怎样用简单的语言解释「薛定谔的猫」?
116年前的12月12日,马可尼收到横跨大西洋、人类史上第一个无线电信号的那一天。
似乎什么都没有改变。
包括马可尼自己,当时没有人能够想象,在接下来的一百多年,通信会把世界变成什么样子。
2016年8月16日,世界第一颗量子通信卫星「墨子号」从酒泉发射的那一天。
就像当年的马可尼一样,我们也无从想象,未来的量子计算与量子通信,终将带来一个怎么的魔法时代。
绝对安全的信息传输?
智商秒杀全人类的人工智能?
瞬移、穿越不再是科幻?
潘建伟教授的量子通信卫星上天了。
5年后,人人都会用无法破解的加密网络刷信用卡。你还觉得量子理论是象牙塔里的黑科技,和你的生活毫无关系?
让我们先从神秘的量子理论开始,解密量子通信。
这注定是一场不可思议的旅程。
如果你完全不懂量子力学,请放心大胆地往下看,我保证不用任何公式就能让你秒懂,连1+1=2的幼儿园数学基础都不需要。
如果你自以为懂量子力学,请放心大胆地往下看,我保证你看完会仰天长叹:什么是量子力学啊?
正如量子力学大师费曼所说:没有人懂量子力学。如果你觉得懂了,那肯定不是真懂。
在烧脑、反直觉和毁人三观方面,没有任何学科能够和量子力学相比。如果把理工男最爱的大学比作霍格沃兹魔法学校,那么唯一和量子力学专业相提并论的,只能是黑魔法。
然而,量子理论之所以如此神秘,并不是因为物理学家的故弄玄虚。其实,在量子理论刚诞生的摇篮时期,它只是一门人畜无害的学科,专门研究电子、光子之类小玩意儿。
而「量子」这个现在看来很厉害的名字,本意不过是指微观世界中「一份一份」的不连续能量。
这一切,都源于一次物理学的灵异事件。
百年战争
20世纪初,物理学家开始重点纠结一个纠结了上百年的问题:光,到底是波还是粒子?
粒派
所谓粒子,可以想象成一颗光滑的小球球。
每当你打开手电,无数光子就像出膛的炮弹一样,笔直地射向远方。
很多著名科学家(牛顿、爱因斯坦、普朗克)做了很多权威的实验,确凿无疑地证明了光是一种粒子。
波派
所谓波,就像往河里扔块石头,产生的水波纹一样。
如果把光看作是一种波,可以完美解释干涉、衍射、偏振等经典光学现象。
很多著名科学家(惠更斯、杨、麦克斯韦、赫兹)做了很多权威的实验,确凿无疑地证明了光是一种波,电磁波。
可问题是,波和粒子毕竟是两种截然不同的东西啊!
粒子可分成一个一个的最小单位,单个粒子不可再分;波是连续的能量分布,无所谓「一个波」或者「两个波」; 粒子是直线前进的,波却能同时向四面八方发射; 粒子可以静止在一个固定的位置上,波必须动态地在整个空间传播。
波与粒子之间,存在着不可调和的矛盾。
于是自古以来,塞伯坦星上的科学家就分成两派:波派和粒派,两派之间势均力敌的百年撕逼战争从未分出胜负。
很多人问我:科学家为什么要为这种事情势不两立,大家搁置争议、共同研究不就得了。
为了一个字:
信仰!
千面之神
且问你:《权力的游戏》中,信奉七神的维斯特洛人民,为何要与信奉旧神的关外野人拼个你死我活?
自古以来,人们为了信仰争端大开杀戒,早已不足为奇。
唯一的和谐社会可能是古希腊:他们的神多达百八十号,有管天上、有管地下,各路神仙各司其职,倒也井水不犯河水。
人称:希腊众神。
要命的是,科学家们信仰的神只有一个,而且是放之宇宙而皆准的全能大神。这位神祇的名字,叫作真理。
大到宇宙的诞生,小到原子的运转,科学家们相信,这个世界的万事万物都是基于同一个规律,可以用同一个理论,甚至同一套方程解释一切。比如,让苹果掉下来把牛顿砸晕的是万有引力,让月亮悬在空中掉不下来的也是万有引力。用同一个方程,既能算出地球的质量,也能让马斯克的猎鹰九号火箭上天,这就是科学的威力。
想要一个宇宙、两种规律?
