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      薛定諤的貓到底是什么意思?

      知乎,中文互聯網高質量的問答社區和創作者聚集的原創內容平臺,于 2011 年 1 月正式上線,以「讓人們更好的分享知識、經驗和見解,找到自己的解答」為品牌使命。知乎憑借認真、專業、友善的社區氛圍、獨特的產品機制以及結構化和易獲得的優質內容,聚集了中文互聯網科技、商業、影視、時尚、文化等領域最具創造力的人群,已成為綜合性、全品類、在諸多領域具有關鍵影響力的知識分享社區和創作者聚集的原創內容平臺,建立起了以社區驅動的內容變現商業模式。

       

      為了一只的死活,100 年前的天才哲學家,學歷最高的足球運動員,撩妹無數的量子力學教授……他們都在糾結個啥?如果你完全不懂量子力學,請放心大膽地往下看,我保證不用任何公式就能讓你秒懂。

      116 年前的 12 月 12 日,馬可尼收到橫跨大西洋、人類史上第一個無線電信號的那一天。

      似乎什么都沒有改變。

      包括馬可尼自己,當時沒有人能夠想象,在接下來的一百多年,通信會把世界變成什么樣子。

      2016 年 8 月 16 日,世界第一顆量子通信衛星「墨子號」從酒泉發射的那一天。

      就像當年的馬可尼一樣,我們也無從想象,未來的量子計算與量子通信,終將帶來一個怎樣的魔法時代。

      絕對安全的信息傳輸?

      智商秒殺全人類的人工智能?

      瞬移、穿越不再是科幻?

      潘建偉教授的量子通信衛星上天了。

      5 年后,人人都會用無法破解的加密網絡刷信用卡。你還覺得量子理論是象牙塔里的黑科技,和你的生活毫無關系?

      讓我們先從神秘的量子理論開始,解密量子通信。

      這注定是一場不可思議的旅程。

      如果你完全不懂量子力學,請放心大膽地往下看,我保證不用任何公式就能讓你秒懂,連 1+1=2 的幼兒園數學基礎都不需要。

      如果你自以為懂量子力學,請放心大膽地往下看,我保證你看完會仰天長嘆:什么是量子力學啊?

      正如量子力學大師費曼所說:沒有人懂量子力學。如果你覺得懂了,那肯定不是真懂。

      在燒腦、反直覺和毀人三觀方面,沒有任何學科能夠和量子力學相比。如果把理工男最愛的大學比作霍格沃茲魔法學校,那么唯一和量子力學專業相提并論的,只能是黑魔法。

      然而,量子理論之所以如此神秘,并不是因為物理學家的故弄玄虛。其實,在量子理論剛誕生的搖籃時期,它只是一門人畜無害的學科,專門研究電子、光子之類小玩意兒。

      「量子」 這個現在看來很厲害的名字,本意不過是指微觀世界中「一份一份」的 不連續能量

      這一切,都源于一次物理學的靈異事件。

      百年戰爭

      20 世紀初,物理學家開始重點糾結一個糾結了上百年的問題:光,到底是波還是粒子?

      粒派

      所謂粒子,可以想象成一顆光滑的小球球。

      每當你打開手電,無數光子就像出膛的炮彈一樣,筆直地射向遠方。

      很多著名科學家(牛頓、愛因斯坦、普朗克)做了很多權威的實驗,確鑿無疑地證明了光是一種粒子。

      波派

      所謂波,就像往河里扔塊石頭,產生的水波紋一樣。

      如果把光看作是一種波,可以完美解釋干涉、衍射、偏振等經典光學現象。

      很多著名科學家(惠更斯、楊、麥克斯韋、赫茲)做了很多權威的實驗,確鑿無疑地證明了光是一種波,電磁波。

      可問題是,波和粒子畢竟是兩種截然不同的東西啊!

      粒子可分成一個一個的最小單位,單個粒子不可再分;波是連續的能量分布,無所謂「一個波」或者「兩個波」; 粒子是直線前進的,波卻能同時向四面八方發射; 粒子可以靜止在一個固定的位置上,波必須動態地在整個空間傳播。

      波與粒子之間,存在著不可調和的矛盾。

      于是自古以來,塞伯坦星上的科學家就分成兩派: 波派和粒派 ,兩派之間勢均力敵的百年撕逼戰爭從未分出勝負。

      很多人問我:科學家為什么要為這種事情勢不兩立,大家擱置爭議、共同研究不就得了。

      為了一個字:

      信仰!

