ZEPHYR WANG 色覺系
眼見風雲千檣
但作出抉擇的那一刻
卻相當沉悶和平凡
如果，從宇宙誕生開始，
一切都是被安排好的。
要不要努力，你自己看著辦吧
最近有個課題讓我深陷其中、無法自拔，導致我暫時無法寫出別的東西來。
很巧，前兩期引用過“薛定諤的貓”“雙縫實驗”“熵”，然後就看到了關於“薛定諤的貓有救了”和“量子力學的不可預測性被推翻”的論文、報道、討論。
簡直震驚。
一切要從這個叫“韶華”的抖音號說起。
這是個大二學生開的抖音號。一直在關注他，因為他確實講了很多聞所未聞，極有意思，又漲知識的東西。
Yale Quantum Institute麥克·德沃雷特
最近，他拿著耶魯大學麥克·德沃雷特的這篇發表在《自然》雜誌上的論文說了一段話，
我給大家梳理一遍：
「1814年，拉普拉斯妖被提出——
如果他知道此刻全宇宙的所有的物質以及他們現在所有的數據，就可以推斷出整個宇宙的過去和整個宇宙的未來。
於是，有人對拉普拉斯妖提出質疑——
1.所有生物的思維會影響拉普拉斯妖計算；
2.量子力學的不可預測性也就是隨機性，也是拉普拉斯妖無法進行預測的。
然而，2005年，海帶證明了物理變化和化學反應決定的人類的自由意志，即非生物部分的變化決定了生物部分。
而量子力學，也在今年6月，剛剛被證實它的隨機性是不隨機的。而是符合一個方程，即“薛定諤方程”。
可怕的事情來了——
既然生物是由非生物決定，即所有的生物的所有的思維可以被預測，量子力學的不可預測也被推翻，那麼是不是說——整個世界從誕生到滅亡的所有，都可以被測算出來。」
圖為韶華本尊
妖贏了？
瞬間，腦海裡飄過一位香港作家陶傑的話：
「當你老了，回顧一生，就會發覺：
什麼時候出國讀書
什麼時候決定做第一份職業
何時選定了對象而戀愛
什麼時候結婚……
其實都是命運的鉅變。
只是當時站在三岔路口，眼見風雲千檣，你作出抉擇的那一日，在日記上，相當沉悶和平凡。
當時還以為是生命中普通的一天。」
宿命論，你信不信？
科學的，哲學的，文學的……幾乎都可以在此處插一嘴。
那麼多深奧晦澀的話，其實就一句：
宿命論
你信不信？
反正，當我看到這個宿命論結論時，我內心是抗拒的。
因為我是一個不願意相信宿命的人。
實驗證明→量子躍遷可被預測→+之前物理化學決定自由意志→宏觀or微觀，物質都能決定意識→宇宙起始到結束的每一步都是已經安排好的→機械唯物主義
實驗證明→量子躍遷不僅可被預測，還能被逆轉→至少在微觀世界，人類意志還是可以改變結果→初中政治課上，馬爺爺說的主觀能動性→否定機械唯物主義
誰能告訴我，是我邏輯錯了，還是哲學沒學好？
人嘛，總是選擇性地去相信他願意相信的東西。反正我是這樣的，韶華應該也是。
所以我們各自尋求證據。
於是我上了垂類大佬聚集的知乎，花了3個晚上的時間，做了一回“科研”。
客觀上說，大部分的言論還是倒向——
耶魯大學的最新研究並沒有推翻量子力學的不確定性。
在這裡，我儘可能用通俗的話說一遍——
1.耶魯做了一個什麼實驗？
量子躍遷是可以被預測並改變的。
2.什麼是量子躍遷？
裂變、聚變、衰變……都是躍遷。
能級跳轉：電子從高（低）能級跳到低（高）能級，在光的照射下完成。
在原子狀態發生躍遷的同時，將放出（吸收）一個光子。
就好比：一個人從A跳到B，或從B跳到A，過程中放出或吸收能量，就看從AB兩地的高低。
你也可以理解：一個人醒著到睡著，或睡著到醒來……總之是兩種狀態之間切換。
3.為什麼有人說：薛定諤的貓有救了？
