实际上 , 直到今天 , 科学家们仍然在争辩薛定谔的猫到底哪里出了问题 。如今 , 量子力学的地位已经不容置疑 , 叠加态也已经被广泛承认 。但另一方面 , 一只猫也不可能同时既是死的又是活的 。显然 , 这一定是中间的环节出了问题 。
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不过 , 这里我们要注意一点:叠加态的猫真的是既死又活吗?
这就是大家对于叠加态的误解 。网络上有人传播冷知识 , 说在量子领域 , 一个粒子可以同时出现在两个地方 , 这就是叠加态 。可以说 , 这样的人完全不懂得什么叫做叠加态 。
科学家做了一个比喻非常贴切:假设你的面前有一个硬币 , 它没有老老实实地躺在那里 , 而是不断地旋转 。如果你用手拍它 , 它就会马上倒在地上 , 这时你就能知道它是正面朝上还是背面朝上 。但是 , 如果你任由它继续旋转 , 那么它就好像是量子领域的叠加态 。你不可能说这枚硬币处于正面和背面都朝上的叠加态 , 因为它只是侧面朝上 。
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同理 , 量子领域中的微观粒子并非同时存在于两个地方 , 而是完全属于另一个状态 。放在薛定谔的猫思想实验中 , 这只猫不是既死又活的状态 , 而是既没有死也没有活的状态 。
从这个角度来讲 , 爱因斯坦的那个比喻也比薛定谔的猫更加接近叠加态 。他说上帝不掷骰子 , 其实这个旋转的骰子就相当于刚才那个例子中的旋转硬币一样 , 至于哪一面朝上 , 要等它停止旋转才可以 。而在量子领域 , 这些“骰子”或者“硬币”永远都处于“旋转”的状态 , 而人们的观测就像是你去拍那枚硬币 , 是使它停止“旋转”的一个动作 。玻尔等人相信 , 当我们去观测这些微观粒子的时候 , 它们就会从叠加态坍缩到本征态 , 也就是有一个确定的属性 。
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而爱因斯坦所反对的 , 正是这一点:什么叫观测?难道粒子长眼了、知道有人类在看自己?宇宙又是怎么知道自己被观测了的?我有没有用眼睛看它 , 对它又有什么实际影响呢?
因此 , 爱因斯坦不相信粒子的叠加态 , 是不相信这种不确定的状态 。他认为:我们之所以认为它们处于叠加态 , 不观测就不知道它们在哪里 , 是因为自己的科学水平还不够 。这就像以前的天文学家看见水星运行时诡异的进动现象 , 以为有一颗更靠近太阳的行星在干扰 。但实际情况是 , 当物理学发展到一定程度 , 就能够完美解释水星进动的问题 , 而这个问题正是他本人利用广义相对论给彻底解决的(这是我自己举的例子 , 不是爱因斯坦举的) 。
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打个更通俗的比方:爱因斯坦认为 , 所谓量子力学的概率问题 , 就相当于一个人考试时做选择题 , 明明不知道答案 , 却理直气壮地说A有40%概率是对的 , B和C对的概率各有30%——这个回答自然是不可能在考试中得分的 。
总之 , 关于薛定谔的猫以及爱因斯坦对量子力学的质疑 , 有以下三点需要重新认识:
- 爱因斯坦的确在量子力学方面和玻尔等人有所争执 , 但他绝对不是完全否认量子力学;
- 薛定谔的猫最初是为了质疑量子力学 , 而不是支持量子力学;
- 叠加态也不是简单的两种不同状态的叠加 , 而是处于另外一种状态 , 在被观测的情况下才会坍缩到其中一种可能 。
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