对不起兄弟,别在科学界混了,您可以去跳个槽,比如竞选总统。
当然,科学家们没有谁敢自称是真理的代言人,就连牛顿谦虚起来都是这样的:「我只是一个在海滩上捡贝壳的孩子,而真理的大海,我还没有发现啊!」
就算是捡贝壳,捡的多了,说不定拼到一起就能窥见真理之神的全貌呢!
整个科学史,就像一个集卡拼图的过程。做实验的科学家们每发现一个科学现象,搞理论的科学家们就绞尽脑汁推测它背后的运行规律。不同领域的大牛把各方面的知识、理论慢慢拼到一起,真理的图像就渐渐清晰。
在20世纪初,光学的知识储备和数学理论越来越完善。大家逐渐觉得,这一块的真相总算有希望拼出来了——结果却发现,波派和粒派的理论早已背道而驰,还各自越走越远。这就好比你集了一辈子卡片,自以为拼得差不多了。这时突然发现,你拼出的图案居然和别人是不一样的,而且差的不是一点点!
是不是有种把对方连人带图都砸烂的冲动?
当时波派和粒派都坚信,自己手上的拼图,才是唯一正确的版本。
双方僵持不下直到1924年,终于有人大彻大悟:波or粒,为什么光不能两者都是呢?
也许在某些时候,粒子看起来就像是波;在另一些时候,波看起来就像是粒子。波和粒如同阴阳一般相生相克,就像一枚硬币的正反两面(波粒二象性),只不过我们一直以来都在盲人摸象、各执一词。
真理确实只有一个,但是真理的表现形式,会不会存在着多个版本?
难道真理就是那个千面之神,用千变万化的面目欺骗了我们如此之久?
灵异的实验
究竟是波,是粒,还是波粒二象,大家决定,用一个简单的实验来做个了断:
双缝干涉实验
双缝,顾名思义,就是在一块隔板上开两条缝。
用一个发射光子的机枪对着双缝扫射,从缝中漏过去的光子,打在缝后面的屏上,就会留下一个光斑。(等效于1961年电子双缝干涉实验)
在实验之前,科学家的推测如下:
第一种可能
如果光子是纯粒子,那么屏幕留下两道杠。
光子像机枪发射的子弹一样笔直地从缝中穿过,那么屏幕上留下的一定是2道杠,因为其他角度的光子都被板挡住了。
第二种可能
如果光子是纯波,那么屏幕上会留下斑马线般的一道道条纹。
光子穿过缝时,会形成2个波源。两道波各自震荡交汇(干涉),波峰与波峰之间强度叠加,波峰与波谷之间正反抵消,最终屏幕上会出现一道道复杂唯美的斑马线(干涉条纹)。
第三种可能
如果光子是波粒二象,那么屏幕图案应该是以上两种图形的杂交混合体。
总之,
两道杠=粒派胜;
斑马线=波派胜;
四不像=平局。
是波是粒还是二合一,看屏幕结果一目了然,无论实验结果怎样,都在我们的预料之中。
第一次实验:把光子发射机对准双缝发射。
结果:标准的斑马线。
根据之前的分析,这证明光子是纯波。OK,实验结束,大家回家洗洗睡吧。
粒派不服:我明明知道光子是一个一个的粒子!
这样,我们再做一次实验,把光子一个一个地发射出去,看会怎么样,一定会变成两道杠的!
第二次实验:把光子机枪切换到点射模式,保证每次只发射一个光子。
结果:斑马线,竟然还是斑马线,怎么可能?我们明明是一、个、一、个把光子发射出去的啊!
最令人震惊的是,一开始光子数量较少时,屏幕上的光点看上去一片杂乱无章,随着积少成多,渐渐显出了斑马线条纹!
光子要真的是波,那粒派也不得不服。
问题是:根据波动理论,斑马线来源于双缝产生的两个波源之间的干涉叠加;而单个光子要么穿过左缝、要么穿过右缝,穿过一条缝的光子到底是在和谁发生干涉?