      千面之神

      且問你:《權力的游戲》中,信奉七神的維斯特洛人民,為何要與信奉舊神的關外野人拼個你死我活?

      自古以來,人們為了信仰爭端大開殺戒,早已不足為奇。

      唯一的和諧社會可能是古希臘:他們的神多達百八十號,有管天上、有管地下,各路神仙各司其職,倒也井水不犯河水。

      人稱:希臘眾神。

      要命的是,科學家們信仰的神只有一個,而且是放之宇宙而皆準的全能大神。這位神祇的名字,叫作 真理

      大到宇宙的誕生,小到原子的運轉,科學家們相信,這個世界的萬事萬物都是基于同一個規律,可以用同一個理論,甚至同一套方程解釋一切。比如,讓蘋果掉下來把牛頓砸暈的是萬有引力,讓月亮懸在空中掉不下來的也是萬有引力。用同一個方程,既能算出地球的質量,也能讓馬斯克的獵鷹九號火箭上天,這就是科學的威力。

      想要一個宇宙、兩種規律?

      對不起兄弟,別在科學界混了,您可以去跳個槽,比如競選總統。

      當然,科學家們沒有誰敢自稱是真理的代言人,就連牛頓謙虛起來都是這樣的:「我只是一個在海灘上撿貝殼的孩子,而真理的大海,我還沒有發現啊!」

      就算是撿貝殼,撿的多了,說不定拼到一起就能窺見真理之神的全貌呢!

      整個科學史,就像一個集卡拼圖的過程。做實驗的科學家們每發現一個科學現象,搞理論的科學家們就絞盡腦汁推測它背后的運行規律。不同領域的大牛把各方面的知識、理論慢慢拼到一起,真理的圖像就漸漸清晰。

      在 20 世紀初,光學的知識儲備和數學理論越來越完善。大家逐漸覺得,這一塊的真相總算有希望拼出來了——結果卻發現,波派和粒派的理論早已背道而馳,還各自越走越遠。這就好比你集了一輩子卡片,自以為拼得差不多了。這時突然發現,你拼出的圖案居然和別人是不一樣的,而且差的不是一點點!

      是不是有種把對方連人帶圖都砸爛的沖動?

      當時波派和粒派都堅信,自己手上的拼圖,才是唯一正確的版本。

      雙方僵持不下直到 1924 年,終于有人大徹大悟: 波 or 粒,為什么光不能兩者都是呢?

      也許在某些時候,粒子看起來就像是波;在另一些時候,波看起來就像是粒子。波和粒如同陰陽一般相生相克,就像一枚硬幣的正反兩面(波粒二象性),只不過我們一直以來都在盲人摸象、各執一詞。

      真理確實只有一個,但是真理的表現形式,會不會存在著多個版本?

      難道真理就是那個千面之神,用千變萬化的面目欺騙了我們如此之久?

      靈異的實驗

      究竟是波,是粒,還是波粒二象,大家決定,用一個簡單的實驗來做個了斷:

      雙縫干涉實驗

      雙縫,顧名思義,就是在一塊隔板上開兩條縫。

      用一個發射光子的機槍對著雙縫掃射,從縫中漏過去的光子,打在縫后面的屏上,就會留下一個光斑。(等效于 1961 年電子雙縫干涉實驗)

      在實驗之前,科學家的推測如下:

      第一種可能

      如果光子是純粒子,那么屏幕留下兩道杠。

      光子像機槍發射的子彈一樣筆直地從縫中穿過,那么屏幕上留下的一定是 2 道杠,因為其他角度的光子都被板擋住了。

      第二種可能

      如果光子是純波,那么屏幕上會留下斑馬線般的一道道條紋。

      光子穿過縫時,會形成 2 個波源。兩道波各自震蕩交匯(干涉),波峰與波峰之間強度疊加,波峰與波谷之間正反抵消,最終屏幕上會出現一道道復雜唯美的斑馬線(干涉條紋)。

      第三種可能

      如果光子是波粒二象,那么屏幕圖案應該是以上兩種圖形的雜交混合體。

      總之,

      兩道杠 = 粒派勝;

      斑馬線 = 波派勝;

      四不像 = 平局。

      是波是粒還是二合一,看屏幕結果一目了然,無論實驗結果如何,都在我們的預料之中。

      第一次實驗 :把光子發射機對準雙縫發射。

      結果 :標準的斑馬線。

      根據之前的分析,這證明光子是純波。OK,實驗結束,大家回家洗洗睡吧。

      粒派不服:我明明知道光子是一個一個的粒子!

