件坏事。正像玻尔在与瑞士理论物理学家泡利(WolfgangPauli)的一次交谈中,对泡利说道,泡利的的一个想法“是狂想,但狂得还不够”。
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