量子論的幽靈：正確認識薛定諤的貓

摘要：對薛定諤的貓的解釋，涉及到哲學的基礎和認識論，薛定諤的貓的問題讓我們對思維方法方式有了一個更深的理解，或許這可以帶來一場新的思想變革。

薛定諤的貓態

生死疊加態的貓

薛定諤的貓是薛定諤提出的關於量子力學不完備性的一個思想實驗，它的內容是這樣的：在一個與外界隔絕的暗箱中設置一個放射源裝置，放射源的衰變可以用量子力學的波函數來表述。而一旦放射源衰變，則放出的中子可以觸發一個開關使裝置放出毒氣。在暗箱中還放一隻貓進去，這樣，一旦元素衰變，就會導致貓的死亡。現在，問題出現了，按照量子力學的哥本哈根解釋，如果沒有觀察，該衰變元素是處於量子態的，量子態就是說該衰變元素處於“衰變-未衰變疊加態”。那麼貓也是處於“死-活疊加態”，這個理想實驗的巧妙之處，在於將微觀與宏觀聯繫起來，使量子力學的微觀不確定性變為宏觀不確定性；微觀的混沌變成宏觀的荒謬——貓要麼死了，要麼活著，二者必居其一，不可能同時既死又活！

薛定諤其人

薛定諤貓的思想實驗

如果我們不揭開暗箱的蓋子，根據我們在日常生活中的經驗，可以認定，此貓或者死，或者活，這是它的兩種本徵態。但是，根據量子力學，我們用薛定諤方程來描述薛定諤貓，則只能說，它處於一種活與不活的疊加態，我們只有在揭開蓋子的一瞬間，才能確切地知道此貓是死是活，此時，貓的波函數由疊加態立即收縮到某一個本徵態。這與我們的日常經驗嚴重相違。薛定諤挖苦說：按照量子力學的解釋，箱中之貓處於“死—活疊加態”——既死了又活著！要等到打開箱子看貓一眼才決定其生死。看起來很荒謬，但其實薛定諤不過是向人介紹了量子力學的觀點，在微觀世界裡，哥本哈根解釋確實是符合實驗結果的，是對實驗合理的解釋，量子的“貓”確實是既死又活，它還能同時存在於箱子裡面和外面，甚至還會跑到月球！

對於量子力學所帶來的世界觀的改變，在我看來是再也正常不過的了。如同相對論改變了人們對時間空間的看法，量子力學終將導致人們對物質、因果、認識這些最基本的概念的再思考。

如何正確認識薛定諤的貓

解釋量子力學帶來的思維困境，有必要重新審視一下規律和認識之本身。在哲學上，作者是傾向實證主義的，對唯心唯物的爭辯感到無關緊要，但隨著物理規律的深入，不可避免地涉及到了最底層世界本源的討論。實證主義沒有對世界的本源作出說明，也沒有完整的體系，因此是不完善的，這裡只用實證主義的合理內核來解釋薛定諤的貓的問題。

一直以來，人們總是不斷探索世界，總結規律，從而推動著社會的進步和發展。一個人也是如此，我們觀察世界，從出生到死亡，無時無刻不在感知，感知之後便會思考，那些感知最多的習以為常的東西我們便稱之為平常。

可是，這裡出現了一個問題，那就是，當一些東西在感知之外的時候，它們是如何存在的呢？

舉個最簡單的例子，我面前桌子上有一個蘋果，當我不看它的時候，這個蘋果會處於什麼狀態呢？這個問題或許很多人都不屑於回答，根據日常經驗，他們自然而然認為蘋果依舊會靜止不動地在桌子上。其實，之所以認為蘋果依舊在桌上，最根本的是因為觀察，是的，是觀察或者說是認識。我們可以目不轉睛，也可以十秒一次來觀察這個蘋果，它是不動的。不止蘋果，所有跟蘋果一樣的受力平衡的靜止物體都是不動的。我們成百上千次乃至一生、幾代人、整個人類歷史都觀察這受力平衡的靜止物，它都是不動的（誇張點這麼講，實際不會有人會在這上面下工夫的）。於是得出結論：蘋果是不動的。結論也得到了一次又一次的驗證，似乎一切理所當然的如此。然而，我想指出的是，不管看起來怎樣真實和理所當然，這一切依然是建立在觀察之上的。沒有觀察的時候的一切依然只是想象和猜測，這些猜測得到了驗證，但驗證依然是觀察，只能說這個假設符合這個觀察，不能絕對說這個假設就是絕對的客觀真實。那麼，可以說，物質、規律、世界，都是認識的恆久假設（我們經觀察認為是這樣的，多次驗證依然是這樣的，我們相信下次驗證依然是這樣的），未感知物的狀態都是一種合理推斷。

