薛定谔的猫的真正意义是什么?( 三 )


微观的观测对被观测对象有影响,会引起变化 。以观测电子为例,要用光照才能看见,光的最小单位光子的能量虽小但不是零,光子照到被观测的电子上,对电子的影响很大 。所以,在微观世界中看一眼也会惹祸! 量子力学认为,观测的结果使得被观测对象的状态改变了:一个确定态从原先不确定的叠加态中蹦了出来 。再追究下去,观测无非是观测手段(如光子)与被观测对象(如电子)之间的一种相互作用,这种相互作用并不一定与观测者联系起来,后者可以用检测器之类的仪器代替 。
【薛定谔的猫的真正意义是什么?】经过几十年的探索,物理学家终于认识到:在由叠加态到确定态的转变中,观测曾经扮演的角色应该以相互作用来代替,这样不仅更普遍而且更客观 。具体到薛定谔猫佯谬,就能将人的主观因素完全排除——猫的死活不是由人开箱看猫一眼所决定的 。但是,箱中猫的“死-活叠加态”究竟是怎么一回事呢物理学是实验科学,一切要由实验来判定 。
较早的一批关于“薛定谔猫”的实验[3,4]是将处于叠加态的单个原子或分子从周围环境中孤立起来,然后以可控制的方法使之相互作用,以观察其变化 。结果发现,关键在于环境的相互作用,它导致原先的量子叠加态转变为经典的确定态 。但是将这些实验对象当作薛定谔猫是一种极度的简化,单个原子或分子与薛定谔猫相去何止十万八千里 。
这次《自然》报道的实验[5]与上述那些实验不同 。纽约州立大学石溪分校弗里德曼(J. R. Friedman)等人拿来做实验的“薛定谔猫”不是单个粒子,而是在接近绝对零度的超导体环形电路中由几十亿对电子构成的超导流 。实验证明,这种由大量粒子构成的宏观量子系统也可以处于叠加态——相当于薛定谔猫的“死-活叠加态” 。几十亿对电子构成的超导流当然还不能与几亿亿亿个原子构成的猫相比,但较之单个原子分子毕竟前进了一大步 。
所以有人惊呼:“薛定谔猫变胖了!” 下一步是否拿一只真的猫来做实验呢?不可能!首先是无法将之与周围环境隔离——置于真空中的猫马上会死掉 。其次,与接近绝对零度的超导流不同,常温下的猫根本不是宏观量子系统,何来叠加态?而且也没有必要做这样的实验,物理学家根据现有的实验结果,对薛定谔猫为什么不可能有“死-活叠加态”已能作出符合量子力学的解释 。读者会说:“不就是一只假想的猫吗,让霍金开枪打死不就完了 。
”事情并非那么简单,否则许多物理学大师就不会那么孜孜以求了 。薛定谔猫佯谬衍生出更深刻的问题:大量原子、分子所构成的生物与这些微观粒子遵从的量子力学规律之间的关系究竟是什么?这不仅是重要的理论问题,而且具有实际意义 。例如,自我意识的机制至今仍然是未解之谜,有人认为可能与量子力学或者更深层次的微观规律有关 。再如思维过程中的“顿悟”,会不会与前述之“一个确定态就从原先不确定的叠加态中蹦了出来”有关呢?可能有关的还有:生命的起源、物种的变异、光合作用的机制……如此等等 。
总之,生命的秘密和思维的奥妙不可能与量子力学的规律无关 。这就难怪薛定谔后来转而对生命科学很感兴趣了 。1946年他写出了著名的《生命是什么》一书,提出了一些很有创见的观点 。
遗憾的是,在他有生之年,那可怜的箱中之猫依然生死不明 。
薛定谔的猫哲学意义是什么?

薛定谔的猫的真正意义是什么?

文章插图
薛定谔的猫哲学意义是:思想实验在物理学的发展中十分重要 。薛定谔的猫并不是真实存在的,而是一个“思想实验”,在物理学中存在很多的思想实验,因为很多时候,因为科技的限制,一些实验很难实现,或者是一些会产生悖论的实验,这个时候科学家会在脑海中用想象力去完成这些实验 。
爱因斯坦就曾经说过“理论的真理在你的心智中,不在你的眼睛里 。”,由此可见思想实验在物理学的发展中十分重要 。薛定谔的猫和量子自杀:究竟是必然还是偶然决定了宇宙的命运或者说:‘上帝’玩骰子吗?这个是量子力学和相对论最大的争议 。量子力学主张,世界是由不确定的、随机的事件决定,这个不确定(后者叫波动) 。
其实就是辩证法主张的矛盾运作;而相对论则认为,世界应该是由固定的、机械的规律统治,任何看似偶然的事件背后,其实都有必然在支撑 。关于薛定谔的猫,许多非主流科学家是持怀疑态度的,他们认为:这个原因是由“平行宇宙”(MWI)造成的,即:当我们向盒子里看时,整个世界分裂成它自己的两个版本 。这两个版本在其余的各个方面都是全同的 。