      這樣,我們再做一次實驗,把光子一個一個地發射出去,看會怎么樣,一定會變成兩道杠的!

      第二次實驗 :把光子機槍切換到點射模式,保證每次只發射一個光子。

      結果 :斑馬線,竟然還是斑馬線,怎么可能?我們明明是一、個、一、個把光子發射出去的啊!

      最令人震驚的是,一開始光子數量較少時,屏幕上的光點看上去一片雜亂無章,隨著積少成多,漸漸顯出了斑馬線條紋!

      光子要真的是波,那粒派也不得不服。

      問題是:根據波動理論,斑馬線來源于雙縫產生的兩個波源之間的干涉疊加;而單個光子要么穿過左縫、要么穿過右縫,穿過一條縫的光子到底是在和誰發生干涉?

      難道……光子在穿過雙縫時分裂成了兩個?一個光子分裂成左半光子和右半光子,自己的左手和右手發生了關系?事情好像越來越復雜了。干脆一不做二不休,我們倒要看看,光子究竟是怎樣穿過縫的。

      第三次實驗 :在屏幕前加裝兩個攝像頭,一邊一個左右排開。哪邊的攝像頭看到光子,就說明光子穿過了哪條縫。同樣,還是點射模式發射光子。

      結果:每次不是左邊的攝像頭看到一個光子,就是右邊看到一個。一個就是一個,從來沒有發現哪個光子分裂成半個的情況。

      大家都松了一口氣。 光子確實是一個個粒子,然而在穿過雙縫時,不知怎么就會變形成兩道波同時穿過,形成干涉條紋。

      雖然詭異了些,不過據說這就是 波粒二象性 了,具體細節以后再研究吧,這個實驗做得人都要精分了。

      然而,就在這時,真正詭異的事情發生了……

      人們這才發現,屏幕上的圖案,不知什么時候,悄悄變成了兩道杠!

      沒用攝像頭看,結果總是斑馬線,光子是波;

      用攝像頭看了,結果就成了兩道杠,光子變成了粒子。

      實驗結果取決于看沒看攝像頭?

      這不科學啊,做物理實驗竟然見鬼了啊!

      一個貌似簡單的小實驗做到這份上,波和粒子什么的已經不重要了,重要的是現在全世界的科學家都懵逼了。

      這是有史以來第一次,人類在科學實驗中正式遭遇靈異事件。

      觀察者魔咒

      你還沒看出靈異在哪里?

      好吧,請先看懂下面這個例子:

      電視里正在直播足球比賽,一個球員起腳射門——

      圖片

      「咔」暫停,你預測一下這個球會不會進?

      在球迷看來: 球進還是不進,和射手是不是 C 羅、梅西有關,和對方門將的狀態有關,和裁判收沒收錢說不定還有關。

      在科學家看來: 有關的東西更多,比如球的受力、速度和方向,距離球門的距離,甚至草皮的摩擦力、球迷吼聲的分貝數等等。

      不過,只要把這些因素事無巨細地考慮到方程里計算,完全可以精確預測三秒后球的狀態。但無論是誰,大家都公認的是,球進與不進,至少和一件事情是絕對無關的:

      你家的電視。

      無論你用什么品牌的電視,無論電視的屏幕大小、清晰度高低、質量好壞,無論你看球時是在喝啤酒還是啃炸雞,當然更無論你看不看電視直播——該進的球還是會進,該不進就是不進,哪怕你氣得把電視機砸了都沒用。

      你是不是覺得,上面說的全都是廢話?那么,仔細聽好:

      雙縫干涉的第三次實驗證明了,在其他條件完全相同的情況下,球進還是不進,直接取決于在射門的一瞬間,你看還是不看電視!

      看還是不看,這是一個問題!

      光子從發射器射向雙縫,就好比足球射向球門;用攝像頭觀測光子是否進縫、怎么個進法,就好比用電視機看進球。

      第三次實驗與第二次的唯一區別,就是實驗 3 開了攝像頭觀察光子(看電視),實驗 2 沒放攝像頭(不看電視)——兩次實驗的結局竟截然不同。

      這,就是觀察者的魔咒。

      難道說,不看光子它就是波,看一眼,它就瞬間變成粒子?

