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在平行宇宙中,我们都是薛定谔的猫

2019-01-09  隐逸888
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有人不知道薛定谔的猫吗?

恐怕没有。这只猫甚至比薛定谔本谔还要出名。


当你随机地对一个人说起“薛定谔”的时候,他(她)首先想到的恐怕是一只喵星人,而不是那个奔儿头锃亮的奥地利大叔。



这也不难理解,谁会不喜欢小萌物呢?巴普洛夫的狗名声也比巴普洛夫本响亮。不过,狗子跟着巴老师就是听铃吃饭,但喵星人要配合薛老师完成一套高难度动作,叫做又死又活。


薛定谔的猫这个实验完全不能用常理去理解,就如我们人类不能理解喵主子在想什么。有趣的是,喵主子越让我们无法理解,我们就越爱它们,而薛定谔的这个实验越诡异,人们就越觉得它酷酷的。从这个角度讲,用猫做这个实验,真是天才的设计。



不过,在惊呼“不明觉厉”之后,在觉得自己“仿佛懂了”之后,你难道就没有那么一丝丝好奇吗?猫怎么可能又死又活呢?那是一种什么样的状态?是一秒钟死下一秒钟活吗?还是病怏怏的像死了又没死?


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 薛定谔的猫是一个思想实验。这意味着两点:第一、薛老师不是虐猫狂魔;第二、这个实验的比喻意义大于实际意义。你在语文课上也许造过这样的句子——“今天风真大,好像有一只嘴巴像地平线一样宽的猴子对着地球打了个喷嚏”——这不意味着真的存在那么大的一只猴子。

 

薛老师只是想借这只猫比喻一下量子力学里的叠加态。


为了说清楚这个著名的比方,我们先来打个不著名的比方(当然这也只是个比方)。


如果你把一枚硬币扔到空中,那么你会知道,它有一半的可能正面朝上,有一半的可能反面朝上,但在它落地之前,你无法知道最终到底哪面朝上,你知道的只是两种结果出现的概率。此时,硬币的状态就有点像叠加态。



假设硬币正面朝上,盒子里的毒气会被释放,盒子里那只薛定谔的猫会死,而硬币反面朝上,盒子里的毒气不释放,薛定谔的猫不死。那么这只猫到底会怎样,我们当然要等硬币静止了才知道。如果它一直在半空中翻滚,我们就无法知道这只猫的命运。

 

你可以把量子力学所描述的粒子理解为一种神奇的硬币,你不看它的时候,它会一直在半空中翻滚,一旦你看它了,它就会迅速落地,在多种可能之间让你看到一个明确的结果。


回到薛定谔的猫,这就意味着,你不看,硬币就不落地,猫的生死就是个谜。硬币在空中翻滚,时而正面朝上,时而反面朝上,于是猫不死不活,又死又活。一旦你去看了,硬币就落地了,薛定谔的猫不是死了,就是活着。

 

诗人说,你爱或不爱,爱就在那里,不增不减。到了量子力学这里,你看,粒子就在那里,你不看,它就不知道在哪里。这样一看,显然还是爱比较大方。



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如果你依然觉得这一切无法理解,那也没什么。薛老师也觉得这很扯。薛定谔之所以会提出这个关于猫的思想实验,其实是为了说明量子力学不够靠谱——一只猫又死又活,还有什么比这更荒谬呢?

 

量子力学确实很奇怪,很多很厉害的科学家都觉得无法理解。爱因斯坦就说过,上帝不扔骰子,而薛定谔说过,爱老师说得对(误)。

 

在当年关于量子力学的学术论战中,爱老师和薛老师同属一个阵营。他们认为,粒子本身不存在什么诡异的特点,那些诡异的结论只能说明人们还不够了解它们。他们的对面是海森堡、玻尔等另一群大神。对于爱因斯坦的反对意见,海老师的回应是,不要告诉上帝怎么做。言外之意就是,子非上帝,安知上帝不扔骰子?



哪边赢了呢?简单粗暴地说,爱老师和薛老师输了。技术日新月异,人们不断发现,玻尔和海森堡一派对微观粒子的描述更加符合实验观察到的结果。


从某种角度来说,薛定谔的猫也成了一个梗。薛老师本来想用这个思想实验说明粒子不可能这么奇怪,但实际上它就是这么奇怪。



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那么,微观粒子到底为什么这么奇怪呢?科学家还在研究。人们围绕着这种不确定性提出了若干种不同的解释,其中最有名的一个解释,大概是平行宇宙。

 

根据平行宇宙的理论,薛定谔的猫其实不止一只。每一种随机的结果都会出现,只不过不同的结果出现在不同的宇宙中,不同的宇宙之间是平行的,一个宇宙里的居民无法直接感觉到另一个宇宙的存在。也就是说,把猫放入生死随机的境地之后,人们再去观察这只猫时,宇宙就“分裂”成了两个,一个出现死掉的猫,一个出现活着的猫。


如果这是真的,那么我们每一个人都是薛定谔的猫。



你可以想一想,从小到大你遇到过多少随机事件?也许你偶然学了现在的专业,也许你偶遇了现在的对象,也许连你能出生这件事也是偶然。如果平行宇宙真的存在,那么在另一个宇宙里,你也许是个艺术家,你的对象也许是个明星……当然,这是幸运的情况,在不幸运的宇宙中,你的父母也许没有结婚,你也许压根儿就不存在,也许在某些平行宇宙里,人类全体都不存在。

 

宇宙中每时每刻都在发生很多概率性的事件,如果每个概率性的事件都会导致宇宙分裂,那么平行宇宙的数量将趋近无穷。

 

这听上去简直比薛定谔的猫又死又活更加奇怪,但这确实是一种可能。


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我们是否可以寻找甚至利用平行宇宙?这是一个有趣的问题。这就像在问,薛定谔的猫会不会自己跑出盒子,干预实验。

 

这当然不会是个容易的过程,不要说去找,就连我们能够看到的世界都是有限的。光子进入我们的视野,我们才能看到发出光子的物体。宇宙138亿岁,我们只能看到奔跑了138亿光年的光子所呈现的图像。但这又不能直接等同于138亿光年的范围,因为宇宙本身并不是静止不动的,它在膨胀。


事实上,我们所熟悉的常规物质只占全宇宙的5%左右。暗能量占据了宇宙的68%左右,暗物质占据了宇宙的27%左右。在这个我们本以为熟悉却意外变得陌生的宇宙中,还有虫洞、黑洞等等奇特的存在,还可能有我们无法感觉到的第N维。地球之外,是一个广袤而诡异的怪诞世界。



但这不是人类止步的理由,而是让我们燃起探索欲的起点。


薛定谔的猫是1935年提出的思想实验,距今不到一百年。在此之后二三十年,平行宇宙学说出现。人们确信暗物质和暗能量存在,是20世纪80年代之后的事了。紧密相关的量子物理和现代宇宙学都是非常年轻的学科。对于它们来说,最精彩的旅程刚刚开始。


你难道不想和它们同行吗?

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