其他
提起薛定谔,很多人第一反应一定是那只生死未卜的猫咪——一只猫咪,被可怜巴巴地塞在密封盒子里,盒子里面有着少量放射性物质和一系列机关,放射性物质可能发生衰变也可能不发生衰变,如果发生衰变就会触发机关释放毒气,将这只猫咪毒死;而不发生衰变,这只猫咪就会活下来。在打开盒子之前,这只猫咪是处于“叠加态”的,也就是说,它既生且死。这下,黑白无常可要犯难了:这只小猫咪我们是要带走它还是不带走它呢?爱猫人士要看不下去了,准备对这种行为提出道德谴责。吃瓜群众也一脸懵逼:猫猫到底做错了什么,薛定谔为什么要对它下如此毒手?其实,“薛定谔的猫”只是薛定谔提出的一个思想实验,他假设存在这样一只被关进黑匣子里的猫,不是因为猫咪惹到了他,而是因为量子力学里面的哥本哈根诠释让他感到不满。不过drama的是,薛定谔搞这么一出,原本是为了给一直和哥本哈根学派叫板的爱因斯坦助阵的,结果这只猫最后却摇身一变,成了量子力学的“看山神兽”,真是让人哭笑不得。01“啊,这可恶的量子跃迁”20世纪初,英国科学家开尔文勋爵曾经发表演说,指出飘浮在物理学界上空的“两朵乌云”,一朵是光在太空中的运动问题,一朵是黑体辐射的问题。前者被爱因斯坦和他的相对论所破解,而后者则被以玻尔、海森伯等人为代表的量子力学所攻克。这两大开创性的理论都同样具有颠覆性的力量,但是看不惯量子力学的人也很多,一个是物理学泰斗爱因斯坦,另一个就是薛定谔。其实,按理说,打破了牛顿经典时空观的爱因斯坦还算是量子力学的总鼻祖,薛定谔提出的波动方程也奠定了波动力学的基础,成了量子力学的基本公式。但随着量子力学的不断发展,这两个人却渐渐觉得,量子力学的画风正向着越来越诡异的方向发展,比如这个看上去好像什么都说了,但又好像什么都没说的哥本哈根诠释——哥本哈根诠释认为,量子世界是充斥着不确定性的,微观世界中的粒子同时存在着两种截然相反的状态,即“有”或“无”是同时叠加于一个粒子之上的,我们无法利用实验设备精确测量。这个解释让二人觉得很扯,就像是女孩问她的男朋友,你爱我吗?男朋友回答,我爱你,我也不爱你,这样的男朋友不分手难道还留着过年吗?另外,许多量子现象都是不可思议的,电子的量子跃迁、不确定性测量关系、量子纠缠等等也都让爱因斯坦和薛定谔觉得太不靠谱了。尤其是量子力学所推论出来的“量子纠缠”现象,更是让爱因斯坦耿耿于怀。因为这种超距现象和爱因斯坦的竭尽捍卫的“定域性”相冲突,这种“定域性”是说,任何两个不在一个地方的事物要想用信号彼此联系,最快的信息传递也不能超过光速,它们无法实现隔空传播。定域性理论正是相对论的基石。如果量子纠缠是存在的,整个相对论的理论大厦都将为之倾覆。爱因斯坦和薛定谔都相信连续性和确定性,他们在哲学上十分欣赏斯宾诺莎,毕生致力于为宇宙探寻一个完整统一的解释,这种统一论认为在这个宇宙中,从来就没有偶然。而量子力学的种种诡异现象挑战了他们的这一底线,让他们渐觉忍无可忍。啊,量子力学你变了,不是我们当年认识的那个量子力学了。于是,爱因斯坦公然向玻尔喊话:“上帝不掷骰子。”薛定谔也宣称:“要是非得有可恶的量子跃迁,那我宁愿从未开始研究原子理论。”由于一拍即合,二人迅速在第五次索维尔会议上结为联盟。当年的“量子力学”群主和管理员,毅然决定退群,并向以玻尔为首的哥本哈根学派发起挑战。02决战量子之巅爱因斯坦与玻尔之间的四次大论战,可以说是20世纪物理学家影响最大、持续时间最长的一场论战。不过,虽说两派的“掌门人”都是世界级大师,但是这两边的阵容却过于悬殊了。玻尔这边可谓人才济济,海森伯、泡利、狄拉克等一众人都站在了波尔这边;相比之下,支持爱因斯坦的则几乎只有薛定谔。1926年,薛定谔开始打头阵了。他应波尔的邀请,到哥本哈根介绍他的波动力学,在结束的时候,薛定谔提出应该放弃量子跃迁的概念,代之以三维空间的波来描述围观客体的行为。也就是说,以传统的连续性观念,代替量子力学理论中的间断性概念。这一想法一经提出,立刻遭到了玻尔的反对,论战的序幕也由此拉开。