      難道說,「光子是什么」這一客觀事實,是由我們的觀察(放不放攝像頭)決定的?

      難道說,對事物的觀察方式,能夠改變事物本身?

      三觀崩塌

      在所有人懵逼的時候,還是有極少數聰明人,勇敢地提出了新的理論: 光子,其實是一種智能極高的外星 AI 機器人。

      之所以觀察會導致實驗結果不同,是因為光子在你做實驗之前就悄悄偵查過了,如果發現有攝像頭,它就變成粒子形態;如果發現是屏幕,就變成波的形態。

      這個理論讓我想起了傳說中的:

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      難道機器人阿童木真的存在?(「阿童木」是日語「アトム」的發音直譯,詞語源自英語「Atom」,意即「原子」)

      圖片

      這種扯淡理論居然沒被口水噴死,還要做實驗去驗證它,可見科學家們已經集體懵逼到了什么地步。

      第四次實驗:

      事先,只有屏幕沒有攝像頭;

      我們算好光子穿過縫的時機,等它穿過之后,再以迅雷不及掩耳之勢加上攝像頭。(等效于 1978 年惠勒延遲選擇實驗)

      結果是啥?

      無論加攝像頭的速度有多快,只要最終加上了攝像頭,屏幕上一定是兩道杠;反過來,如果一開始有攝像頭,哪怕在最后一刻秒秒鐘撤掉,屏幕上一定是斑馬線。

      回到看球賽的那個例子,就好比:我先閉上眼睛不看電視,等球員完成射門、球飛出去 3 秒鐘后,我突然睜開眼睛,球一定不進,百試百靈。

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      在你沖出門去買足彩之前,我先悄悄提醒你:這種魔咒般的黑科技,目前只能對微觀世界的基本粒子起作用。要用意念控制足球這樣的大家伙,量子還做不到啊!

      請注意,加不加攝像頭,是在光子已經穿過雙縫之后再決定的。不管光子在穿縫的時候變成什么形態,過了縫應該就定型了。

      既然光子的狀態在加攝像頭之前就定型了,為什么實驗結果還是能在最后一刻發生變化?

      難道說,在之后做出的人為選擇(未來),能夠改變之前已經發生的事實(歷史)?

      而且,加攝像頭的速度,可以做到非常快(40

      納秒)。就算光子真的是個狡猾的微型變形金剛,當它變成波的形態穿過雙縫,在最后一刻卻發現面前是一個攝像頭時,它也來不及再次變身了吧?

      「主觀決定客觀」「未來改變歷史」「外星人其實是無處不在的光子」……

      好端端一個實驗弄得謠言四起,物理學家們紛紛感到幾百年來苦心經營的科學體系正在崩塌。

      與之一起崩塌的,還有全人類的三觀。

      量子魔法時代的大幕,正在徐徐拉開。

      為了一只貓的死活,100 年前的天才哲學家,學歷最高的足球運動員,撩妹無數的量子力學教授……他們都在糾結個啥?

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      另一些人,卻恰恰相反——他們做任何事,都是為了糾結,下面我要說的,就是另一些人的故事。

      學歷最高運動員

      1908 年夏天。

      丹麥,哥本哈根。

      一名足球運動員正在思考自己的前程。

      23 歲,是時候做個決定了。比自己小兩歲的弟弟,已經成為國奧隊

      的中場核心。在剛剛結束的倫敦奧運會上,哈那德·玻爾率丹麥隊 17:1

      血洗法國隊,斬獲銀牌創造「丹麥童話」,一夜之間成為家喻戶曉的球星。

      而我,作為丹麥最強俱樂部——哥本哈根 AB 隊的主力門將,居然從未入選國家隊,這簡直是一種恥辱。

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      國家隊大名單里怎能沒有我?

      教練說我什么都好,唯一的弱點是喜歡思考人生。

      上次和德國米特韋達隊踢友誼賽,對手竟敢趁我在門框上寫數學公式的時候,用一腳遠射偷襲,打斷我的思路!最后一刻不還是被我的閃電撲救解圍,要是后衛早點上去堵槍眼,那場球踢完就可以交作業了。

      是成為世界最偉大的門將,還是成為世界最偉大的物理學家,這是一個問題,我需要糾結一下。

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      第一章里我們講到,100 多年前,為了搞清光子究竟是波還是粒子,科學家們被一個貌似簡單的「雙縫干涉」實驗弄到集體「精分」。

      這個實驗明白無誤地說明,光子既可以是波,也可以是粒子。

      至于它到底是什么,取決于你的 觀測姿勢

      裝攝像頭觀測光子的位置,它就變成粒子;不裝攝像頭,它就是波!