說貓之前，必須先說上回那個雙縫實驗。
哥本哈根認為所有微觀粒子都處在疊加態。
雙縫實驗就是：當你不觀察光子究竟是如何經過縫隙的時候，光子以波的形態同時經過兩條縫；但當你觀測它究竟如何穿過去的時候，它會在被觀測的瞬間選擇其中一條縫隙穿過。
“人為觀測會影響微觀粒子客觀狀態”？這個觀點成立，豈不是唯心論的天下了。
愛因斯坦和薛定諤不願意接受這個說法。
於是想盡辦法，把微觀世界的這種詭異現象聯繫到宏觀世界上來。
所以，有了薛定諤的貓——
準備一個不透光的盒子，把貓關在裡面，再放置放射性的物質，其中的原子會進行衰變。
衰變是隨機的，會被一個蓋革計數器測量到。
當被測量到時，它就會放電，放電後就會讓一個錘子下落，敲碎一個放有毒氣的瓶子。
根據哥本哈根的說法，如果我們不觀測它，放射性物質應當處在衰變和未衰變的疊加態。
以此類推：蓋革計數器也處在測到未測到衰變的疊加態→放電不放電的疊加態→錘子落下和不落下的疊加態→瓶子碎和不碎的疊加態→貓死和活的疊加態
一隻貓既死又活，怎麼可能？
不能理解？
那就對了。
這也是愛因斯坦和薛定諤所疑惑的，這也是量子力學的不完備。
它幾乎可以顛覆我們對這個世界常有的認識。
好，回到——為什麼他們說這隻貓有救了？
如果原子在衰變前可以被觀測到，甚至改變……
4.耶魯實驗想說：
一個人不是一下子睡著的，中間發出了困頓的信號，我們可以在他發出信號的時候吼他：喂！不許睡著！
波爾和海森堡曾說，這種跳躍是瞬間的。
拿之前那個宏觀世界的例子：一人從A突然到B，就好像從一開始，他就同時存在AB兩處。
而耶魯的麥克·德沃雷特它通過實驗發現，這種躍遷不是瞬間的，而是“有跡可循”。
看圖中粉色區域內灰色部分，就是跳躍前的“暗示”。它而不是從藍灰一下子到紅色的。
腦補一個畫面：
一個學生上課時開始眯眼睛、走神、打哈欠時，老師丟一個粉筆過去：喂！不準睡著！他就不敢睡著了，只能處於醒著的狀態
圖1
5.說完比喻，還是必須嚴肅一點，說一下實驗過程（覺得太燒腦可以忽略）：
實驗人工設計了一個擁有三個能級的原子，能級由高到低排列：B （bright亮態）/ D（dark 暗態）/ G 基態
（a）BD之間無法互相直接躍遷，必須通過G；（b）BG躍遷快，DG躍遷慢；（c）D與環境耦合度極低，不受環境干擾，躍遷概率低，穩定時間長，也無法直接觀測（不然怎麼叫dark呢）；（d）對B的觀測速度極快且極準確，得到觀測結果後能極快動作。
以此推出，BG來回躍遷，要麼穩定在D。
於是就有了上面那張圖1
藍灰紅分別代表原子處在BGD三個狀態。
當原子處在G態的時候，由於BG耦合的存在，可以看到原子在BG之間躍遷（B是人工引入的，D和G是躍遷發生的兩個能級，所以我們感興趣的是GD的躍遷）。
0—33us時，原子一直處於G態（藍灰交替）。
45us之後，原子處在D態（紅色），說明發生量子躍遷（G到D）。
但是，但是，但是，33us—45us的這12us裡，雖然原子仍處在G，但是我們看不到B（藍色）了。←這就是預警信號！
回頭看看這隻貓究竟怎麼了
如果在發生衰變（躍遷）前，我們找到了它即將衰變的信號，就可以阻止衰變的發生。貓因此不會死了。
可是，又是怎麼推出，整個宇宙從誕生之初到滅亡，我們下一秒要做什麼，明年此時在做什麼，都是註定的，都可以被預測？
換個問題：
知道我快睡著了，可你怎麼知道我什麼時候會打哈欠？
恕我才疏學淺，按我目前的理解：
·疊加態依然存在，貓依然既死又活；
