薛定諤的貓的解釋有很多版本,誰對誰錯還在爭論。其中,哥本哈根學派的所謂正統解釋說,在觀察之前,貓處於壹種死與生的雙重疊加狀態——貓既是活著的,也不是活著的。事實上,這並不違反排中律(至少不是直接違反),因為排中律只說“...不可能兩者同時都是假的……”並且不排除“兩者同時為真”的可能。直接明顯違背“既生又死”的應該是矛盾律——壹只貓不可能既死又不死(第二個公式)。
量子力學核心原理之壹的態疊加原理說,系統可以處於多個本征態的線性疊加態。如果這裏的“系統”指的是微觀系統,比如電子和其他粒子,大多數科學家認同態疊加原理的正確性;如果是指宏觀體系,比如死貓和活貓,爭論就很大了。妳說的“疊加態即使客觀存在也是不可觀測的”是不對的。正是由於相同條件下的系統經過反復觀測可能得到多種結果的觀測事實,我們才被迫斷言系統在觀測前處於疊加態,即疊加態是壹種因客觀現實的觀測結果而不得不接受的狀態。我們怎麽能說它不可觀察呢?誠然,疊加態壹被觀測到就被破壞了,但這不就意味著疊加態可以被觀測到嗎?如果不可觀測,怎麽會被觀測破壞呢?所以人類經驗中沒有疊加態,經驗中只有本征態。如果去掉“因此”,基本上是對的。是因為日常經驗中不存在“在相同條件下多次觀察同壹個系統,卻有可能得到各種結果”這種情況(擲骰子等條件不屬於“相同條件下”,因為每次擲的條件略有不同),所以“人類經驗中沒有疊加態,經驗中只有本征態”。這個事實和妳之前說的沒有關系:”...疊加態壹被觀測到就被破壞了”。
暫且先來看看微觀系統的疊加與矛盾律的關系。舉個例子,壹個電子同時在北京和倫敦,看起來很奇怪,也不可能,但在現實的微觀世界中卻真的有可能!這是否違背了矛盾律?看似矛盾,因為“同時在北京和倫敦”相當於“在北京不在北京”和“在倫敦不在倫敦”的組合,兩者都違背了矛盾律。但是真的矛盾嗎?我覺得重點是矛盾律指的是“同壹個物體……”,北京和倫敦的那個單電子真的是同壹個電子嗎?
量子場論是將量子力學與狹義相對論和場論相結合而發展起來的,認為真空不是空的,它是壹個充滿各種場或粒子基態的熱鬧非凡的地方。真正的電子是電子場的激發態,電子場的基態是無數個虛電子(突然產生又很快消失,儀器無法直接探測到,所以稱之為“虛”)。北京的壹個真實電子,可以在測不準原理(量子力學的另壹個核心原理,也叫測不準原理)允許的時間內,把能量拱手讓給真空,從而從激發態回到基態——虛電子態;同時,倫敦的壹個虛擬電子可以把能量借給真空,把自己變成壹個真實的電子。如果這個新誕生的真實電子借助遠超光速的神秘非局域量子效應,及時“通知”北京的真空,它不需要歸還原真實電子遞過來的能量(這種效應已經被實驗證實),那麽從表觀效應來看,電子似乎瞬間從北京跳到了倫敦!當然,也有可能是“通知”沒有發出或傳輸,那麽北京的真空會及時將能量返還給虛擬電子,使得真實電子再次出現在北京;倫敦的真電子也及時把能量還給真空,回到了虛電子態。就像什麽都沒發生壹樣。
如前壹段所述,它實際上涉及到兩個物體——兩地之間不斷交換的虛電子和實電子,還涉及到它們之間無限高速的神秘交流。這不是矛盾律定義的同壹個對象,所以不違反矛盾律。既然好像有兩個電子,為什麽叫壹個電子?因為神秘的通信保證了如果在北京探測到壹個電子,倫敦對應的電子必須處於基態的虛電子態,不會被倫敦的儀器發現,反之亦然。正是在這個意義上,它們真的只是壹個真實的電子!
在保證矛盾律中每壹個概念都有明確含義的前提下,我認為是普遍適用的。問題是,“同壹對象”、“同壹時間”、“同壹條件”這些概念在陌生的微觀世界裏變得模糊而微妙,再去肯定它的絕對成立似乎有點無力。
回頭看看那只貓。我再多說幾句關於生與死的話:這兩種宏觀狀態實際上對應著微觀狀態的大量不同組合,它們之間沒有明顯的界限。現在公認心臟驟停不是死亡的標誌,腦死亡才是;腦死亡包括各種大腦功能的同時喪失。可想而知,這些大腦功能不會突然壹起消失。很有可能是壹個神經元或突觸中的某些分子壹開始無法完成原來的功能,然後這個神經就失效了,然後擴散到更多的神經...簡而言之,生與死的距離其實很近,對應微觀狀態的不同組合差異可以很小。
貓中的每壹個電子、質子等基本粒子都可以處於“虛實頻繁交換,所以狀態不斷變化”的疊加狀態,每壹個粒子的每壹個狀態都可以和其他所有粒子的所有狀態以幾乎無限的方式結合。這些微觀配置壹部分對應死亡,另壹部分對應生命;這兩大陣營中的大部分配置相差很大(對應我們平時對生死的理解),小部分相差不大(對應剛死的狀態)。貓的生死疊加狀態,其實就是無數微觀構型之間的疊加狀態。這真的可能嗎?
相當壹部分人認為這是不可能的。因為所謂的觀測,無非是觀測儀器與研究對象在壹定程度上的相互作用,而這種相互作用會將疊加態坍縮到某個本征態;貓體內的許多粒子之間並不缺少相互作用,而這種相互作用“積累”到壹定程度,就相當於某種觀察,讓貓自動崩出“生死”狀態。至於積累到什麽程度,如何積累,現在還不得而知,但我更喜歡這種觀點。
我覺得列寧對物質的定義還是適用的,但是它的價值似乎不大,因為“客觀”很難定義,尤其是在量子力學中,主觀和客觀似乎更加糾纏不清,難以區分。
在量子力學的框架內,世界的壹部分原則上必須是不可知的。比如北京和倫敦的電子,對於某次觀測,我們無法準確預測它是出現在北京的儀器上,還是被倫敦的儀器捕捉到。我們只知道相關概率。
然而,量子力學是終極原理嗎?19年底,大部分科學家以為自己掌握了宇宙的意義,卻被相對論和量子論的風暴嚴重修復。誰這麽有信心保證終極原則?
如有問題,請繼續討論。