量子世界的疊加奧秘,由薛定諤之貓這一思維實驗巧妙呈現(xiàn),它由量子力學的巨擘薛定諤提出,本意在于用一只同時處在生死之間的貓諷刺哥本哈根解釋——即不確定性原理和量子態(tài)疊加的悖論。 然而,薛定諤始料未及的是,這只假想的貓卻“有意栽花花不開,無心插柳柳成蔭”。它非但未能顛覆哥本哈根解釋,反之,它在某種程度上反哺了該解釋,促使玻爾等哥本哈根學派的大師級人物提出更多理論,充實了該解釋的框架。 有關(guān)薛定諤之貓的實驗過程,前人已多有闡述,在此不再贅述。今日,讓我們以一種全新的思維模式來審視這一思維實驗。 量子態(tài)疊加! 如果從量子力學的視角出發(fā),我們其實認同薛定諤之貓的生死疊加狀態(tài),換言之,確實存在一只生死共存的貓。 你或許會質(zhì)疑:你莫非在胡言亂語?現(xiàn)實世界中怎能有這樣一只貓?它要么活著,要么死去,怎可能既死又活? 但你的這種質(zhì)疑,其實正體現(xiàn)了你在以同樣的邏輯質(zhì)疑量子力學本身。量子力學中的許多奇特現(xiàn)象,在我們看來也是不可能的,但它們在現(xiàn)實中卻真實存在。 這已經(jīng)清楚表明了一個道理,我們不能用宏觀世界的規(guī)律來度量量子世界,更不能以宏觀世界的日常經(jīng)驗來界定量子世界。 我想說的是,量子力學中的“疊加態(tài)”在我們的經(jīng)典世界中找不到直接的對應,現(xiàn)實中沒有一個東西能處于真正的疊加狀態(tài)。 更重要的是,疊加態(tài)對我們來說實際上毫無意義,除非我們對其進行測量。也就是說,只有測量才能賦予疊加態(tài)意義。但問題是,一旦我們進行測量,不管采用何種方式,疊加態(tài)就會瞬間塌縮為確定的狀態(tài),疊加的奧秘也就不復存在。若不測量,疊加態(tài)就只是空洞的概念。 這就引出了一個永無止境的哲學困境,仿佛是俄羅斯套娃的無窮嵌套,沒有盡頭。 這也表明,盡管物理學家們提出了疊加態(tài)的概念,我們實際上并不了解疊加態(tài)真正的面貌,而且恐怕永遠也無人能夠知曉,因為探求真相的每一步都離不開觀測,而一旦觀測,疊加態(tài)便不復存在。 其實無論是疊加態(tài)還是波函數(shù)的塌縮,都是物理學家們基于實驗過程及其結(jié)果所作出的假設,用以解釋實驗中所見的種種不可思議現(xiàn)象,總得為之找到一個說法,不是嗎?而宏觀世界的法則對此無能為力,只能提出新的假設以詮釋量子世界的神秘現(xiàn)象。 這些假設被視為公理,無需證明,也沒有證明的可能。一個假設本無對錯之分,正如你假設某人并非人類,對方指出你的假設錯誤,這并無實際意義,因為假設的本質(zhì)只關(guān)乎信念的選擇。 舉個例子,許多人會假設“中國隊贏得世界杯冠軍”,即便有人說這個假設不成立,這并沒有實際意義。當然,基于目前中國隊的表現(xiàn),這個假設可能站不住腳,但那又是另一回事,重點不在于此,我只是單純地假設罷了。 此外,理論上,現(xiàn)實中也確實有可能存在處于疊加態(tài)的貓,即生死共存的貓,只不過這一現(xiàn)象的概率微乎其微,現(xiàn)實中幾乎不可能見到這樣的貓。 實際上,科學家們早已通過各種實驗,試圖在宏觀世界中模擬“薛定諤之貓”這樣的疊加態(tài),但因受到環(huán)境因素和實驗設備精度的限制,要真正構(gòu)建出一只生死共存的貓幾乎不可能。 然而,科學家們已經(jīng)成功制造出幾十甚至上百個粒子的糾纏態(tài),或者說疊加態(tài)。但當他們嘗試用更多的粒子,或者說宏觀物體來構(gòu)建疊加態(tài)時,卻遇到了技術(shù)上的難題,而非理論的障礙。 我們都了解,微觀粒子的疊加態(tài)不得與外界環(huán)境發(fā)生互動,否則波函數(shù)會塌縮,疊加態(tài)隨即消失。但在現(xiàn)實環(huán)境中,科學家們很難將一個孤立系統(tǒng)與外界環(huán)境完全隔絕,參與疊加的粒子越多,與外界環(huán)境發(fā)生互動的概率就越大。 這也是現(xiàn)實中我們幾乎不可能觀察到物體處于疊加態(tài)的原因,因為任何物體總會不可避免地與其他物體發(fā)生互動。我們可以說,疊加態(tài)在現(xiàn)實中是不存在的。 這就如同宏觀世界中的低熵狀態(tài),理論上它可能出現(xiàn),但從統(tǒng)計學角度看,其出現(xiàn)的概率極低。 就如同你將一本書的每一頁撕下,然后隨意散落在地上,最終每頁都會雜亂地散落,但從概率上來講,這些頁也有可能恰好按原順序落下,形成一本完整的書。 然而,你清楚地知道,這種可能性微乎其微,以至于我們認為它在現(xiàn)實中是不可能發(fā)生的。 |
|