·連續測量，隨著時間推移，就有了函數圖，但如果單次測量，間斷性測量呢？
·既不能證偽“人為觀測能影響結果”，也無法證明客觀決定主觀。
正感困頓時，林中來了高手
看看專業、半專業人士的解釋：
我覺得實在是有必要澄清一下。這個工作本身沒有推翻任何現有的量子力學理論！
實驗的所有結論都與理論學家用現有的量子力學理論預測預相符。
我不知道是哪家媒體的報道出現了偏差。他們是要負責任的。
解釋一下量子力學的隨機性和不連續性：
電子處在疊加態，那麼當我們測能量電子時，單次測量的結果只可能是G或D（結果不連續），單次實驗測出來的結果是G和D中的一個（隨機性）。
這篇文章的結論是：量子躍遷這一過程發生的時間雖然是隨機的，但發生前有預兆，而且躍遷過程連續。
這跟測量都沒關係啊！咋就被理解成推翻了量子力學的隨機性和不連續性？
連續測量下，此時和下一時刻測到的本徵態之間，具有“相關性”。這本身不是個稀奇事，也沒推翻隨機性。
波函數的演化，躍遷，仍然以概率的形式，連續觀測下確實可以對下一時刻的態進行預測，但若長時間不觀測，仍然沒法預測確切的態，還得拿概率說話。
The knowledge of the system on short timescales is not incompatible with unpredictable switching behavior on long timescales.
不確定≠無法預測
我不想用文糟糟的量子理論說服你們，反正大部分偏執者是真看不懂！
實驗沒有推翻不確定性原理，作者在最後還特意說只是證明了quantum trajectory theory。
實驗更多的貢獻在於對多種量子態的預測測量。
量子論並沒有證偽決定論（宿命論），當然也並沒有證明決定論。
宿命論這事，單憑現在的量子論真幹不了
大部分為了流量/利益，什麼都敢寫的某些自媒體，你們也敢信？
微觀粒子沒有經典物理中所謂的“軌跡”，沒有確定的運動狀態，不確定關係說的是動量和位置、能量和時間不能同時確定。
我們通過手段觀測一個粒子的運動狀態，得到一個結果，這個結果是因為我們的測量干擾了粒子的狀態（單次測量），使被測的物理量坍塌為一個確定值。但是多次測量的結果就不一定是同一結果了，這也是不確定關係的表現之一。
你們老想搞個大新聞，一個驗證不確定性的實驗居然在你們嘴裡就是推翻了。
外界觀測對粒子狀態不是沒有干擾，而是在最有利的情況下，干擾是測不準原理所預言的一半。
所以，別太激動——測不準原理還是對的。
斯坦恩博格說：“最後，你還是無法同時準確得知兩種量子態（動量和位置，能量和時間）。”
但實驗顯示，測量行為不一定是導致結果不確定的原因。
“如果系統中本身就包含了很多不確定性，那測量結果的不確定性不一定全部是測量行為導致的。”
所以，測不準，也許是天經地義的。即使測量沒有干擾，測量也必定有測量的誤差。
“無聊的人生不如死掉。”——北野武
反正我不願意接受世界沒有別的可能，
不能接受人類被奪去自由意志，
不能接受物質剝奪我們一念之差後的可能：
平行宇宙外的另一個我也許是一個了不起的物理學者。
哈哈哈！
不狂了，洗洗睡吧。
END
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文、圖：
ZEPHYR WANG
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