难道……光子在穿过双缝时分裂成了两个?一个光子分裂成左半光子和右半光子,自己的左手和右手发生了关系?事情好像越来越复杂了。干脆一不做二不休,我们倒要看看,光子究竟是怎么穿过缝的。
第三次实验:在屏幕前加装两个摄像头,一边一个左右排开。哪边的摄像头看到光子,就说明光子穿过了哪条缝。同样,还是点射模式发射光子。
结果:每次不是左边的摄像头看到一个光子,就是右边看到一个。一个就是一个,从来没有发现哪个光子分裂成半个的情况。
大家都松了一口气。光子确实是一个个粒子,然而在穿过双缝时,不知怎么就会变形成两道波同时穿过,形成干涉条纹。
虽然诡异了些,不过据说这就是波粒二象性了,具体细节以后再研究吧,这个实验做得人都要精分了。
然而,就在这时,真正诡异的事情发生了……
人们这才发现,屏幕上的图案,不知什么时候,悄悄变成了两道杠!
没用摄像头看,结果总是斑马线,光子是波;
用摄像头看了,结果就成了两道杠,光子变成了粒子。
实验结果取决于看没看摄像头?
这不科学啊,做物理实验竟然见鬼了啊!
一个貌似简单的小实验做到这份上,波和粒子什么的已经不重要了,重要的是现在全世界的科学家都懵逼了。
这是有史以来第一次,人类在科学实验中正式遭遇灵异事件。
观察者魔咒
你还没看出灵异在哪里?
好吧,请先看懂下面这个例子:
电视里正在直播足球比赛,一个球员起脚射门——
「咔」暂停,你预测一下这个球会不会进?
在球迷看来:球进还是不进,和射手是不是C罗、梅西有关,和对方门将的状态有关,和裁判收没收钱说不定还有关。
在科学家看来:有关的东西更多,比如球的受力、速度和方向,距离球门的距离,甚至草皮的摩擦力、球迷吼声的分贝数等等。
不过,只要把这些因素事无巨细地考虑到方程里计算,完全可以精确预测三秒后球的状态。但无论是谁,大家都公认的是,球进与不进,至少和一件事情是绝对无关的:
你家的电视。
无论你用什么品牌的电视,无论电视的屏幕大小、清晰度高低、质量好坏,无论你看球时是在喝啤酒还是啃炸鸡,当然更无论你看不看电视直播——该进的球还是会进,该不进就是不进,哪怕你气得把电视机砸了都没用。
你是不是觉得,上面说的全都是废话?那么,仔细听好:
双缝干涉的第三次实验证明了,在其他条件完全相同的情况下,球进还是不进,直接取决于在射门的一瞬间,你看还是不看电视!
看还是不看,这是一个问题!
光子从发射器射向双缝,就好比足球射向球门;用摄像头观测光子是否进缝、怎么个进法,就好比用电视机看进球。
第三次实验与第二次的唯一区别,就是实验3开了摄像头观察光子(看电视),实验2没放摄像头(不看电视)——两次实验的结局竟截然不同。
这,就是观察者的魔咒。
难道说,不看光子它就是波,看一眼,它就瞬间变成粒子?
难道说,「光子是什么」这一客观事实,是由我们的观察(放不放摄像头)决定的?
难道说,对事物的观察方式,能够改变事物本身?
三观崩塌
在所有人懵逼的时候,还是有极少数聪明人,勇敢地提出了新的理论:光子,其实是一种智能极高的外星AI机器人。
之所以观察会导致实验结果不同,是因为光子在你做实验之前就悄悄侦查过了,如果发现有摄像头,它就变成粒子形态;如果发现是屏幕,就变成波的形态。
这个理论让我想起了传说中的:
难道机器人阿童木真的存在?(「阿童木」是日语「アトム」的发音直译,词语源自英语「Atom」,意即「原子」)
这种扯淡理论居然没被口水喷死,还要做实验去验证它,可见科学家们已经集体懵逼到了什么地步。
第四次实验:
事先,只有屏幕没有摄像头;
我们算好光子穿过缝的时机,等它穿过之后,再以迅雷不及掩耳之势加上摄像头。(等效于1978年惠勒延迟选择实验)
结果是啥?
无论加摄像头的速度有多快,只要最终加上了摄像头,屏幕上一定是两道杠;反过来,如果一开始有摄像头,哪怕在最后一刻秒秒钟撤掉,屏幕上一定是斑马线。
回到看球赛的那个例子,就好比:我先闭上眼睛不看电视,等球员完成射门、球飞出去3秒钟后,我突然睁开眼睛,球一定不进,百试百灵。
在你冲出门去买足彩之前,我先悄悄提醒你:这种魔咒般的黑科技,目前只能对微观世界的基本粒子起作用。要用意念控制足球这样的大家伙,量子还做不到啊!
