登陆注册
35103600000013

第13章 番外:盒子中的猫

宋峥很少去上毛教授的课,但是今天不同。

“在进入正题前我们先将目光转向一个你们很熟悉的实验,杨氏双缝干涉实验。这个实验的目的是证明光是一种波而不是一种粒子,”说着,毛教授切换了一下荧幕上的图片,“图中明暗相间的条纹说明光在通过双缝之后产生了干涉,而这证明了光是一种波。”

“这个实验似乎没什么独特的,它只是证明了光是波而已,但光真的是波吗?或者说,光仅仅只是波而已吗?爱因斯坦不这么认为,1905年他在论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》(这篇论文帮助他获得了1921年诺贝尔奖)中提出了一个与双缝干涉实验结果截然不同的观点,光是由一个个光量子组成的,光子说完美解决了困扰物理学界多年的光电效应问题(光电效应是指在高于某特定频率的电磁波照射下,某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流,即光生电)。”

“现在好了,我们有杨实验证明光是波,又有光电效应证明光是粒子,光到底是什么呢?对此现象德布罗意提出了一个非常著名的观点,光既是波又是粒子!这就是我们大家都知道的波粒二象性(相关详细内容在此就不赘述了)。

波粒二象性完美的解决了问题,单个光子的行为看起来就像一个经典粒子,而聚集在一起的时候,就形成了波,于是一切都解决了,真是可喜可贺,可喜可贺,可喜可贺?问题真的解决了吗?我们再倒回去看看杨氏双缝干涉实验,那么问题来了,双缝干涉实验中,单个光子是通过了左缝还是右缝?”

“这个问题的答案似乎很简单,各50%嘛,真的是这样吗?我们不妨做个实验,我们让单个光子轮流穿过双缝,用屏幕记下它们出现的位置,神奇的情况出现了,干涉条纹再次出现在了屏幕上!注意,是干涉条纹出现在了屏幕上,就像下面图片展示的一样。”说着,他又切换了一张图片,图片上一个球员正在冲着隔板上的两个空缺发球。

“将光子比作足球,这是我们原以为会出现的图案。”说着,他点了点球门位置的两堆足球,“而这,是实验得出的图案(足球以空隙中线对称出现了七堆)这意味着什么呢?意味着光子在通过双缝时似乎知道它有两个选择,所以表现的就像原双缝实验(用来证明光是波的那个)一样产生干涉条纹。这可不得了,光子又没有生命,它不能在通过双缝前通过看一眼来得知这是双缝实验,且实验中两条缝隙间的距离对于光子来说就像地球与月球之间的距离对于人一样遥远,那么,究竟是怎么回事呢?”

“哥本哈根派的物理学家认为,光子同时通过了左缝和右缝!注意,这里并不是指光子一半穿过左缝一半穿过右缝,而是同一个光子同时穿过了左缝和右缝。”

“什么,你说这简直是荒谬的难以置信,你要求在双缝边上架设仪器来观察究竟是怎么回事?当然没问题,但光子不好观测,我们改用同样具有波粒二象性,同样会产生干涉条纹的电子来做实验。

实验结果令人大跌眼镜,我们确实可以观测到电子通过了哪条狭缝,但怪异的是,一旦电子被观测到了,干涉条纹就消失了,如果不去观测,干涉条纹就又出现了。不仅如此,如果我们把仪器往后放,在电子即将到达屏幕前进行观测,也会出现这样的结果。这似乎表明,电子的行为和我们的观测有关。(且违背因果论,详细可百度延迟实验)

对此,哥本哈根派的解释是这样的,电子按照波函数弥散开去,变成概率波扩散到空间中,我们不观察它时,它处于同时通过左缝与右缝的叠加态中,我们一旦对其展开观察,它的波函数坍塌,于是一切尘埃落定,它通过左缝或是右缝。

如果说双缝干涉实验虽然令人费解但它只是与微观粒子有关的话,薛定德的猫就如同来自地狱的恶魔一般将不确定的因素带入了宏观之中。”

“薛定谔的猫原本只是薛定谔用来讽刺哥本哈根解释的:好,你哥本哈根派认为,没有测量前,一个粒子的状态是模糊不清的,处于各种可能性的叠加态中,是吧?不光是双缝干涉实验,比如一个放射性原子,它何时衰变是完全概率性的(不理解的建议百度半衰期),只要没有观察,它就处于衰变/不衰变的叠加态中,只有确实的测量了,它才随机选择一种状态出现。

