在物理學上,有這麼一隻赫赫有名的貓,它是薛鄂定的貓,在實驗中,如果不打開盒子,這只可憐的貓就處於生死疊加的狀態。那麼在現實中,筆者覺得,面對充滿不確定性的未來,只有大膽去嘗試才能獲得想要的結果吧。
熱播劇《生活大爆炸》中謝耳朵曾經用這樣一個量子力學理論——「薛丁格的貓」形容Leonard和Penny的戀情。
1. 什麼是薛丁格的貓?
「薛丁格的貓」是由奧地利著名物理學家薛丁格提出的一個著名思想實驗,描述了如何將一隻活潑可愛的貓變成「生死疊加」狀態。這隻貓可以說是讓「量子力學」名聲大噪、家喻戶曉的第一功臣。
一隻貓被封在一個密室裡,密室裡有食物有毒藥。毒藥瓶上有一個錘子,錘子由一個電子開關控制,電子開關由放射性原子控制。如果原子核衰變,則放出阿爾法粒子,觸動電子開關,錘子落下,砸碎毒藥瓶,釋放出裡面的氰化物氣體,貓必死無疑。同時還有50%的概率放射性物質不會衰變,而貓將活下來。根據經典物理學,在盒子裡必將發生這兩個結果之一,而外部觀測者只有打開盒子才能知道裡面的結果。如果不打開盒子,整個系統將處於一直不確定的波態,即貓將處於生和死的疊加態。
這就好比量子力學對「量子」不可測的描述,當我們沒有觀察時,量子可以處於一種矛盾的「疊加態」,而當我進行觀察時量子從「疊加態」坍縮為唯一確定的經典態。
這種情況下,以哥本哈根學派的解釋,可以認為盒子裡這隻貓正處在一種「生死疊加」狀態,也就是即生即死的狀態。
2. 實驗探索
量子理論認為:如果沒有揭開蓋子,進行觀察,我們永遠也不知道貓是死是活,它將永遠處於半死不活的疊加態,可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理,客觀規律不以人的意志為轉移,貓既活又死違背了邏輯思維。薛丁格的貓本身是一個假設的概念,隨著技術的發展,人們在光子、原子、分子中實現了薛丁格貓態,甚至已經開始嘗試用病毒來製備薛丁格貓態。
薛丁格的貓代表了微觀世界運行機理的一段公案,當你觀測一個粒子時,它就以粒子的形態存在,不觀測時,它就以波的形態存在。「測不準」的原子世界,上帝是否在擲骰子?這個特性讓我不禁想起了「我思故我在」,多麼超前地預測到了微觀世界的規律!
相對論揭示的微觀世界詭異的唯心論存在還遠沒有到達科學的盡頭。最新的量子通信、量子計算所依託的量子糾纏原理,已經跨越了物質世界光速這一已知極限,跨越時空的正負粒子量子糾纏現象,是否與我們偶然體驗到的心靈感應如出一轍?
量子通信之下,可以預見這個世界的能量與信息將重新融為一體,信息即能量,人類是否有可能憑此實現瞬間超時空轉移,遇見從前的自己、另一個時空裡面的自己?
對於量子理論的傳統解釋,往往導致許多奇怪悖論,比如薛丁格的貓——貓既是死的又是活的。一種被稱為量子貝葉斯模型的量子理論,重寫了最基本的量子法則,可以把種種量子悖論一掃而空。
2001年,一個研究小組開始探索一種新模型,這一模型將可能消除量子悖論,或者使這些悖論變得不那麼令人不安。這種模型叫做「量子貝葉斯模型」(Quantum Bayesianism),簡稱為「量貝模型」(QBism),它重新解釋了在各種量子悖論中處於核心地位的一個概念——波函數(wave function)。
根據傳統量子理論的觀點,物體(例如一個電子)由它的波函數代表,波函數以數學形式描述物體的特性。如果你想預測這個電子的行為,那麼你可以計算它的波函數如何隨著時間演化。
量貝模型強調波函數是觀察者的主觀特性,而非盒子裡的貓的客觀特性,以此解決了難題。該理論認為,貓當然非死即活(而非二者並存)。當然,它的波函數代表了死活並存的疊加態,但是波函數僅僅是對觀察者信念的描述。這是一種謬論,把個人的思想狀態幻想成了物質世界中的真實存在。
當科學從宏觀世界到微觀世界,一步步終將遇見非物質的靈魂世界。科學的盡頭是神學。
「薛丁格的貓」實質可以看成是一個科學家的賭氣或玩笑,但它卻開啟了科學家們把微觀世界的量子特性引入宏觀世界來的實驗探索。
2005年美國科學家就曾宣布成功讓6個鈹離子實現了自旋方向完全相反的宏觀量子疊加態,戲稱「薛丁格貓態」。
自此這樣的實驗在世界各地大量的進行著,不過目前的結果是所有的實驗都無法持續,也就是無法讓量子疊加態持續出現在宏觀世界裡。但如果哪天真能做到,薛丁格的玩笑可就開大了,說不定我們還真能「生死疊加,不死不滅」呢?呵呵!