请注意,加不加摄像头,是在光子已经穿过双缝之后再决定的。不管光子在穿缝的时候变成什么形态,过了缝应该就定型了。
既然光子的状态在加摄像头之前就定型了,为什么实验结果还是能在最后一刻发生变化?
难道说,在之后做出的人为选择(未来),能够改变之前已经发生的事实(历史)?
而且,加摄像头的速度,可以做到非常快(40纳秒)。就算光子真的是个狡猾的微型变形金刚,当它变成波的形态穿过双缝,在最后一刻却发现面前是一个摄像头时,它也来不及再次变身了吧?
「主观决定客观」「未来改变历史」「外星人其实是无处不在的光子」……
好端端一个实验弄得谣言四起,物理学家们纷纷感到几百年来苦心经营的科学体系正在崩塌。
与之一起崩塌的,还有全人类的三观。
量子魔法时代的大幕,正在徐徐拉开。
为了一只猫的死活,100年前的天才哲学家,学历最高的足球运动员,撩妹无数的量子力学教授……他们都在纠结个啥?
另一些人,却恰恰相反——他们做任何事,都是为了纠结,下面我要说的,就是另一些人的故事。
学历最高运动员
1908年夏天。
丹麦,哥本哈根。
一名足球运动员正在思考自己的前程。
23岁,是时候做个决定了。比自己小两岁的弟弟,已经成为国奥队的中场核心。在刚刚结束的伦敦奥运会上,哈那德·玻尔率丹麦队17:1血洗法国队,斩获银牌创造「丹麦童话」,一夜之间成为家喻户晓的球星。
而我,作为丹麦最强俱乐部——哥本哈根AB队的主力门将,居然从未入选国家队,这简直是一种耻辱。
国家队大名单里怎能没有我?
教练说我什么都好,唯一的弱点是喜欢思考人生。
上次和德国米特韦达队踢友谊赛,对手竟敢趁我在门框上写数学公式的时候,用一脚远射偷袭,打断我的思路!最后一刻不还是被我的闪电扑救解围,要是后卫早点上去堵枪眼,那场球踢完就可以交作业了。
是成为世界最伟大的门将,还是成为世界最伟大的物理学家,这是一个问题,我需要纠结一下。
第一章里我们讲到,100多年前,为了搞清光子究竟是波还是粒子,科学家们被一个貌似简单的「双缝干涉」实验弄到集体「精分」。
这个实验明白无误地说明,光子既可以是波,也可以是粒子。
至于它到底是什么,取决于你的观测姿势。
装摄像头观测光子的位置,它就变成粒子;不装摄像头,它就是波!
我们曾经天真地以为,无论用什么样的姿势看电视直播,都不可能影响球赛结果,可是在微观世界中,这个天经地义的常识好像并不成立,这就是那么多高智商理工男懵逼的原因。
但是在玻尔看来,将宏观世界的经验常识套用到微观世界的科学研究上,纯属自寻烦恼。
通过常识,我们可以理解一个光滑小球的物理属性;但是凭什么断定,组成这个小球的万亿亿亿个原子,也一定有着和小球完全相同的属性?
凭什么在微观世界中,原子、电子、光子,一定要遵循和宏观世界同样的物理法则?
一般人纠结的问题无非是:量子世界的物理法则为什么这么奇怪啊……
只有天才,能够直截了当问出关键问题:这些法则是什么?
