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用“女朋友的滚”来解释“薛定谔的猫”很不恰当

(2018-01-04 23:02:47)
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财经

陈思进

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杂谈

分类: 科幻科普
由于当下国内媒体人(自媒体也是媒体)的传播力远超科学家,所以,希望媒体人能够多做功课(顺便提一下,“得到APP”上对以比特币为代表的虚拟代币的“科普”,也有很多明显的硬伤);另一方面,更希望科学家能够加强科普教育,最好使用老百姓听得懂的语言,来精准地进行科普。  
 
用“女朋友的滚”来解释“薛定谔的猫”很不恰当
——浅谈精准科普之重要性
/陈思进

20世纪最大的科学成就,应该说除了相对论,就是量子力学。相对而言,相对论可谓仰望天空,与人们的关系并不那么直接,而量子力学的应用,则直接改变了我们的生活,从激光、电子显微镜、原子钟,到核磁共振的医学图像显示装置,都运用了量子力学的原理和效应。特别是对半导体的研究导致了二极管和三极管的发明,更为现代电子工业铺平了道路。

 

这样说吧,如果没有量子力学的应用,手机、电脑和互联网都将不复存在,我也不可能敲打键盘写文章了。  

 

而在量子力学的科普中,最著名的恐怕就是“薛定谔的猫”(英语:Schrödinger's Cat),这是奥地利物理学家埃尔温薛定谔于1935年提出的一个思想实验,目的是用这一思想实验来讨论“EPR佯谬”的。而“EPR佯谬”是以爱因斯坦为首的三个物理学家,针对量子力学的哥本哈根诠释,质疑量子力学的不完备性的。 

 

那年的88日,爱因斯坦在写给薛定谔的信件中,提出了一个“粗略宏观案例”:一桶不稳定的火药,在经过一段时间后,这桶火药会处于爆炸与不爆炸的叠加状态。 

 

为了进一步说明这个现象,薛定谔在回信中,将叠加态转移至大尺度系统上,提出了后来著名的“薛定谔的猫”的思想实验。

 

尽管这个“猫”已经非常著名了,不过,还是再先简单地介绍一下,以便不太清楚的读者也有所了解: 

 

把一只猫、一个装有氰化氢气体的玻璃烧瓶和放射性物质放进封闭的盒子里。当盒子内的监控器侦测到衰变粒子时,就会打破烧瓶,杀死这只猫。根据量子力学的哥本哈根学派的诠释,在实验进行一段时间后,猫会处于又活又死的叠加态。可是,假若实验者观察盒子内部,他会观察到一只活猫或一只死猫,而不是同时处于活状态与死状态的猫。 

 

这个思想试验起到了传播量子力学的作用,让大家知道了量子具有叠加态、会纠缠(量子纠缠),还让大家认识了还有“多世界”等其他量子力学的概念,更让不少普罗大众得知了,哥本哈根学派的诠释早已被科学界主流所接受。不过,“薛定谔的猫”毕竟还是颠覆了大家对这个世界的常识理解。  

 

为了使普罗大众能够进一步的理解,有一个“女朋友的滚”的说法,非常流行。前些日子,罗辑思维的罗先生也试图用“女朋友的滚”来解释“薛定谔的猫”: 

 

如果女朋友让你“滚”,她其实是处在真的让你滚、和让你过去拥抱她,这两种心理状态的一个“叠加态”。你的下一步行动——用物理学的话叫“观测”——将会使这个叠加态塌缩到一个固定的状态。你要是真滚了,她可能就是真的想让你滚;你要是过去拥抱她,她可能就认为自己原本就是想让你拥抱她。 

 

罗先生几乎没有知识盲点,在这儿,用一个现实生活的场景为例,其本意是想让大众比较容易地理解深奥的量子力学,从这点而言,一定是非常有效的,使更多的人至少通过“女朋友的滚”,对“薛定谔的猫”有所了解,并开始接触到量子力学。而且,罗辑思维的影响力巨大(我也是铁粉),肯定有好多人都相信了罗先生的说法。

 

   那么,用这样的说法来解释这个思想试验,是不是正确呢?

 

       遗憾的是,严格来说,用“女朋友的滚”来解释“薛定谔的猫”,并不精准。因为两者的关键区别在于:在“薛定谔的猫”中,量子叠加态的塌缩结果是完全不可控的,也就是说,物理学家就算满怀良好的祝愿,也不能让猫塌缩成“活”,或“死”的可能性增加一分;而你,却可以左右你女朋友的“波函数”,即你的行动可以改变你女朋友对你的态度。

 

再说回“薛定谔的猫”。薛定谔的本意是用它来揭示量子力学的哥本哈根学派诠释的荒谬之处。那个时候,几乎所有具有一般“常识”的人都认为那只“猫”必死无疑。可是到后来才发现,这只“猫”非但颠覆了大众的常识,甚至嘲弄了包括爱因斯坦在内的一群最高智慧的科学家。

 

因为,最后的实验结果证明,在这只“猫”的身上,坍塌的不只是“波函数”,而是宏观世界的因果律,只剩下一连串的概率波。这只猫的确既死又活、生死叠加。

 

也就是说,“薛定谔的猫”已不再仅仅只是一个科学实验,这只“猫”让科学家第一次感受到了另一个完全不一样的世界;同时,也使大众开始渐渐地意识到,微观世界的运行规律与我们平时生活的现实世界是不尽相同的。

而这可能恰恰正是大众对于“薛定谔的猫”最可能的误解。要特别强调一下:量子力学描述的是微观世界物质的规律,在宏观世界中并不存在叠加态,而我们的意识更不可能参与其中使叠加态坍塌。

因此,可以这样说,用“女朋友的滚”来解释“薛定谔的猫”,是不恰当的,反而曲解了这个思想试验的初衷。 简而言之,“薛定谔的猫”是在试图描述微观世界,而“女朋友的滚”不过是现实世界中的一个选择的问题而已。

 

这在很多其他的科学问题上,都出现过类似的状况。比如,近来一些网文,如《物理学步入禅境:缘起性空》、《再谈物理学步入禅境》和《量子意识:现代科学与佛学的汇合处》,由于借用了某一个大科学家之言,又点到了国人的“痛点”,便在微信中流传甚广,经常被刷屏。

 

但是,很多物理学家指出,这些文章误导了公众对物理学的认识,因为,量子力学并没有否定客观世界(这将另文详谈),这与“薛定谔的猫”一样,并非由于你的观察而改变它的状态。 

 

由于当下国内媒体人(自媒体也是媒体)的传播力远超科学家,所以,希望媒体人能够多做功课(顺便提一下,“得到APP”上对以比特币为代表的虚拟代币的“科普”,也有很多明显的硬伤);另一方面,更希望科学家能够加强科普教育,最好使用老百姓听得懂的语言,来精准地进行科普。 

(注:从物理理论而言,微观量子世界和宏观世界并不存在一条明确的边界,如超导也具有叠加态。不过,文中所指的宏观世界,是指像人体、猫这样的宏观经典世界,迄今为止,并没有发现它们也具有叠加态。)

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