为了驳倒哥本哈根学派,爱因斯坦先后设计了一系列巧妙的思想实验,但结果却一次次被玻尔一方“反制”。爱因斯坦先是设想了单缝干涉实验,用来说明量子力学不连续性这一说法的自相矛盾,但玻尔经过认真思考,指出了实验在测量时仪器对电子不可控制的干扰对实验结果的影响。爱因斯坦又派上了双缝干涉实验精确测量电子的动量,从而否定不确定性原理;结果玻尔却把爱因斯坦否认互补原理的理想实验变成了用互补原理说明波粒二象性的例子。爱因斯坦最后祭出了他的杀手锏“光盒子”,用来挑战能量-时间不确定性原理,但经过一晚上就被玻尔用爱因斯坦自己提出来的相对论找出了破绽......薛定谔看见自己的偶像和好朋友被这么多人“围殴”,实在看不下去了,他又一次坚定地站在了爱因斯坦一边,并表示,别怕,我来给你打辅助了!1935年,爱因斯坦联合同事波多尔斯基和罗森,三人联名发表了EPR文章,对量子力学发动总攻,意在说明量子力学的不完备性:“物体应该有实在的要素——准确的数值和性质,然而量子理论仅仅给出了概率。”薛定谔一看完这篇文章,认为这局马上赢了,立马给爱因斯坦写了一封贺信。“你公然扼住了教条式的量子力学的咽喉。”他写道。几周以后,他又高兴地补充说:“它就像金鱼池中的狗鱼,把每一条鱼都弄得心神不宁。”想到敌方阵营那群家伙即将灰头土脸的样子,二人觉得还不够过瘾,又想到用一个有趣的思想实验来嘲讽一下量子力学的支持者们。爱因斯坦向薛定谔阐述了一下他的实验想法——两个一模一样的密闭盒子,在其中一个盒子中放入一个球,在打开任一盒子之前,按常理来说,在第一个盒子中找到球的概率应该是50%。盒子里既有球同时又没有球,那你还说个球啊。不过这样的描述过于宏观,于是薛定谔决定将这个实验“改造”一下,为那群家伙们送上最后“一剂猛料”。就让它来结束这场闹剧吧!于是,一只从诞生起直至今日仍然生死未卜的猫就这样被推上了“战场”。不过,也许是由于薛定谔给这只猫创造的实验条件过于残酷,引发了猫的强烈不满,这只猫居然被玻尔阵营“策反”了,在量子力学支持者的手中,这只猫成了恰好揭示量子力学本质的存在,即量子叠加态原理。即便到现在,人们提起薛定谔,立马联想到的就是这只猫以及量子力学的不确定性原理,很多人甚至误以为薛定谔是量子力学的支持者。以子之矛攻子之盾,自己提出的实验又一次成了对方反制自己的武器,薛定谔这次真的是“我痛击我的队友”了。03薛定谔的薛定谔(嗯?这标题是在......套娃么?)其实,薛定谔本人,正如他的那只猫一样,充满了模糊性,过着极其矛盾的生活。这位戴着眼镜,有些书呆子气的教授,也具有多种对立观点的量子叠加状态。他的生活中阴阳叠加的特性开始于他年轻的时候。他从不同的家庭成员那里分别学会了德语和英语。他与许多国家有联系,而他对自己的祖国奥地利始终保持着至高无上的爱;他既不喜欢民族主义也不喜欢国际主义,希望完全躲开政治。他热爱新鲜空气和运动,但同时又是个“大烟枪”,经常让别人淹没在自己吐出的烟雾里。在正式的学术会议上,他会穿得像背包客那样步入会场。他称自己是一个无神论者,却经常谈论神的动机。在他一生中,曾有一段时间,他和他的妻子,以及他第一个孩子的母亲同时住在一起。他的博士研究是实验和理论物理学的混合体。在他职业生涯的早年,曾有一段很短的时间考虑转向哲学,不过很快又掉转头回到了科学上。后来,他还在奥地利、德国和瑞士的众多大学之间来回奔波。在他职业生涯的某个时刻,他甚至强烈地认为,应该抛弃因果关系论,接纳纯粹的随机性。几年后,在建立了确定的薛定谔方程之后,他又改了主意。他认为也许有因果法则。后来,物理学家马克斯.玻恩重新从概率的角度解释了他的方程。薛定谔在反驳了这一重新解释后,他又回到了概率的概念。在生命的后期,他的哲学轮盘再次转回因果关系的方向。对此,曾经与他合作的物理学家沃尔特.蒂林描述说:“他就像一直被追逐着:他的天才把他从一个问题追到另一个问题,20世纪的政治权力斗争把他从一个国家追到另一个国家。他是一个充满矛盾的人。”《爱因斯坦的骰子和薛定谔的猫》[美]保罗·哈尔彭