薛定諤的喵-硬報紙解密量子通信衛星

另一些人，卻恰恰相反——他們做任何事，都是為了糾結。

下面要說的，就是另一些人的故事。

學歷最高的運動員

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，哈那德率丹麥隊17比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。

國家隊大名單里怎能沒有我?

教練說我什麼都好，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!

最後一刻不還是被我的閃電撲救解圍?

要是後衛早點上去堵槍眼，那場踢完就可以交作業了。

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。

不著急，糾結一下

這根門柱靠著真舒服……

上篇我們講到(戳上篇真的可以看上一篇哦)，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。

至於它到底是什麼，取決於你的觀測姿勢。

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，無論用什麼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並不成立。

這就是那麼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;但是憑什麼斷定，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?

憑什麼在微觀世界中，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麼這麼奇怪啊啊啊……

量子的世界，你不懂

只有天才，能夠直截了當問出關鍵問題：

這些法則是什麼?

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。

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：

1.態疊加原理

在量子世界，一切事物可以同時處於不同的狀態(疊加態)，各種可能性並存。

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。

這種人類無法想像的疊加態，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。

2.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!

這並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」。

3.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。

至於到底看到哪個態則是隨機的，其概率高低取決於疊加態中哪個態的成分居多。

這樣一來，實驗解釋起來就輕鬆多啦：

「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於「多種可能性並存」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：光子被觀測後只能處於一個態，不能神奇地同時穿雙縫啦，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。

終於，一切都有了答案。

嗎?

因為完美解釋了雙縫干涉等靈異現象，玻爾一夜成名四面樹敵。小夥伴們紛紛表示：這個理論不僅反直覺反人類，而且bug點很多!

四面樹敵的下場

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」。具體怎麼個塌法，玻爾自己也說不清。

再比如，既然觸發「塌縮」的前提是「觀測」，那麼誰能夠成為合格的觀察者呢?

科學家?人類?一切生命體?還是包括人工智慧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，是一隻喵。

薛定諤的喵

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，被後人並稱為量子力學的三大基石。

10年後的1935年，對「哥本哈根解釋」的群起而攻之，薛老師打響了第一炮。

宿命。

當時，幾乎所有人覺得「疊加態」是個純屬YY的玩意，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麼強，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、也無需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：「你為什麼要把宇宙設計成醬紫?」

而且，憑什麼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。

以下實驗純屬想像+推理，沒有任何無辜的喵因此被害

把一隻貓關在封閉的箱子里。

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->開關啟動鎚子->鎚子落下->打破毒藥瓶，於是貓當場斃命。

在這個邪惡的連環機關中，貓的死活直接取決於原子是否衰變;然而，具體什麼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，這些都屬於你們整天研究的「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，這個原子處於「衰變」+「沒衰變」的疊加態，沒錯吧?

3、既然貓的死活取決於原子是否衰變，而原子又處於「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，箱中之貓是不死不活、又死又活的混沌之貓，直到開箱那一刻才瞬間「塌縮」成一隻死貓或者活貓?

ALIVE還是DEAD，這是個問題

薛老師的邏輯，其實就是反證法：以子之矛，攻子之盾。我先假裝你是完全正確的，然後順著你的說法推理啊推理，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!

薛老師好厲害，收了我吧

至於為什麼要放進一隻貓，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;無論量子多麼詭異，我們總可以安慰自己說：微觀世界的規律，不一定適用於宏觀物體。

科學家們做完精分的實驗，就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，要麼你承認疊加態什麼的都是YY，要麼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隻死貓，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。

別跑啊，玻爾，還有幾句話咱好好嘮嘮。

你的理論告訴我們，貓在被觀測前是不死不活的;那麼，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殭屍態?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台;萬萬沒想到，結果卻引發了唯心、唯物主義的大辯論。

哲學家們突然發現，終於有機會以磚家的身份，來對科學界說三道四了。

我思故我在

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。

那麼問題來了：如果一切都可能是幻覺，那麼，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YY世界是不是幻覺」這件事。

我在思考，至少說明我還是個東西。

其實，唯心主義並不是「我想要什麼存在它就存在」，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，會發現非但不扯蛋，反而邏輯嚴密得令人髮指。

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，只要我們在馬列主義***思想***理論的偉大指引下，持續發展先進生產力，終有一天可以破除幻覺逼近真相的。

到底哪一個世界觀才對呢?

由於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。

你造嗎?

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!

王大師的另一句名言「知行合一」啟發了400年後的一位粉絲：陶行知

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，於我心亦何相關?」

先生答曰：

「你未看此花時，此花與汝心同歸於寂，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。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!

所以，在某個神奇的東方國度，在某個特殊的歷史時期，誰要是膽敢研究量子力學，後果很嚴重。

摘自《三體》，情節純屬劉慈欣虛構;如有雷同，絕非巧合

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隻蒼蠅，在它的N只複眼注視下，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：

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

硬報紙小編可以自豪地告訴你：我從來也沒信過黑客帝國之類的唯心主義鬼話!

如果世界真是個Matrix，我為什麼不能像基努里維斯一樣，上天入地、手擋子彈、單挑黑衣人軍團，為什麼我連用意念掰彎一把勺子都做不到?

你們說努哥有主角光環，那好，看看這個被努哥一巴掌拍死的叛徒，為什麼每天在Matrix的壕飯店裡戴著鏈子吃著法餐?

對於努哥、墨菲斯、崔妮蒂等一幫利用系統bug蓄意製造混亂的反**武裝團伙，黑客帝國非但沒有一個重啟把他們統統和諧掉，反而還單獨給他們開了一個叫「錫安」的副本，讓這些欲求不滿的Hardcore用戶在壯烈的錫安保衛戰中圓了自己的英雄夢。

這是什麼精神?這就是用戶體驗至上的精神!

最令我震驚的是，像這樣一款以用戶為上帝的VR沉浸式網遊，居然還是永久免費的!

不需要用戶花錢拼裝備卻天天有福利，不需要碼農加班改bug卻從來不藍屏，不需要投資人燒錢卻持續運營了幾百年——連伺服器電費都不收，就能讓全世界每個人躺著玩一輩子，臨了捐贈遺體發個電就算兩清了?!

良心之作啊!

那麼，對於每天在現實生活中苦逼的你我來說，有誰享受過這種體驗嗎?

這就是為什麼，我至今都是一隻

眼見為實

薛定諤貓真的存在嗎?

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。

可是不久之後，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)。

我，還能以不死不活的姿勢存在?

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：把這隻貓造出來。

令人細思恐極的是，我們已經做到了。

1996年，美國人夢露(男的)用單個鈹離子製成 「薛定諤貓態」並拍下了快照，發現鈹離子在第一個位置處於自旋向上的狀態，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。雖然這隻貓的身材依舊苗條——渾身上下只有5個光子，但還是令玻爾的信徒信心大增。

潘建偉(圖片中間)的團隊

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，是不是能把小喵慢慢喂肥成大喵呢?

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。為了增加區區3個光子，用了整整8年時間。

可想而知，要讓貓身上億億億億個原子同時處於量子疊加態，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，能不能造出一隻眼見為實的大喵?

至少現在，我們還不知道。

但是我們已經知道：即使是小喵，也蘊含著無比驚人的能量。

正是這些幾個光子組成的

量子糾纏態

開啟了宇宙的洪荒之力

敬請期待：

硬報紙解密量子衛星

三部曲之