用「女朋友的滾」來解釋「薛丁格的貓」很不恰當

 2018-08-21 08:00:00.0

(思進注,最近,我那個量子力學系列文章(2018年01月05日開始在《科普時報》上首發)不斷在《科技日報》上轉發,那我也就再一篇一篇貼上來,和大家分享。)

用「女朋友的滾」來解釋「薛丁格的貓」很不恰當

20世紀最大的科學成就,應該說除了相對論,就是量子力學。相對而言,相對論可謂仰望天空,與人們的關係並不那麼直接,而量子力學的應用,則直接改變了我們的生活,從雷射、電子顯微鏡、原子鐘,到核磁共振的醫學圖像顯示裝置,都運用了量子力學的原理和效應。特別是對半導體的研究導致了二極體和三極體的發明,更為現代電子工業鋪平了道路。

這樣說吧,如果沒有量子力學的應用,手機、電腦和網際網路都將不復存在,我也不可能敲打鍵盤寫文章。

而在量子力學的科普中,最著名的恐怕就是「薛丁格的貓」(英語:Schrödinger's Cat),這是奧地利物理學家埃爾溫•薛丁格於1935年提出的一個思想實驗,目的是用這一思想實驗來討論「EPR佯謬」的。而「EPR佯謬」是以愛因斯坦為首的三個物理學家,針對量子力學的哥本哈根詮釋,質疑量子力學的不完備性的。

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那年的8月8日,愛因斯坦在寫給薛丁格的信件中,提出了一個「粗略宏觀案例」:一桶不穩定的火藥,在經過一段時間後,這桶火藥會處於爆炸與不爆炸的疊加狀態。

為了進一步說明這個現象,薛丁格在回信中,將疊加態轉移至大尺度系統上,提出了後來著名的「薛丁格的貓」的思想實驗。

儘管這個「貓」已經非常著名了,不過,還是再先簡單地介紹一下,以便不太清楚的讀者也有所了解:

把一隻貓、一個裝有氰化氫氣體的玻璃燒瓶和放射性物質放進封閉的盒子裡。當盒子內的監控器偵測到衰變粒子時,就會打破燒瓶,殺死這隻貓。根據量子力學的哥本哈根學派的詮釋,在實驗進行一段時間後,貓會處於又活又死的疊加態。可是,假若實驗者觀察盒子內部,他會觀察到一隻活貓或一隻死貓,而不是同時處於活狀態與死狀態的貓。

這個思想試驗起到了傳播量子力學的作用,讓大家知道了量子具有疊加態、會糾纏(量子糾纏),還讓大家認識了還有「多世界」等其他量子力學的概念,更讓不少普羅大眾得知了,哥本哈根學派的詮釋早已被科學界主流所接受。不過,「薛丁格的貓」畢竟還是顛覆了大家對這個世界的常識理解。

為了使普羅大眾能夠理解,有個「女朋友的滾」的說法,非常流行。前些日子,羅輯思維的羅先生也試圖用「女朋友的滾」來解釋「薛丁格的貓」:

如果女朋友讓你「滾」,她其實是處在真的讓你滾、和讓你過去抱她,這兩種心理狀態的一個「疊加態」。你的下一步行動——用物理學的話叫「觀測」——將會使這個疊加態塌縮到一個固定的狀態。你要是真滾了,她可能就是真的想讓你滾;你要是過去抱她,她可能就認為自己原本就是想讓你抱她。

羅先生幾乎沒有知識盲點,在這兒,用一個現實生活的場景為例,其本意是想讓大眾比較容易地理解深奧的量子力學,從這點而言,一定是非常有效的,使更多的人至少通過「女朋友的滾」,對「薛丁格的貓」有所了解,並開始接觸到了量子力學。而且,羅輯思維的影響力巨大(我也是鐵粉),肯定有好多人都相信了羅先生的說法。

那麼,用這樣的說法來解釋這個思想試驗對不對呢?

遺憾的是,嚴格來說,用「女朋友的滾」來解釋「薛丁格的貓」,並不精準。因為,兩者的關鍵區別是:在「薛丁格的貓」中,量子疊加態的塌縮結果是完全不可控的,也就是說,物理學家就算滿懷良好的祝願,也不能讓貓塌縮成「活」,或「死」的可能性增加一分;而你,卻可以左右你女朋友的「波函數」,即你的行動可以改變你女朋友對你的態度。

再說回「薛丁格的貓」。薛丁格的本意是用它來揭示量子力學的哥本哈根學派詮釋的荒謬之處。那時,幾乎所有有「常識」的人都認為那個「貓」必死無疑。可到後來才發現,這隻「貓」非但顛覆了大眾的常識,甚至嘲弄了包括愛因斯坦在內的一群最高智慧的科學家。因為,實驗的結果證明,在這「貓」的身上,坍塌的不只是「波函數」,而是宏觀世界的因果律,只剩下一連串的機率波。這隻貓的確既死又活、生死疊加。

也就是說,「薛丁格的貓」已不僅只是一個科學實驗,這隻「貓」讓科學家第一次感受到了另一個完全不一樣的世界;同時,也使大眾開始漸漸地意識到,微觀世界的運行規律與我們平時生活的現實世界是不盡相同的。

因此,可以這樣說,用「女朋友的滾」來解釋「薛丁格的貓」,是不恰當的,反而曲解了這個思想試驗。 簡而言之,「薛丁格的貓」是在試圖描述微觀世界,而「女朋友的滾」不過是現實世界中的一個選擇的問題而已。

這在很多其他科學問題上,都出現了類似的狀況。比如,近來一些網文,如《物理學步入禪境:緣起性空》、《再談物理學步入禪境》和《量子意識:現代科學與佛學的匯合處》,由於借用了某大科學家之言,又點到了國人的「痛點」,在微信中流傳甚廣,經常刷屏。

但是,很多物理學家指出,這些文章誤導了公眾對物理學的認識,因為,量子力學並沒有否定客觀世界(這將另文詳談),和「薛丁格的貓」一樣,並非由於你的觀察而改變它的狀態。

由於當下國內媒體人(自媒體也是媒體)的傳播力遠超科學家,所以,希望媒體人能多做功課(順便提一下,「得到APP」上對以比特幣為代表的虛擬代幣的「科普」,也有很多明顯的硬傷);另一方面,更希望科學家能夠加強科普教育,使用老百姓聽得懂的語言,來精準地進行科普。

2017年11月26日 寫於多倫多

【陳思進作品】1、 在蜻蜓FM上獨家推出《陳思進的投資實戰課》(http://url.cn/5IKkuA6)、《10分鐘讀懂財經新聞》(http://url.cn/54aTAf1)、《思進看世界》(http://url.cn/5HlXOoa)等專輯;2、 在今日頭條中推出《我在美國15年(1990年-2005年)》專欄:http://url.cn/5YBBaVM、《陳思進財經金融簡單說》專欄:http://url.cn/5Ou9Mpr