薛定谔的猫:生和死

继爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出EPR思想实验,批判量子力学理论的荒谬性之后,埃尔温·薛定谔发也发表了一系列的文章,指出量子力学理论的其他问题。这其中有一个经典的思想实验,后来被称为薛定谔的猫。按照薛定谔的说法,这更显示出了量子力学的荒谬的结果。

这个思想实验是这样提出的:假设将一只猫封闭在一个隔离的箱子内,如图1所示。箱子里充满了空气,所以猫不会被憋死。箱子里还有一个装有氰化物的封闭的瓶子,一个锤子和一个镭原子。镭原子衰变有一定的几率,可能1s后就会衰变,也可能一亿年后也没有衰变。如果镭衰变的话,放射线就会触发机关,导致锤子落下从而杂碎瓶子。瓶子被砸碎后,里面的氰化物就会被释放出来,猫就没命了。但如果镭原子没有衰变,机关就不会被触发,如果猫的好奇心没有那么强的话,它也不会用锤子砸碎瓶子把自己毒死。

图1 薛定谔的猫(图片来源于网络)

现在,薛定谔把猫放进去以后,等了一个小时,然后问玻尔:猫是死的还是活的?

根据哥本哈根的解释,在打开箱子之前,你不能确定猫是死的还是活的。镭在这一个小时内衰变的概率为50%,与箱子状态所对应的波函数是由两个相同概率的状态的叠加,一种对应于猫活着的状态,一种对应于猫死了的状态。打开箱子前猫处于中间某种状态,也不是纯粹的死了的状态,也不是纯碎的活着的状态。

半死不活的状态......

薛定谔冷冷地斜视着玻尔,轻蔑地扫视一下哥本哈根。玻尔面红耳赤,爱因斯坦笑弯了腰。

当然很多人并不满意薛定谔的这个思想实验,因为他把箱子当成一个量子系统,存在随机事件,而把观察者当作经典的观察者。事实上对于一个事件,周围除了人之外,有无数的观察者,猫是不是一个观察者?箱子本身也是一个观察者,每个观察者对整个系统所了解的信息不同,那么它们观察到的结果也不同。打开箱子之前人类观察者对立面的信息一无所知,而猫却一清二楚,可能猫已经死了,可能猫一直是活着的。人类不知道,猫在死之前是知道的。

打开箱子以后,人类和猫观察的波函数坍缩为同一状态。

作为量子力学的坚定支持者,Hugh Evereth受不了爱因斯坦保等一众皇派的嚣张气焰,他勇敢地站起来说:老爱,你们太天真了!你以为这个世界上只有唯一的一个宇宙吗?错!这个世界上有大量的平行的宇宙并存,每个宇宙中都有一些事件发生。当箱子打开时,箱子的状态与观察者的状态纠缠在一起,但随后波函数发生了坍缩,在其中一个宇宙,猫是活的,而在另一个宇宙,猫是死的。这些平行宇宙有无穷多个,谁也不认识谁,谁也干涉不了谁。

好像解释了问题,又好像什么都没说。谁也看不到其他宇宙的存在,谁也验证不了Hugh Evereth说的是否为事实,就像上帝一样。

如果你说你能理解量子世界,那你肯定不是人类。

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