量子力學那點事兒華山論劍之二:薛丁格的貓

2020-12-17 科學背後的故事

看著愛因斯坦離去的背影,玻爾一陣心苦,不由得想起了以往的崢嶸歲月。

遙想當年,貴公子普朗克捨去了青春年華,帶來了量子烏雲,讓世界為之一震,愛因斯坦的狹義相對論則似閃電,照亮了天空,物理界的暴風雨來了,自己在恩師盧瑟福的啟發下,也提出了自己的原子模型,三劍客聯手終於推翻了牛頓爵爺。

那個時候,江湖上提起三劍客誰不敬仰,更高興的是長江後浪推前浪,年輕一輩都差點把他們這些前輩拍死在沙灘上了。

先是小王子德布羅意練成了九陽神功,這就是物質波內功心法,上帝之鞭泡利編寫了九陰真經,就是泡利不相容原理,簡直就是無所不包,自己親傳弟子海森堡琢磨出了矩陣力學,就好像獨孤九劍,號稱破盡天下招式,不過海森堡的內力不足(數學功底一般,居然不認識矩陣),被波恩帶領約爾當分享了發明權,不過也為量子學派招來了兩員大將,這事就不提了。

老師兄薛丁格的波動方程猶如六脈神劍,天下莫能當,不過這位老師兄和段正淳差不多,四處留情,但無傷大雅,也就算了,最讓人高興的是天才少年狄拉克,居然把量子力學和相對論結合起來,算是送給愛因斯坦的一份大禮包。

海森堡不服矩陣力學被人分享,百尺竿頭更進一步,把獨孤九劍提升了一個新境界,叫什麼不確定性原理,不過這得管一管了,什麼不確定原理,還不是太極劍法的簡化版,這個倒是真的,玻爾的互補原理確實比不確定性原理深邃,而且玻爾的徽章上就有一幅太極圖,所以互補原理可以算是太極劍法。

憶往昔,崢嶸歲月稠啊。

本來以為江湖大勢已定,自己就任北武林盟主,愛因斯坦自然是南武林盟主,反正他那一片也就他一個人,還不是他說了算啊。

可是愛因斯坦這是幹什麼啊,難道他想一統江湖,當一當武林至尊,這都什麼年代了,還想著武林至尊,上一個武林至尊都是三百年前了。

愛因斯坦的心情也不平靜,這個時候他想起了兩個人,一個是三百年前驚才絕豔的牛頓爵爺,爵爺當年左手微積分,恰似倚天劍,右手牛頓力學,猶如屠龍刀,以雙手互搏之技領袖群倫,令人為之神往,另一個則是他的心靈導師馬赫,馬赫一生見神殺神,遇佛弒佛,就是面對爵爺,也要捋一捋虎鬚,堪稱我輩典範。

而自己,雖然號稱愛神,可比起兩位前輩來差遠了,居然被玻爾逼得無路可走,問題到底出在哪裡了呢?

對,關鍵是自己手下沒人啊,爵爺手下有拉普拉斯,馬赫門下有奧斯特瓦爾德,而自己就是孤家寡人啊,雖然人們見面也稱一聲愛神,誰知道他們怎麼想呢?

看看玻爾手下,海森堡那就是乾兒子啊,波恩更別提了,那就是一條忠犬,再看看自己這邊,小王子德布羅意畢竟文科生,有心無力啊,薛王爺和自己惺惺相惜,可是還是沒有直接表明立場,泡利啊,就算你身在曹營心在漢,什麼時候反水啊。

還是得建立自己的嫡系隊伍啊,想到這裡,愛神不禁一聲長嘯,頓覺天地寬廣。

不幸的是,希魔出世,發下海捕文書,追捕愛因斯坦,以致於下一屆索爾維大會未能成行,但是愛神還是隔空對發出了戰書,這就是EPR佯謬。

1935年,愛因斯坦帶著兩個小弟捲土重來,這兩個小弟是波多爾斯基和羅森,他們一同提出了EPR佯謬,EPR就是他們三人姓氏的首字母,E就是愛因斯坦。

EPR佯謬其實就是量子糾纏,主要針對的還是測不準原理。如果把一個粒子分成兩塊,一塊為A,一塊為B,他們就開始運動,過一段時間,測量A的位置,根據測不準原理,是不能測得其動量的,但是我們可以測B的動量,根據動量守恆定理,就可以知道A的動量了,那麼這麼說豈不是同時知道了A的動量和位置了。

