薛定諤的貓 Schrodinger's Cat

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薛定諤的貓(Schrödinger's cat)，是關於量子理論的一個理想實驗。
盡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。這個貓十分可憐，她（假設這是一只雌性的貓，以引起更多憐憫）被封在一個密室裏，密室裏有食物有毒藥。毒藥瓶上有一個錘子，錘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，錘子落下，砸碎毒藥瓶，釋放出裏面的氰化物氣體，雌貓必死無疑。這個殘忍的裝置由薛定諤所設計，所以雌貓便叫做薛定諤貓。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。如果一種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，它在什麽時候衰變，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——也就是雌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，雌貓或者死，或者活。這是她的兩種本征態。但是，如果我們用薛定諤方程來描述薛定諤貓，則只能說，她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，才能確切地知道雌貓是死是活。此時，貓的波函數由疊加態立即收縮到某一個本征態。量子理論認為：如果沒有揭開蓋子，進行觀察，我們永遠也不知道雌貓是死是活，她將永遠到處於半死不活的疊加態。這與我們的日常經驗嚴重相違，要麽死，要麽活，怎麽可能不死不活，半死半活？
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。（請註意！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：“是死，還是活，這可真是一個問題。”只有當你打開盒子的時候，叠加態突然結束（在數學術語就是“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。盡管如此，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。但那只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，以及用什麽詮釋可以替代它。
1957年，埃弗雷特提出的“多世界詮釋”似乎為人們帶來了福音，雖然由於它太離奇開始沒有人認真對待。格利賓認為，多世界詮釋有許多優點，由此它可以代替哥本哈根詮釋。我們下面簡單介紹一下埃弗雷特的多世界詮釋。
格利賓在書中寫道：“埃弗雷特……指出兩只貓都是真實的。有一只活貓，有一只死貓，但它們位於不同的世界中。問題並不在於盒子中的放射性原子是否衰變，而在於它既衰變又不衰變。當我們向盒子裏看時，整個世界分裂成它自己的兩個版本。這兩個版本在其余的各個方面都是全同的。唯一的區別在於其中一個版本中，原子衰變了，貓死了；而在另一個版本中，原子沒有衰變，貓還活著。”
也就是說，上面說的“原子衰變了，貓死了；原子沒有衰變，貓還活著”這兩個世界將完全相互獨立地演變下去，就像兩個平行的世界一樣。格利賓顯然十分贊賞這一詮釋，所以他接著說：“這聽起來就像科幻小說，然而……它是基於無懈可擊的數學方程，基於量子力學樸實的、自洽的、符合邏輯的結果。”“在量子的多世界中，我們通過參與而選擇出自己的道路。在我們生活的這個世界上，沒有隱變量，上帝不會擲骰子，一切都是真實的。”按格利賓所說，愛因斯坦如果還活著，他也許會同意並大大地贊揚這一個“沒有隱變量，上帝不會擲骰子”的理論。
這個詮釋的優點是：薛定諤方程始終成立，波函數從不坍縮，由此它簡化了基本理論。它的問題是：設想過於離奇，付出的代價是這些平行的世界全都是同樣真實的。這就難怪有人說：“在科學史上，多世界詮釋無疑是目前所提出的最大膽、最野心勃勃的理論。”

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