      我們曾經天真地以為,無論用什么樣的姿勢看電視直播,都不可能影響球賽結果,可是在微觀世界中,這個天經地義的常識好像并不成立,這就是那么多高智商理工男懵逼的原因。

      但是在玻爾看來,將宏觀世界的經驗常識套用到微觀世界的科學研究上,純屬自尋煩惱。

      通過常識,我們可以理解一個光滑小球的物理屬性;但是憑什么斷定,組成這個小球的萬億億億個原子,也一定有著和小球完全相同的屬性?

      憑什么在微觀世界中,原子、電子、光子,一定要遵循和宏觀世界同樣的物理法則?

      一般人糾結的問題無非是:量子世界的物理法則為什么這么奇怪啊……

      只有天才,能夠直截了當問出關鍵問題:這些法則是什么?

      嚴格來說,量子理論是一群人,而不是一個人創立的。但是如果一定要選出一個「量子力學代言人」的話,我覺得非玻爾莫屬,因為當別人糾結的時候,他第一個想通了。

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      通過前面那些燒腦的實驗,玻爾總結了量子世界的三大基本原則:

      態疊加原理

      在量子世界,一切事物可以同時處于不同的狀態(疊加態),各種可能性并存。比如,在雙縫干涉實驗中,一個光子可以同時處在左縫和右縫。這種人類無法想象的疊加態,才是最普通不過的本質形態;而在我們看來「正常」的非黑即白,才是一種特例。

      測不準原理

      疊加態是不可能精確測量的。比如,精確測出了粒子的位置,但它的速度卻永遠測不準!這并不是因為儀器精度不夠高,其實,儀器再好都沒用。這個不可能是被宇宙規律所禁錮的「不可能」,而非「有可能但目前做不到」。

      觀察者原理

      雖然一切事物都是多種可能性的疊加,但是,我們永遠看不到一個既左且右、又黑又白的量子物體。只要進行觀測,必然看到一個確定無疑的結果。至于到底看到哪個態則是隨機的,其概率高低取決于疊加態中哪個態的成分居多。

      這樣一來,實驗解釋起來就輕松多了:

      「雙縫干涉」實驗的官方解釋:

      沒裝攝像頭:光子在未觀測的情況下處于「多種可能性并存」的疊加態,以 50% 的概率同時通過了左縫和右縫,形成干涉條紋

      裝上攝像頭:光子被觀測后只能處于一個態,不能神奇地同時穿雙縫了,所以干涉條紋就消失了。

      這就是目前量子力學教科書上的正統理論:哥本哈根解釋。

      終于,一切都有了答案。

      有了答案嗎?

      因為完美解釋了雙縫干涉等靈異現象,玻爾一(四)夜(面)成(樹)名(敵)。

      但小伙伴們卻紛紛表示:這個理論不僅反直覺反人類,而且 bug 點很多!

      比如,沒有觀測時,光子是混沌中的疊加態;觀測的一瞬間,光子就變成了單一的確定態,請問兩種態是怎樣無縫切換的?

      按照玻爾的說法,觀測的一瞬間,光子就隨機蛻變成多種可能中的一種,還把這個過程取名叫 「塌縮」 。具體怎么個塌法,玻爾自己也說不清。

      再比如,既然觸發「塌縮」的前提是「觀測」,那么誰能夠成為合格的觀察者呢?

      科學家、人類、一切生命體、還是包括人工智能在內的任何智慧形態?

      眾說紛紜之際,給玻爾帶來致命一擊的,是一只貓。

      一只貓的拷問

      10 年前,正是薛老師親手寫下了量子波動方程,與矩陣力學、路徑積分一起,被后人并稱為量子力學的三大基石。

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      10 年后的 1935 年,對「哥本哈根解釋」的群起而攻之,薛老師打響了第一槍。

      當時,幾乎所有人覺得「疊加態」是個純屬幻想的玩意兒,卻沒人能真正駁倒玻爾和他的哥本哈根學派。

      因為,「態疊加」「測不準」「觀察者」無論這三大原理違和感多么強,都被玻爾視作量子世界不可挑戰的公理。所謂公理,就像「兩點之間有且只有一條直線」,或者牛頓力學三定律一樣,是無法、也無須證明的宇宙基本大法。

      在玻爾看來,物理學家的任務是透過現象找規律,而不是去質問上帝:你為什么要把宇宙設計成這樣子?