那么,让我们想象一个实验:我们将一个放射性原子放在一个不透明的箱子中让它保持衰变/不衰变的叠加态,再将它相连一个结构巧妙的装置,只要这个原子衰变放出中子,它就会激发一连串连锁反应,最终打破箱子里的一个毒气瓶,与此同时,箱子里还有一只可怜的猫。事情很明显:如果原子衰变了,那么毒气瓶被打破,猫就会被毒死。要是原子没有衰变,猫就好好的活着。

根据推论:当它们都被锁在箱子里时,因为我们没有观察,所以那个原子处在衰变/不衰变的叠加态。因为原子的状态不确定,所以猫的状态也不确定,只有当我们打开箱子察看,事情才会有定论:猫要么四脚朝天的被毒死了,要么它依旧活蹦乱跳。那么问题又来了,在我们打开箱子之前,这只猫处于什么状态?似乎唯一的解释就是,猫与我们的原子一样处在叠加态,这只猫陷入了生/死的叠加中。

好了,现在不光是微观粒子了,连猫也变成了幽灵,处在了生/死叠加态中。这就是薛定谔的猫的可怕之处,它将量子效应放大到了日常生活之中,我们周围的一切似乎显得不在那么真实了。

那么,将人放到类似的装置中也会有同样的结果吗?当你打开箱子放出那个人时,如果他侥幸还活着的话他会这么描述吗?“当时我感到自己变成了概率波,处于生与死的叠加态中,那感觉太令人舒服了,下次我要设计实验让自己处于男/女的叠加态中,变为FUTA(雾)”不,不会的,他只会说:“箱子好黑我好怕,放置play一点也不好玩”他与猫不同的是,他一直在对自己进行观测,他一直导致了波函数的坍塌,我们讲一个观测者放入了箱子中!

那么,问题再次出现,人与猫的区别在哪里呢?难道只是因为猫只会喵喵叫而人会怒斥量子理论是个狗屁玩意吗?令人惊奇的是,这的确是一个至关重要的区别,人有能力“测量”自己活着与否,而猫不能。人有一样猫所没有的东西,那就是“意识”!

这似乎听起来很荒谬,但作为量子力学对此最正统的解释,哥本哈根解释就是这样的。而且它还不是最毁三观的,多世界,可择历史,多宇宙,隐变量等没一个不毁三观的。

(在这里关于“意识”的问题,与其说是“唯心”与“唯物”之争,不如说是实证主义与柏拉图主义之争。另外,量子论本身是严格用数学表达的,和意识|形态完全没有关系)

假如我们将一个摄像机或其他类似的东西放入箱子中,摄像机会与猫一同陷入叠加态中,只不过一个是生/死叠加态,一个是记录到猫死了/记录到猫活着叠加态。还有,不管放入箱子中的人是瞎子,哑巴还是怎么的,只要他能“测量”自己是否活着,就不会处于叠加态。”

“但是,如果观察者是更高级别的存在,而我们是盒子里的猫,那,会发生什么呢?”

同类推荐
  • 星途:黎明

    星途:黎明

    137亿年前那场史上最伟大无声的爆炸,创造我们已知或未知的一切事物,最令人赞叹的不是永恒的时间,也不是无尽的空间,却是平凡无奇的生命。而如今,那创世的余威,一场屠灵的灾难,席卷宇宙,我们已无路可走。期待新时代黎明的开启,我们正处黑暗。
  • 大梦幻时代

    大梦幻时代

    大魔法时代,大科技时代,大仙侠时代,大魔幻时代等等所有大时代的开启,合称为大梦幻时代。乔文领着自己心爱的女人站在主神面前问主神:"主神我俩有夫妻相么?"主神说:"你俩靠近点我看看."乔文和自己心爱的女人抱在一起.主神又说:"你俩在靠近点我看看."乔文和自己心爱的女人都紧紧的抱在了一起.主神大怒:"你俩有病吖,我说你俩离我近点,不是叫你俩抱那么近."
  • 源纪元之异能觉醒

    源纪元之异能觉醒

    人类的科技总是以一种无法估计的速度发展。20世纪末期,人类开始研究DNA,21世纪中期,基因计划秘密实行,22世纪初期,六次工业革命,曾经残酷的历史将会同童话般美好。
  • 人定乾坤

