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第五卷《神仙与佛陀》十二  薛定谔猫和延迟效应

(2014-08-23 18:06:20)
标签:

光子

反射镜

量子态

实验

薛定谔猫

分类: 讲史(那些逝去的美好)

薛定谔猫,那真的是一只神奇的猫。

 

这只神奇的猫——如果真的存在的话,它也许是第一只生活在量子态的猫。

 

薛定谔猫,源于薛定谔这位物理学家在自己的头脑中做的一个实验。

 

在这个实验中,他把一只猫关在笼子里,笼子中有一个装满了毒气的瓶子,一个放射性的原子,以及一个检测辐射的检测装置。毒气瓶子封了口,锤子在瓶子之上,随时会砸下来,而控制锤子的,则是那个检测装置。如果这个原子在一定时间内发生衰变,那么检测装置检测到辐射了之后,就会启动锤子砸下来,猫就被毒死了。如果在一定时间内没有发生衰变,那么猫就不会死。

 

假设这个原子一个小时内发生衰变的可能性是一半的话,那么一个小时后,这只猫是死是活呢?答案是不知道。猫有可能是死的,也有可能是活的。用物理学家的话说,猫是处于半死半活状态的叠加,人称量子态。

 

有童鞋说了,想知道猫是死是活,打开笼子不就知道了?错。一旦笼子打开,量子态将发生坍缩,猫是死是活,就与观察者有关了。因为,那个量子态的原子,会因为观察者而发生坍缩。

 

有童鞋又说了,我不打开笼子,用其他办法得到状态可不可以?不可以。不管你用什么方式观察,哪怕只是用意念,量子态也会发生坍缩,从一个不确定的状态变成一个确定的状态。

 

这真的是很神奇的,不是原子在动,不是锤子在动,而是我们的心在动,猫是死是活,全在我们一念之间。这一定是哪里出了问题。

 

但是,但是即使从数学角度来看,这个实验也是可行的,因为用于描述波粒二象性的波函数就会因为外界的作用而发生坍缩。波函数本来是以概率方式存在的,但一旦有外界的任何作用,波函数将发生突变,变为其中一个本征态或有限个具有相同本征值的本征态的线性组合。这就是波函数的塌缩现象。

 

这就是说,即使我们不用眼睛,不用耳朵,仅仅是用最精密的仪器,我们所看见的世界,仍然有着我们主观的烙印。这个世界是什么样子,是波,是粒子,是更为基础的夸克,是更更为基础的超弦,都是我们主观的分别,是我们想象的产物,是我们对世界的解释,是微观世界在我们主观落下的投影,而当我们基于这种想象中的投影去观测的时候,自然会因为观察者的不同观测方式,产生完全不同的结果。就是说,即使是在我们所以为最最客观的物理实验中,我们仍然生活在主观世界之中。

 

而另一个叫做延迟实验的现象,则用一种超越时空超越因果的方式揭示了这一点。

 

那是一个基于双缝实验的增强版的实验。

 

双缝实验的神奇之处大家都晓得的,而延迟实验则更为神奇。

 

这个实验用一个四十五度角的,半镀银的反射镜代替双缝。因为是半镀银,所以光子一半的可能性会直飞,一半可能性被反射。再在两条可能的路径之中加上两个全反射镜,它们就变成两条最终汇集到终点的路径。这样在终点处,就可以用两个探测器检测光了到底是经过哪个路径了。光子经过哪个路径,完全取决于通过那个半镀银反射镜时,会发生什么了。理论上来说,光子只会在一个探测器上检测到。

 

接下来更精彩的部分开始了。我们接下来在其中一个路径的终点处前再插入一个半镀银反射镜,以使其发生自我干涉。通过相位的调整,还可以让其发生抵消,这样在终点处就将无法检测到这个光子的到达。如果发生这种情况,显然地,根据量子理论,光子必定会在另一个探测器处被检测到。

 

至于这个终点处的半镀银反射镜是否插入,可以在光子已经通过那个半镀银的反射镜之后再进行。理论上说,这个时候,光子是被反射还是直飞,或者说,选择哪一条路径,已经被确定,如果光子选择的正好是加过干涉的那条路径,应该是无法在另一个探测器上被检测到。

 

见证奇迹的时刻到来了。现在的结果是,不管你如何试验,只要你插入那个终点处的反射镜,光子只会选择另一条路径。也就是说,现在的行为改变了过去的事情。

 

有童鞋可能要说了,这可能是因为时间太短,实验不精确吧。可哪怕你把这两者的距离拉得非常长,长到了光子要花很久才能到达终点,这个实验还是正确的,这个实验在宇宙尺度上是得到了证实的,的确是现在的行为改变了过去的事情。

 

这怎么可能?如果不是因果律都发生了崩塌的话,那就只有一种可能,就是实验表现出的结果,正是由我们的观测而生。我们有什么样的观测,自然有那样的结果。

 

或者就象玻尔说的那样,“任何一种基本量子现象只在其被记录之后才是一种现象”,在被记录之前,它是没有意义的。也或者就象这个实验的提出者惠勒所说的,虽然宇宙的行为在道理上讲已经演化了几百亿年,但某种“延迟”使得它直到被某个高级生物所观察才成为确定,我们的观测行为本身参与了宇宙的创造,此之谓“参与性宇宙”模型。

 

这个“参与性宇宙”模型是上世纪八十年代被提出的。如果它被提出的更早一些,或许会引起当年那些狂热的唯物主义者更强烈的批判吧。从某种意义上说,那些唯物主义者是更加严重的唯心,他们相信他们所相信的那个主观世界,并且以为那就是唯一正确的客观世界。反倒是很多看上去唯心的学说,更为唯物一些,因为他们至少认为客观世界的主观烙印无法摆脱,他们至少认为脱离任何观察者的确定的客观世界,是不存在的,所以大家看上去互相矛盾,互不相容的结果,其实正是某种程度上的必然,也是某种程度上的必须。

 

既然我们所以为的客观世界,色彩,声音,形状,价值,意义,乃至时间,空间,确定性,没有一处不打着我们主观的烙印,没有一个不是因为我们的主观而确定,既然我们事实上的确生活在主观世界里,那么解决我们的人生问题,从客观世界入手,实在是缘木求鱼,如追逐物体投到墙上的影子,只能是越行越远,徒生烦恼,反倒是从主观世界入手,才是正途吧。那么我们的主观世界,又是些什么呢?

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