      而且,憑什么微觀世界的宇宙法則,一定要和宏觀世界的生活經驗相符呢?

      無懈可擊的玻爾之盾,也只有金槍不倒的薛定諤之矛能夠與之一戰。

      「薛定諤的貓」 就是薛老師用來挑戰玻爾的頭腦實驗(以下實驗純屬想象、推理,沒有任何無辜的貓因此而被害)。

      把一只貓關在封閉的箱子里。

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      和貓同處一室的還有個自動化裝置,內含一個放射性原子:如果原子核衰變,就會激發α射線->射線觸發開關->開關啟動錘子->錘子落下->打破毒藥瓶,于是貓當場斃命。

      在這個邪惡的連環機關中,貓的死活直接取決于原子是否衰變;然而,具體什么時候衰變是無法精確預測的隨機事件。

      只要不打開盒子看,我們就永遠沒法確定,貓此時此刻到底是死是活。

      刑具準備完畢,現在,薛老師對玻爾的拷問開始:

      1. 原子啊、衰變啊、射線啊,這些都屬于你們整天研究的「微觀世界」,自然得符合量子三大定律,沒錯吧?

      2. 按照玻爾你自己的說法,在沒打開盒子觀測之前,這個原子處于「衰變」+「沒衰變」的疊加態,沒錯吧?

      3. 既然貓的死活取決于原子是否衰變,而原子又處于「衰/不衰」的疊加態,那是不是意味著,貓也處在「死/沒死」的疊加態?

      原子衰變 = 死貓;原子沒衰變 = 活貓;疊加態原子 = 疊加態的貓。

      所以,按照哥本哈根解釋,箱中的貓是不死不活、又死又活的混沌之貓,直到開箱那一刻才瞬間「塌縮」成一只死貓或者活貓?

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      薛老師的邏輯,其實就是反證法:以子之矛,攻子之盾。先假裝你是完全正確的,然后順著你的說法推理啊,直到推出一個荒謬透頂的結論——那只能說明你從一開始就錯了!

      至于為什么要放進一只貓,這又是薛老師的高明之處。

      以前大家研究原子、光子,總覺得那是與日常完全不同的另一個世界;無論量子多么詭異,我們總可以安慰自己說:微觀世界的規律,不一定適用于宏觀物體。

      科學家們做完燒腦的實驗,還能回歸老婆孩子熱炕頭的正常生活。

      現在,薛老師把微觀的粒子和宏觀的貓綁在一起,要么你承認疊加態什么的都是不切實際的胡思亂想,要么你承認貓是不死不活的疊加態——別糾結,二選一。

      連三歲小孩都知道,如果打開箱子看到一只死貓,那說明貓早就死了,而不是開箱的瞬間才死的——只不過它被毒死的時候,你裝作沒聽到慘叫聲而已。

      你的理論告訴我們,貓在被觀測前是不死不活的;那么,如果把你關進一個密室,你不也變成不死不活了嗎?或者,在密室中的你看來,全世界的人都是不死不活的僵尸態?還是說,地球和太陽是否存在,都變成不確定的了?

      薛老師的貓,本意是想讓玻爾下不了臺,萬萬沒想到,這只貓卻引發了唯心、唯物主義的大辯論。

      哲學家們突然發現,終于有機會以專家的身份,來對科學界說三道四了。

      「我思故我在」的誤會

      400 年前,一個法國大叔的思考,奠定了唯心主義哲學的核心思想。

      假設世間一切都是幻覺,所謂人生,也許只是我們的大腦在黑客帝國的 AI 里做的一個夢,說不定身體正插滿管子泡在培養皿中。

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      那么問題來了:如果一切都可能是幻覺,那么,還有沒有絕對不是幻覺的東西呢?

