蓝染然

【不负责任的·科普】关于薛定谔的猫

量子物理学中薛定谔的猫其实有很多种理解方式,物理学家提出的不观测月亮月亮就不存在是一种,上帝不会掷骰子是一种,当然这两种是基于薛定谔的猫的不同假设。薛定谔的猫这个佯谬,推翻了我们对这个世界非此即彼的认知。我们所能观测到的世界中,是非善恶黑白生死等状态都被区分的一清二楚,但现在这只小猫突然跳出来告诉我们,它存在第三态,即生与死的叠加态。

这种不确定态放到哲学上似乎很好理解,也就是矛盾的对立统一。这看起来似乎是不符合逻辑的,但是为什么可以应用到善恶是非上的理论不能应用到生死上呢?善与恶是对立统一互相包含的,要是生与死也一样呢?我们刚出生时就也伴随着死这个状态了,只是生远远大于死而被掩盖,相反我们死时也一样。就像这里有一个百分数杆,一头生一头死,我们只是从100%的生拨到100%的死,实际上这两者是一直一起存在着的。不过这还是与薛定谔猫的不确定态不一样的,但它解释了其中的矛盾。

现在我们先把这个推翻常识的薛定谔猫搁置一下,这里有几个关于这个理论的实验。一个是我们熟知的双缝干涉,发射出一个光子,让它通过两条缝隙,正常情况下,它应当只出现||条纹,而实验结果却是|||,这说明光子在通过双缝时以某种我们无法想象的方式一分为二,由于光的波粒二相性,两个光子相干涉,才产生|||这样的现象。

于是物理学家们马上做了一个观察实验,企图观测到光子是如何一分为二的,但遗憾的是,由于人为观测的干扰,害羞的光子拒绝分裂,只产生了||现象。而今天的薛定谔猫态,就是将微观量子的状态同步到宏观世界,以一个原子是否衰变控制猫的生死,原子存在衰变与不衰变的叠加态,猫自然也存在生与死的叠加态,我们不观测时是就会保持这种叠加态或者说不确定态波动态(就像光子一分为二互相干扰出现|||)观测时则立即坍缩为生或死两态之一。

另外一个实验企图证实薛定谔猫态,物理学家们用单个的铍离子做实验,让铍离子在同一时间出现了两种相反的状态,第一空间位置自旋向上,第二空间位置自旋向下,而这两位置相去甚远。

至此,薛定谔的猫向所有人抛出了一个疑问,微观量子物理学是否适用于宏观物质?

有人说宏观物体是微观粒子坍缩后的结果,所以我们才可以观测到它的确定的状态;平行宇宙论也随之而出——所有的不确定态都存在,只是在不同的宇宙中(上帝不会掷骰子,他只是把所有状态放到不同地方了);也有人认为薛定谔猫态是悖论,宏观物质应当遵循一定的规律,不存在叠加态。

现在让我们回到一开始提到的月亮。关于月亮的这个假设不免让人觉得有些好笑,它的本意是,当我们不观测时,月亮就以波函数弥散,(此时的月亮呈不确定态)也就是我们不观测,就不存在一个确定的客观的月亮,我们一旦观测,它就立即坍缩,好像一切都没有发生过。

这个时候“观测”就成了所有这一切的关键,但是,人类的观测能力十分有限,不管我们制造出何种仪器,迄今为止我们对世界的观测也是微乎其微。打个比方,我们都知道,独眼只能看到平面世界,只有我们的双眼才能看到三维世界,而我们观测不到或是认为匪夷所思的事物,很可能是更高维度才能看到的。这只是打个比方,说明我们的观测其实是比较狭隘的,我们观测到的不一定就是事实,就像你往远处看,地平线是一条直线,于是你以为地球是个平面,可实际上地球却是圆的。我们所观测到的只是相对于我们的真实,而我们观测到的月亮也很可能并不是坍缩的结果,而是真实的月亮中的一小部分。就像时空理论中说的,在第四维度,我们应当是以一条线的形式存在,线的一头是生,另一头是死,而每时每刻的我们都是这条线中的一个片段或者说一个点,而并非全部的我们。

近年来,天文物理学家也同样进入困惑阶段,“暗物质”——这种即便是现代最高端的仪器也无法观测出的在宇宙中大量存在甚至占到70%的物质,它的存在可以解释很多宇宙中与人类现今理论相悖的地方。

实验物理学家说,他们是以观测不到暗物质,来证明暗物质存在。这么说似乎有些矛盾,打个比方,这可能不是个好的比喻不过我想不到更好的了。假设你想向别人证实他们看不到的灵魂实际上是存在的,你要怎么办?肯定是要把这个灵魂放在那,让它对周围空间产生一定影响,让人们看到这些影响,以此映射它是存在的。对暗物质存在的证明也是这个道理。但由于无法观测,不知道它的结构组成,不知道它如何对周围产生影响,所以暗物质仍然是未知。

无法观测的暗物质,和观测不到真实的不确定态,这二者会不会有什么联系呢?

答案是,想那么多干嘛!关你什么事!洗洗睡吧!

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