    人定乾坤

    一个生活华夏国某特种兵少尉在一次境外反恐行动中,因情报失误,遭到恐怖分子的围堵,命悬一线之际遇到了救主心切被鹄狼王重创的秦忠。从此开始了自己传奇般的血腥战斗生涯,犯我华夏者虽远必洙,强势整合世界格局;保卫地球反击异族入侵,…直到面对高高在上的胡狼王的生死决战后,重新认识这个浩瀚宇宙踏上历练之路,寻找至强巅峰之法。而这一切都是为了让亲人跟同在一片天空之下的人类不再任人鱼肉使之屹立于浩瀚宇宙中悠悠岁月。
  • 快穿之悲情女配要翻身

    快穿之悲情女配要翻身

    【欢迎入坑】她爱入骨髓的爱人居然对她只是虚与委蛇,她一心对待的妹妹居然包藏祸心一心只想让她死。她被妹妹和爱人双重背叛,最后她死于妹妹手中。在她死后居然跑出一个人对她说:“我想让你去帮我修复我管理的三千世界中的bug,让崩溃的世界从而恢复正常,我将会实现你一个愿望。这听上去真的是好诱人啊,她该不该答应呢?……………书友群号;534162612欢迎群友入群来讨论
热门推荐
  • 中国人应知的文化常识

    中国人应知的文化常识

    本书内容广泛,涵盖文学艺术、科举教育、官政典制、科技发明、风俗礼仪、衣食起居、节日节气、天文历法、宗教哲学、体育娱乐、医疗保健、建筑园林、考古文物、自然生物、地理景观、历史军事、政治经济等文化的各个层面,既是一本知识储备辞典,又是一本生活之余的休闲书。我们真诚地希望读者,在全面掌握文化常识的同时能够从中感受到快乐,在轻松阅读中能够猎取知识滋养心灵,并找到您想要的……
  • 觅途苍穹路

    觅途苍穹路

    三十年后再回首,但求今生可从头。通天彻地仍思凡,不惜一顾鬼神愁。
  • 千手如来

    千手如来

    一群天真无邪的少年,惨遭龙族灭门屠城。他们只好走上努力修炼,增强实力。既是为了保护自己,也是为了为家人报仇。但世界对他们来说,太大了,也太残酷了。而他们也太弱了,太卑微了。且看他们是如何努力修炼,如何为亲人报仇,又是如何保持自己的初心。
  • 我的胸口有条龙

    我的胸口有条龙

    故事发生于一个简陋的小屋里,猪脚开电脑后就被一阵刺眼的光芒传送到了一个奇妙的世界,这个世界充满着玄幻,当然,更多地还是美女咯..嘎嘎!
  • 三国之争霸四方

    三国之争霸四方

    他是一个新世纪残疾退伍军人,却意外来到混乱的三国时代,在这个群雄并起的时代,无论是否能称霸天下,都应当挚起手中之剑,轰轰烈烈的拼搏一场。正所谓与天斗其乐无穷;与地斗其乐无穷;与人斗其乐无穷!
  • 七系召唤师:呆萌王妃很倾城

    七系召唤师:呆萌王妃很倾城

    她,是二十一世纪第一杀手,却被一口水呛死悲催穿越,成了家族里的废柴庶女。他,是冷酷强势的冰山王爷,身为天才让人敬畏,却被她所吸引,对她热情似火。当她遇上他,当废柴遇上天才,当强者遇上强者,且看他们之间如何擦出不一样的火花!
  • 知返

    知返

    “孟知返,事到如今你可满意了?还想怎样?”他看着她,依旧是淡然的笑,眼神却是疏离的冰冷。她站在原地看他转身的背影,满眼是泪。人人都说她是祸水,原来,他也是这么认为的。迷途知返———只是他可知道,自她遇见他的那天起,她就再也找不到回去的路?
  • 生灭传说

    生灭传说

    一个你熟悉而又陌生的世界!西方?东方?各种位面?左眼主生,右眼主灭,情仇传说,正在展开!
  • 伪毒娘

    伪毒娘

    现代女大学生施之药因癌症而死,古代乡村野姑娘君叶神奇死亡。本应死亡的人,却又活过来了。得到第二次生命的她,如何保护自己?被贬的君家七小姐重返君家,面对的是宅斗?还是宫斗?“活着,是为了在这世上留下一点痕迹。”为守护家人,而奋力向上。“有能力的人,才有爱的资格。”
  • 重生曹昂传

    重生曹昂传

    一个现代军医抢险救灾被洪水冲走后穿越到汉末乱世成了让马给曹操逃跑的长子曹昂,原本打算紧抱曹操这根大腿衣食无忧,没想到这些乱世诸侯根本没那么简单!