再揭量子真相:薛丁格的貓,到底在說什麼?

2020-12-10 騰訊網

有人該說了:你真是大放厥詞,學過《量子力學》嗎?在《科學》雜誌上發表過文章嗎?

第一個問題,我學過《量子力學》嗎?說這句話的人,大都是讀過《量子力學》這本教材的。但是你想過嗎,教材也是人編的,編寫的過程中,很容易出現翻譯或者轉述錯誤,再加上寫教材的人個人理解偏差,最終出現謬誤的可能性非常大。這就好比傳話遊戲,經過多人轉述,第一個人說的話已經面目全非:

而量子,是百年前的概念,時間和空間的差距導致這種誤差出現的概率會更高。所以,這是一個科學問題,也是一個歷史問題。

第二個問題,我在《科學》雜誌上發表過文章嗎?說這句話之前,首先要搞清楚,《自然》、《科學》這些所謂的頂級學術雜誌,本質上是一個商業機構,這個特點決定了它們不可能做到百分百的公正和可信,因為它們要生存,就要考慮商業利益。當然,它們因為是經過包裝的學術商業雜誌,不太可能赤裸裸的說你給我錢你給我發表文章,但是會以各種名義,如贊助、捐贈、合作等形式進行商業交易。 比如著名的科學醜聞「舍恩事件」,即與《科學》雜誌有關,——2002年11月1日,美國《科學》雜誌刊登了美國物理學家舍恩及其8名合作者的簡短聲明,宣布撤消2000至2001年期間在《科學》雜誌上發表的8篇論文。這8篇論文的第一作者都是舍恩,內容涉及有機電晶體、超導裝置和分子半導體等成果。舍恩的這些論文是如何發表的?這對於普通大眾來講是個秘密,但是對於那些經常在上面發表論文的所謂科學家來講,肯定不是秘密。

所以,不要迷信教材,不要迷信論文期刊,更不要迷信新聞機構。所謂「大道至簡」,就是我們要相信這個世界的一些基本邏輯和自己的真實感知,「百姓日用而不知」。很多時候,他們說的名詞你聽不懂,並不一定就是你的問題,而是因為他們自己根本就說不清楚,或者壓根不想讓你聽懂。

好,言歸正傳,繼續我們今天的主題:量子力學中「薛丁格的貓」,到底在說什麼?

薛丁格的貓,又稱薛丁格之貓,是奧地利物理學家薛丁格在1935年提出來的,大致內容是:將一隻貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡。如果鐳發生衰變,會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子,貓就會死;如果鐳不發生衰變,貓就存活。但是貓到底是死是活,必須在打開容器後才知道結果。這只不知死活的貓,或者說既死又活的貓,被稱為「薛丁格之貓」。

對於「薛丁格之貓」,該怎麼理解?有的人說這個實驗是個理想實驗,說明了量子理論的不可知性、不確定性;有的說,活貓和死貓同時疊加存在,這說明了這個世界是平行;還有的乾脆將這個貓的死活和佛學聯繫起來,說什麼生和死是相對的,生就是死,死就是生,生死就在一念間......

那麼,這個「薛丁格之貓」,究竟在說什麼呢?

要理解「薛丁格之貓」的真實內涵,我們首先要明確三個概念:量子、黑體輻射、物質波。

第一個概念:什麼是量子?

正確的理解是:量在古代是一種裝糧食的器具,大致相當於斛。由於光由粒子組成,又以波的形式出現,就像裝著糧食的量具一樣,故名「量子」。那麼量子就是光,確切的說就是光的波粒二象性。(詳見《為什麼說量子通信是一個科學騙局?》)

歪曲的理解是:即一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位,則這個物理量是量子化的,並把最小單位稱為量子。注意,這個概念脫離了光在談量子,實際上是耍流氓。

第二個概念:什麼是黑體輻射?

量子的概念是德國物理學家普朗克1900年提出來的,之所以提出來,是因為他在做黑體輻射實驗時,發現其他物質接收黑體輻射的過程並不像光波表現出來那樣有連續性,而是有個逐漸吸收的過程,由此他推斷出光也是由粒子組成的。

那麼,什麼是黑體輻射呢?

正確的理解是:黑與白相對,白天能看見,黑夜看不見。黑體輻射,是和白體輻射相對應的,也就是和可見光相對應的。那麼所謂黑體輻射,實際上指的是不可見光,如紅外線、紫外線等各種射線。

錯誤的理解是:黑體是一種理想物體,這種物體能將入射的電磁波全部被吸收。這種理解講重點放在吸收電磁波的物質上,實在是舍本求末、南轅北轍。

第三個概念:什麼是物質波?

物質波,又稱德布羅意波,是法國物理學家德布羅意在1924年提出的。

正確的理解:物質波即是指不可見光。理論上講,所有的物質都會發出電磁波,這些電磁波也是具有波粒二象性的。

錯誤的理解:一切物質都具有波粒二象性,甚至理解為人也有波粒二象性。這種理解同樣是將重點放在了物質上,而忽視了主角是物質所發出的不可見光。

搞清楚了量子、黑體輻射、物質波的概念,我們再來看「薛丁格之貓」,就很容易理解了。

「薛丁格之貓」的內涵,是在普朗克和德布羅意研究的基礎上,形象的概括了不可見光的三大特點:

第一個特點就是不可控性(隨機性)。不可見光的來源非常複雜,理論上講所有物質都可以發出,其傳播路徑也非常複雜,隨時可能發生折射、反射、共振、衰變等變動,就像鐳等元素的射線一樣。

第二個特點是有害性。不可見光可能是對人體有害的,就像劇毒的氰化物一樣。

第三個特點是不可見性。不可見光由於肉眼不可見,就像裝在盒子裡的東西一樣,我們必須要藉助工具查看,才能知道它的真實狀態。

綜上所述,「薛丁格之貓」的本質,就是一則描述不可見光特性的一個比方,或者說是一則小寓言。

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    導語:有那麼一隻貓,它屬於薛丁格,屬於愛因斯坦,屬於物理學史,屬於每一個對量子理論懷有好奇幻想的人。有那麼一隻貓,它屬於薛丁格,屬於愛因斯坦,屬於物理學史,屬於每一個對量子理論懷有好奇幻想的人。薛丁格的貓,原本是薛丁格和愛因斯坦兩位量子力學的先驅者,為反對(當前主流的)量子力學哥本哈根詮釋而聯手鑄就的一把思想武器。為了介紹這把武器,要先從量子力學的建立,尤其是物質波說起。那年,愛因斯坦和普朗克等人論證了光具有波粒二象性。
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    (萬象歷史特約作者:凌空子)薛丁格小傳:貓比人還出名的鬼才科學家,量子力學的奠基人之一1887年8月12日,薛丁格出生在奧地利維也納的一個富裕家庭。他是獨子,家裡人都很寵愛他。這些文章在物理界被公認為意義重大,奠定了薛丁格在量子力學上泰鬥的地位。薛丁格本人並不太喜歡量子理論,他說:「我不喜歡它,對於我得引入它我感到抱歉。」(薛丁格方程)1927年(40歲),薛丁格遷往柏林洪堡大學擔任理論物理學教授。1933年,納粹黨奪取德國政權後,薛丁格決定離開德國,到英國、澳大利亞、義大利等地講學。