這隻貓的確令人毛骨悚然,相關的爭論一直持續到今天。連霍金也曾經憤憤地說:「當我聽說薛丁格的貓的時候,我就跑去拿槍,想一槍把貓打死!」
3. 薛丁格的貓蘊含著那些道理
王明陽在《傳習錄下》中也說過一句有名的話:「你未看此花時,此花與汝同歸於寂;你來看此花時,則此花顏色一時明白起來……」如果王陽明懂量子論,他多半會說:「你未觀測此花時,此花並未實在地存在,按波函數而歸於寂;你來觀測此花時,則此花波函數發生坍縮,它的顏色一時變成明白的實在……」測量即是理,測量外無理。
毛主席在《矛盾論》一文中指出:「矛盾存在於一切事物的發展過程中;每一事物的發展過程中存在著自始至終的矛盾運動」、「矛盾的主要和非主要的方面互相轉化著」、「有條件的相對的統一性和無條件的絕對的鬥爭性相結合,構成了一切事物的矛盾運動」。而老子則在《道德經》中說「萬物負陰而抱陽」,意思是萬物都分陰陽,也都包含陰陽」。又說:「有無相生,難易相成,長短相形,高下相傾,音聲相和,前後相隨」,意思是陰陽成對存在,相互對比又互為依託。陰陽哲學思想也同樣發現了相對應事物的普遍存在和對應雙方既相互對立又相互依存、相互轉化的現象,高度概括了自然規律,體現出樸素的唯物辯證法思想。
懂得了陰陽辯證的思想,就會在認識客觀世界和進行實踐時,確保大方向正確,少走彎路。然後再進一步研究具體事物的具體特點。比如,運用陰陽的思想,就會知道,有物質,一定會有暗物質或反物質;有宏觀宇宙的無限,必有微觀世界的無窮。就像莊子所說:一尺之捶,日取其半,萬世不竭。訖今為止的現代科學,還沒有找到宇宙的邊際和最小的微觀粒子,起碼到現在還說明,莊子說的是對的。在量子力學的研究中,人們也逐漸發現了其中蘊含的陰陽規律。薛丁格的貓的疊加態理論,如果用陰陽規律來說明,要好懂些,薛丁格的貓的疊加態就是量子也顯現出物質的陰陽一體的特性。薛丁格的貓是同時有生有死的,對量子現象以外的貓不適用,可在量子上的確存在又生又死的貓,為什麼?是因為量子具有雙重性,量子的雙重性是合陰陽規律的。陰陽的部分規律是陰裡有陽、陽裡有陰,陰能生陽、陽能生陰,陰也是陽、陽也是陰。量子糾纏是指不同地方的量子能相通的關聯著,猶如太極圖中陰陽魚的兩個魚眼和兩個魚尾。量子的波粒二象性可說成量子既是陰也是陽,是陰陽合一體。量子疊加也就是量子中有陰陽兩種對立又相依存的兩個特性。
由此我們不能不承認,這聽起來很有強烈的主觀唯心論的味道,薛丁格貓態存在一定的不合理性(近代多種實驗已經證明此種假設的正確性),如果說世界的一切都是不確定,這樣世界就會崩潰。貓是死是活,打開了才知道,事情的結果到底會怎麼樣,只有做了才知道。人的一生中會遇見各種各樣的盒子,我們應該勇敢地去打開,在得到結果之前,保持信心、努力拼搏,爭取為自己去的一個滿意的結果。