薛定諤的貓

薛定諤的貓是由奧地利物理學家薛定諤於1935年提出的有關貓既是死的又是活的著名思想實驗的名字，它描述了量子力學的真相：在量子系統中，一個原子或者光子可以同時以多種狀態的組合形式存在，而這些不同的狀態可能對應不同的甚至是矛盾的結果。整個實驗是這樣進行的：在一個盒子里有一隻貓，以及少量放射性物質。在一小時內，大約有50%的概率放射性物質將會衰變並釋放出毒氣殺死這隻貓，剩下50%的概率是放射性物質不會衰變而貓將活下來。

儘管量子論的誕生已經過了一個世紀，其輝煌鼎盛與繁榮也過了半個世紀。但是量子理論曾經引起的困惑至今仍困惑著人們。正如玻爾的名言：「誰要是第一次聽到量子理論時沒有感到困惑，那他一定沒聽懂。」薛定諤的貓是諸多量子困惑中有代表性的一個。一隻貓被封在一個密室里，密室里有食物有毒藥。毒藥瓶上有一個鎚子，鎚子由一個電子開關控制，電子開關由放射性原子控制。如果原子核衰變，則放出阿爾法粒子，觸動電子開關，鎚子落下，砸碎毒藥瓶，釋放出裡面的氰化物氣體，貓必死無疑。原子核的衰變是隨機事件，物理學家所能精確知道的只是半衰期——衰變一半所需要的時間。如果一种放射性元素的半衰期是一天，則過一天，該元素就少了一半，再過一天，就少了剩下的一半。但是，物理學家卻無法知道，它在什麼時候衰變，上午，還是下午。當然，物理學家知道它在上午或下午衰變的幾率——也就是貓在上午或者下午死亡的幾率。如果我們不揭開密室的蓋子，根據我們在日常生活中的經驗，可以認定，貓或者死，或者活。這是它的兩種本徵態。但是，如果我們用薛定諤方程來描述薛定諤貓，則只能說，它處於一種活與不活的疊加態。我們只有在揭開蓋子的一瞬間，才能確切地知道貓是死是活。此時，貓的波函數由疊加態立即收縮到某一個本徵態。量子理論認為：如果沒有揭開蓋子，進行觀察，我們永遠也不知道貓是死是活，它將永遠處於半死不活的疊加態。

薛定諤挖苦說：按照量子力學的解釋，箱中之貓處於「死－活疊加態」——既死了又活著！要等到打開箱子看貓一眼才決定其生死。（請注意！不是發現而是決定，僅僅看一眼就足以致命！）正像哈姆雷特王子所說：「生存還是死亡，這是一個問題。」只有當你打開盒子的時候，疊加態突然結束（在數學術語就是「波函數坍縮（collapse）」），哈姆雷特王子的猶豫才終於結束，我們知道了貓的確定態：死，或者活。哥本哈根的幾率詮釋的優點是：只出現一個結果，這與我們觀測到的結果相符合。但是有一個大的問題：它要求波函數突然坍縮。但物理學中沒有一個公式能夠描述這種坍縮。儘管如此，長期以來物理學家們出於實用主義的考慮，還是接受了哥本哈根的詮釋。付出的代價是：違反了薛定諤方程。這就難怪薛定諤一直耿耿於懷了。

哥本哈根詮釋在很長的一段時間成了「正統的」、「標準的」詮釋。但那隻不死不活的貓卻總是像惡夢一樣讓物理學家們不得安寧。格利賓在《尋找薛定諤的貓》中想告訴我們的是，哥本哈根詮釋在哪兒失敗？以及用什麼詮釋可以替代它？

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