不看月亮的時候，月亮還在嗎？

迴歸到薛定諤的貓的問題上來，我們的經驗、常識抑或科學（其實是認識的恆久假設）告訴我們，一隻貓，或者是死的，或者是活的，不可能處於既死又活的狀態。這是建立在我們堅實的觀察之上的，對未感知事物的合理推斷。這個推斷是如此的顯而易見和合情合理，以至於我們會認為它就是一種真實和絕對的客觀，但說到底它依然不過是一種推斷罷了。那麼，薛定諤的貓的生死狀態，以正常推斷來說，是生和死的二選一。

科學，本質也是由觀察提出的，可以被驗證的假設，驗證了，就成為了科學。量子力學，實際是通過微觀的實驗而得出的規律，說到底，也是一種假設和推斷，在微觀得到了驗證，其成果及推論符合實驗。而量子力學也很直白承認了這一點，稱其為統計規律。微觀粒子是波粒二象性的，具有不確定性，是各種可能性的混合疊加，這些結論在量子領域也是很合理的，是一種合理推斷，經過實驗多次的驗證，我們也有理由相信，這也是微觀的“真實”。這種推斷跟“受力平衡的靜止物不會運動”一樣，有著堅實的觀察和認識基礎，量子力學能發展到今天並取得如此成就也說明了這點。

問題的關鍵也在這裡，量子力學是通過微觀的觀察而得出的“真實”，而貓或死或活，是我們日常作為常識而知道的，是另一種“真實”，現在薛定諤將兩者扯到了一起。是兩個“真實”的碰撞嗎？世界有了矛盾？其實不是的，不管看起來怎樣真實，得到了多少次驗證，兩個都不過是推論，是對感知之外的世界的假想和解釋。打開箱子觀察的一瞬間，沒有矛盾，也沒有混亂，有的只是認識之本身，是實證之本身。

絕對的真實是不存在的

電影盜夢空間的陀螺

將量子力學的解釋領域擴大到我們所處的尺度也無不可，我們完全可以認為貓是既生又死的，有何不可呢？一切都是觀察的角度不同，打開盒子前貓作為觀察者自己狀態其實是確定的，這時貓和盒子等是一個體系，人是處於體系外的，人看來貓確實處於既生又死的狀態。而一旦打開盒子，波函數塌縮，也就是說此時的波函數的描述體系中加了一個人，人也是波函數描述的一部分，貓的狀態就確定了，用這套量子力學的解釋薛定諤的貓的問題也是沒有矛盾的，矛盾的只是我們拿日常經驗的解釋跟量子力學的解釋作對比。當然，如果拿日常的解釋去解釋微觀世界，也是不可思議和矛盾的，物理學的發展就驗證了這點。

薛定諤的貓沒有佯謬，矛盾的是我們自以為是去比較兩種對世界的解釋哪種才是“真實”。當我們認為日常經驗是一種真實的時候，量子力學就成了一種謬誤，反之亦然。真實本身，不過是觀察的影子，絕對的真實是不存在的。

電影黑客帝國 Neo眼中的世界

薛定諤認為薛定諤方程的坍縮是毫無理由的，並一直耿耿於懷，我卻覺得，坍縮的不是描述體系的方程，而是體系本身變化了，方程組接著發生改變。說白了，是由原先的一組方程組變成了一組方程組對另一組方程組的相對描述波函數方程。這中間是有個變換過程的。

有人會說，用量子力學來解釋微觀，宏觀用我們的經驗和牛頓力學，相對論解釋，各司其職，互不矛盾，哪用考慮這麼多？實際上，科學家也是這麼處理的，刻意迴避一些問題，而將精力用在應用上。我覺得這也是正確的做法，或者說最有益的做法，否則大家天天在爭吵也吵不出個結果。只是，這麼做雖然可以暫緩矛盾，但會阻礙進步，物理越往後發展越會凸顯這種矛盾。微觀與宏觀真的有界限嗎，以在本文的觀點，這種界限是不必要的，量子力學沒有矛盾，只不過是另一種解釋，打破一些底層概念的解釋。

那麼，薛定諤的貓現在在做什麼呢？請不要回答，你所有的回答都不過是推斷，也許，只有去看才知道吧。可我們去“看”的時候，還是剛才那個“現在”嗎？

參考文獻：

1. [美] 約翰·格里賓：《尋找薛定諤的貓》

2.錢伯初：《量子力學》

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