EPR佯謬

說通俗點吧,假設愛因斯坦有一雙手套,一個寄給了一萬光年之外玻爾,一個自己留著,在玻爾打開快遞的同時,玻爾看到了一隻左手套,那麼玻爾就立即知道了愛神手中的是右手套,就是說玻爾在一瞬間就知道了一萬光年之外的信息,這是不可能的,因為光速不可超越。

泡利第一個跳了出來,這次終於有了報效偶像的機會了,泡利要求海森堡提出解釋,測不準原理就是海森堡提出的,他不解釋誰解釋,海森堡沉吟良久,寫了一篇草稿,想了想,扔進了廢紙簍。

薛丁格哈哈大笑,早在提出波動方程之時,愛因斯坦就稱他為"真正的天才",兩人頗有惺惺相惜之感,再說了,這些年來,也受夠了波恩的窩囊氣,天天在耳朵邊嘟囔什麼概率波,好像自己的方程是他寫出來一樣。

薛丁格表示愛因斯坦說的有道理,不過這還不能解薛丁格的心頭之恨,乾脆火上澆油,扔出一隻不死不活的貓來噁心量子學派,這隻貓就是薛丁格送給愛因斯坦的投名狀。

薛丁格的貓

"薛丁格的貓"假設了這樣一種情況: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。根據量子力學理論,鐳的衰變存在機率,放射性的鐳處於衰變和沒有衰變兩種狀態的疊加,貓就理應處於死和活的疊加狀態。

容器中的貓處於死和活的疊加態,要想知道貓是死還是活,觀察者必須去看一眼,這一眼就造成了波函數的塌陷,貓就不再處於疊加態,成了或死或活,決定了貓的死活,就是說觀察者的意識決定了貓的生死。能以意識決定生命的只有上帝,難道說我們每個人都是上帝?

薛丁格扔出來的這隻貓非常高明,以前玻爾一直強調量子力學說的是微觀世界,而愛神又有點老眼昏花,老用宏觀角度去看微觀,次次都被玻爾死裡逃生,而這隻貓卻是宏觀的,而控制貓的生死的方法確實是微觀的,這樣就把宏觀和微觀結合起來了。

於是,薛丁格就成了最大的贏家,他的不死不活的貓也成為物理學四大神獸之一。

對於薛丁格貓目前最流行的解釋是多世界假說,就是說在我們觀察的一瞬間,世界分裂為兩個,一個世界裡貓是死的,一個世界裡貓是活的,這個解釋卻更加恐怖,因為那一瞬間我們創造了一個世界,能創造世界的只有上帝,我們每個人居然都是上帝。

薛丁格的貓就成了目前現代物理學最大的夢魘。

但是對於直男癌患者來說,這卻是好消息,因為在猜妹子心情的時候,可以用意識再創造一個妹子出來,一個妹子溫婉可人,一個妹子嬌蠻可愛,當然如果審美情趣不一般的話,還可以創造出一個野蠻女友,完全可以憑藉意識給自己開後宮了,同樣,對於妹子來說,也可以把直男癌晚期患者的男友變成前任,憑藉意識分裂出一個暖男,不過這麼多妹子暖男,我們並不能同時感知,因為多世界之間並不能信息聯通,面對的還是那是摸不透的那個妹子和不解風情的木頭。

眼瞅著量子學派分崩離析,作為掌門人的玻爾心如湯煮,趕緊回應,再不回應,量子學派就集體追隨愛因斯坦了。

玻爾說"測量的動作會造成不可避免的物理幹擾",這是量子力學的老論調了,還是看戲劇看球賽那一套。

可是這此說不通啊,因為愛因斯坦做的是思想實驗,根本就沒有幹擾的問題,就好像我們在電視前看足球比賽直播,你再怎麼喊,就算砸了你家電視,也不會影響現場效果的。

玻爾琢磨了一下,繼續說,被測量的微觀粒子和測量儀器構成一個整體,測量粒子A的位置的儀器可以測得A的位置,從而知道B的位置,但是因為不能測量A的動量,所以也就不能測得B的動量。

這個說法有些道理,但是也並沒有說服愛因斯坦。愛神和玻爾爭論了後半生,誰也沒說服誰,估計在天堂倆人還在爭論不休。之後各路高手提出了很多解釋,例如玻姆隱變量、貝爾不等式等,還有多宇宙假說,但是都沒有很好的解釋清楚。

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