      有。

      唯一不可能是幻覺的,只有「我們正在思考世界是不是幻覺」這件事。

      我在思考,至少說明我還是個東西。

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      其實,唯心主義并不是「我想要什么存在它就存在」,而是「只有我的意識(心)無可置疑,世界卻可能是幻覺」。所以,如果你認真看那些唯心主義哲學大師的著作,會發現他們的邏輯嚴密得令人發指。

      而唯物主義者的觀點則是「我在故我思」:世界肯定不是幻覺,不過每個人都把自己版本的幻覺當作客觀世界的真相。但是,到底哪一個世界觀才對呢?

      由于唯物主義者無法證明這個世界一定不可能是黑客帝國,而唯心主義者也拿不出這個世界一定就是黑客帝國的確鑿證據,所以誰也無法說服對方。

      直到唯心主義者們聽說了量子力學。

      這么說來,主張「心外無物」的明代哲學家王陽明,早在 500 年前就發明了量子力學!

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      王陽明與友人同游南鎮,友人問曰:

      「天下無心外之物,如此花樹,在深山中自開自落,于我心亦何相關?」

      先生答曰:

      「你未看此花時,此花與汝心同歸于寂,你來看此花時,則此花顏色一時明白起來,便知此花不在你的心外。」

      唯心所現,唯識所變。

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      未看此花時,花的存在是不確定的疊加態;起心動念的一剎,花才會從不確定態「塌縮」為確定態,你觀察的世界因此呈現。

      意識與物質互為因果,無法割裂。量子力學的「觀測導致塌縮」就是唯心主義的鐵證!

      然而,很多人至今都不知道「意識決定觀測結果」這個名聲在外的量子黑科技,其實是道聽途說導致的誤會。

      回到雙縫干涉實驗,如果科學家故意不觀測實驗結果,而是用機器自動記錄;去掉人類的「意識」干擾,是不是量子態就不會塌縮了?

      再比如,做實驗時突然飛過一只蒼蠅,在它的 N 只復眼注視下,光子的疊加態會因此而塌縮嗎?(你以為蒼蠅就沒有意識嗎?)

      結果, 根本沒有任何影響

      屏幕結果是代表波動的斑馬線還是代表粒子的兩道杠,只與實驗設備的設置有關,和誰來觀測、是否觀測無關。

      只要實驗中雙縫全開,哪怕有一億雙眼睛盯著,看見的仍然是未塌縮的疊加態光子產生的干涉條紋。

      現在看來,比玻爾那句毀人不倦的「觀察導致塌縮」更準確的表述是:

      只要微觀粒子處于「可能被精確測量」的環境下,它就會自動塌縮,并不需要等待「觀察者」就位。

      所以歸根到底,量子實驗仍然是不以主觀意志為轉移的。

      眼見為實?

      只不過,我們無法精確測量,只能用概率分布來計算這個客觀世界,那么,薛定諤的貓真的存在嗎?

      一開始,包括薛老師和玻爾本人在內,沒有人相信世界上真會有不死不活、既死又活的貓。

      可是不久之后,科學家們驚恐地發現,這件看似顯然的事,居然沒法證偽(證明貓不是疊加態)。

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      按理說,貓到底是不是疊加態,做個實驗不就明白了?

      可惜,這個實驗至今做不出來——畢竟,我們沒法讓貓產生干涉條紋啊!

      證偽不行,證實的方法倒是有一個:把這只貓造出來。

      令人細思恐極的是,我們已經做到了。

      1996

      年,美國人夢露(男)用單個鈹離子制成「薛定諤貓態」并拍下了快照,發現鈹離子在第一個位置處于自旋向上的狀態,而同時又在第二個位置自旋向下,而這兩個狀態相距

      80 納米之遙!

      這是人類有史以來第一次,親眼「看」到活生生的量子疊加現象。

      不過,這畢竟只是單個離子,和貓相比還差了十萬八千里啊!

      2004 年,潘建偉團隊首次實現了多光子的薛定諤貓態。雖然這只貓的身材依舊苗條——渾身上下只有 5 個光子,但還是令玻爾的追隨者信心大增。

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      這說明,從單個微觀粒子到嚴格意義上的薛貓(宏觀量子疊加態),也許只是量變而非質變,它被親切地稱為:薛定諤的小貓。

      如果繼續增加粒子數量,是不是能把小貓慢慢喂肥成大貓呢?

