第三节 薛定谔的猫
因为量子力学太过违背经典物理学和人们日常经历到事物的常识,导致当初创建量子理论的重要贡献者(爱因斯坦、玻尔、海森堡、薛定谔)中的两个人极力反对对物质具有的量子奇异现象的解释。其中非常著名的就是薛定谔提出的对猫的假想思维实验。下面,论述这一实验。
首先,在原子中,电子像地球围绕太阳旋转一样在围绕着原子核旋转。对于电子在原子空间中的位置,由玻尔创建出的哥本哈根解释是说:“电子在原子空间中,是以波的形态扩散着的,电子的位置是非局域的。如果你非要去确定电子到底在哪里,那么你是无法做出准确预测的,你只能计算出电子有可能在哪里的概率。同时,如果你让电子跳到宇宙空间,那么电子在宇宙空间中的位置与在原子空间中的位置一样,是不确定的和概率的。”这就是量子力学中著名的不确定性原理和对概率的解释。
其次,爱因斯坦和薛定谔站在同一战线,他们说,人们之所以无法确定电子的位置,是因为还没有制造出精确的探测电子的仪器和手段。因为电子在原子空间中位置的不确定性——即电子的波函数(Ψ2)导致的效应是,放射性原子(原子核)何时会发生衰变的事件也是不确定性的和概率的。因此,为了说明对电子位置的不确定性和概率的解释是多么荒谬,薛定谔在1935年提出一个假想实验。下面,以容易理解的简化方式描述这个理论。
1. 想象一下,在一个密封的铁盒子中放进一只猫、一包放射性原子、一个可以探测到放射性α粒子的盖革计数器联动着一把锤子,锤子下面放着一个毒气瓶。
2. 这包放射性原子在一小时内会有50%的概率放射出一个α粒子。至于这包原子何时会发生衰变(放射出一个α粒子)是不确定的。
3. 如果发生衰变,那么α粒子就会触发盖革计数器,放下锤子,打碎毒药瓶,将猫毒死。
4. 现在的问题是,如果人们在盒子外面等上一小时,然后问:猫死了没有?
5. 按照爱因斯坦及薛定谔和一般人们的常识会认为:在打开盒子之前,放射性原子是否发生了衰变,进而决定猫的死活,无论如何都是已经被确定了的。就是说,猫的死活与一个人是否去打开盒子的事件没有任何关系。
如果按照玻尔的量子力学的奇异解释:在打开盒子之前,猫处于“死—活”的中间态,就是非死非活、即死即活的状态——如同非空非色,即空即色的状态。猫的死活,只有在打开盒子的一瞬间,才会被确定。清楚地说,是人们去“看”的这个动作决定了猫的死活。
如果承认玻尔的解释,那么你就得接受:物理世界的规律不再是单独存在和运作的,物理世界中的一切,依据一个人的“看”而得以存在和发生发展着。这就像是,在电子游戏中,游戏情境的出现是因其中的人物走到那里了,那里才得以呈现出来一样。
最终谁胜利了呢?众所共知:一开始的假想实验,已经在后来的实际检测中得到了确认。就是说,至今物理学上公认的所有实验,都证实了玻尔的解释,没有一次违背。而且人类已经根据量子力学的解释在科技上和医学上获得了空前的发展。
那么,这与明心见性又有什么关系呢?
高月明新浪博客:http://blog.sina.com.cn/gaoyueming123