      然而,現實很殘酷:目前「薛貓」的最高紀錄,仍然是潘建偉 2012 年實現的 8 光子疊加態。要知道,為了增加區區 3 個光子,實驗用了整整 8

      年時間。可想而知,要讓貓身上億個原子同時處于量子疊加態,絕非易事。

      在樂觀者看來,這不過是暫時的技術困難,假以時日遲早會攻克;但也有人認為,量子世界與宏觀世界之間存在著一道天然的結界,像貓一樣大的宏觀疊加態,也許是這個宇宙明令禁止的。

      有朝一日,能不能造出一只眼見為實的大薛貓,至少現在,我們還不知道。

      但是我們已經知道:即使是小貓,也蘊含著無比驚人的能量。

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      1935 年,薛老師很忙。

      除了 N 多前女友和養貓以外,薛老師發現了量子的另一個詭異之處,而當時幾乎沒有人注意到這個問題。

      為了研究微觀世界,看看原子核這個大西瓜肚子里都有些什么籽兒,科學家祭出了最強大的武器:粒子對撞機。

      歐核中心(CERN)的加速器就是干這個的:

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      最常見的現象是:母粒子被撞擊后,分裂成兩個更小的粒子 A 和 B。

      因為能量守恒原理,子粒子能量相同,方向相反。比如說,因為母粒子靜止不動,所以分裂后的子粒子 A 向左邊飛,B 一定往右邊飛,這樣才能左右抵消。同理,A

      的自旋(角動量)向上,B 的自旋一定向下。

      至于具體是向上還是向下,這是個隨機事件,必須觀測后才能知道。

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      那么問題來了:根據量子理論,在不被觀測的情況下,粒子處于多種可能性的疊加態。

      舉個例子。

      就像箱子里那只不死不活的薛定諤的貓一樣:A 和 B 這對龍鳳胎粒子,自打出娘胎起,他們的性別就沒確定,直到有人來看了一眼,這才瞬間分出男女!

      然而和薛貓不同的是,箱子里的貓只有一只,孿生粒子卻有兩個。而且,這兩個粒子即使相隔很遠很遠,疊加態也能保持不變。如同在千里之外,瞬間產生聯系……

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      是時候@愛因斯坦了。

      來自幽靈的威脅

      大家都知道愛因斯坦創立了相對論。但很少有人知道,大神在 35 歲就已經功成名就(完成狹義+廣義相對論),而在之后 40

      年的悠長歲月里,他其實都在糾結一件事:量子力學。

      曾經,他也是一個集美貌與才華于一身的男子:

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      研究量子力學 30 年之后:

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      能讓愛因斯坦這種大神級人物「不明白」的,不是深奧的理論和復雜的公式,而是宇宙的意義。

      愛因斯坦深信,宇宙在本質上是高度和諧的,這種和諧是可以通過數學之美體現出來的。

      所以,一個理論如果不美,倒不是說一定是錯的,但它肯定不夠本質。

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      在更高的層面上,和諧,比對錯更重要。而量子力學,在愛因斯坦看來,就是一種不和諧(不完備)的理論。

      比如,量子力學的核心思想是:

      微觀世界的一切只能用概率統計來表達,而具體到單個的粒子,它的狀態是不確定的疊加態。把這個粒子放大 N 億倍,就成了薛定諤的貓。

      這是第一個讓愛因斯坦不爽的地方:量子力學否認了物質的實在性。

      愛因斯坦認為,根本不存在薛定諤思想實驗中那只不死不活的疊加態的貓。貓的死活在觀測之前就是定數,只不過愚蠢的人類看不見箱子里發生的一切,只能推測出「50% 活

      or 50% 死」的概率。

      你是不是突然有一種,和愛因斯坦英雄所見略同的感覺?

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      打個不太恰當的比方(給量子打個恰當的比方真的好難!):

      比如,我在知乎的粉絲男女比例是 80:20。

      我相信,每個關注我的知友,一定都對自己的性別深信不疑。

      然而,那些發明量子力學的瘋狂科學家們,他們竟然說:80:20 的比例,說明每位知友的性別是不確定的,見面時 80% 的可能性會變成男生,20%

      的可能性變成女生!
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      因為只有這樣我才能解釋,為什么線下活動時見面的都是男生,而索要福利的都是女生。至于女生為什么沒來,可能是出于一些很簡單的原因,比如當天身體不舒服。

      僅僅因為我們不知道背后的原因,就認為人的性別是可以按一定概率隨機改變的,純屬不切實際的猜想。

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