严格来说,量子理论是一群人,而不是一个人创立的。但是如果一定要选出一个「量子力学代言人」的话,我觉得非玻尔莫属,因为当别人纠结的时候,他第一个想通了。
通过前面那些烧脑的实验,玻尔总结了量子世界的三大基本原则:
态叠加原理
在量子世界,一切事物可以同时处于不同的状态(叠加态),各种可能性并存。比如,在双缝干涉实验中,一个光子可以同时处在左缝和右缝。这种人类无法想象的叠加态,才是最普通不过的本质形态;而在我们看来「正常」的非黑即白,才是一种特例。
测不准原理
叠加态是不可能精确测量的。比如,精确测出了粒子的位置,但它的速度却永远测不准!这并不是因为仪器精度不够高,其实,仪器再好都没用。这个不可能是被宇宙规律所禁锢的「不可能」,而非「有可能但目前做不到」。
观察者原理
虽然一切事物都是多种可能性的叠加,但是,我们永远看不到一个既左且右、又黑又白的量子物体。只要进行观测,必然看到一个确定无疑的结果。至于到底看到哪个态则是随机的,其概率高低取决于叠加态中哪个态的成分居多。
这样一来,实验解释起来就轻松多了:
「双缝干涉」实验的官方解释:
没装摄像头:光子在未观测的情况下处于「多种可能性并存」的叠加态,以50%的概率同时通过了左缝和右缝,形成干涉条纹;
装上摄像头:光子被观测后只能处于一个态,不能神奇地同时穿双缝了,所以干涉条纹就消失了。
这就是目前量子力学教科书上的正统理论:哥本哈根解释。
终于,一切都有了答案。
有了答案吗?
因为完美解释了双缝干涉等灵异现象,玻尔一(四)夜(面)成(树)名(敌)。
但小伙伴们却纷纷表示:这个理论不仅反直觉反人类,而且bug点很多!
比如,没有观测时,光子是混沌中的叠加态;观测的一瞬间,光子就变成了单一的确定态,请问两种态是怎么无缝切换的?
按照玻尔的说法,观测的一瞬间,光子就随机蜕变成多种可能中的一种,还把这个过程取名叫「塌缩」。具体怎么个塌法,玻尔自己也说不清。
再比如,既然触发「塌缩」的前提是「观测」,那么谁能够成为合格的观察者呢?
科学家、人类、一切生命体、还是包括人工智能在内的任何智慧形态?
众说纷纭之际,给玻尔带来致命一击的,是一只猫。
一只猫的拷问
10年前,正是薛老师亲手写下了量子波动方程,与矩阵力学、路径积分一起,被后人并称为量子力学的三大基石。
10年后的1935年,对「哥本哈根解释」的群起而攻之,薛老师打响了第一枪。
当时,几乎所有人觉得「叠加态」是个纯属幻想的玩意儿,却没人能真正驳倒玻尔和他的哥本哈根学派。
因为,「态叠加」「测不准」「观察者」无论这三大原理违和感多么强,都被玻尔视作量子世界不可挑战的公理。所谓公理,就像「两点之间有且只有一条直线」,或者牛顿力学三定律一样,是无法、也无须证明的宇宙基本大法。
在玻尔看来,物理学家的任务是透过现象找规律,而不是去质问上帝:你为什么要把宇宙设计成这样子?
而且,凭什么微观世界的宇宙法则,一定要和宏观世界的生活经验相符呢?
无懈可击的玻尔之盾,也只有金枪不倒的薛定谔之矛能够与之一战。
「薛定谔的猫」就是薛老师用来挑战玻尔的头脑实验(以下实验纯属想象、推理,没有任何无辜的猫因此而被害)。
把一只猫关在封闭的箱子里。
和猫同处一室的还有个自动化装置,内含一个放射性原子:如果原子核衰变,就会激发α射线->射线触发开关->开关启动锤子->锤子落下->打破毒药瓶,于是猫当场毙命。
在这个邪恶的连环机关中,猫的死活直接取决于原子是否衰变;然而,具体什么时候衰变是无法精确预测的随机事件。
只要不打开盒子看,我们就永远没法确定,猫此时此刻到底是死是活。
刑具准备完毕,现在,薛老师对玻尔的拷问开始:
1.原子啊、衰变啊、射线啊,这些都属于你们整天研究的「微观世界」,自然得符合量子三大定律,没错吧?
2.按照玻尔你自己的说法,在没打开盒子观测之前,这个原子处于「衰变」+「没衰变」的叠加态,没错吧?
3.既然猫的死活取决于原子是否衰变,而原子又处于「衰/不衰」的叠加态,那是不是意味着,猫也处在「死/没死」的叠加态?
原子衰变=死猫;原子没衰变=活猫;叠加态原子=叠加态的猫。
所以,按照哥本哈根解释,箱中的猫是不死不活、又死又活的混沌之猫,直到开箱那一刻才瞬间「塌缩」成一只死猫或者活猫?
薛老师的逻辑,其实就是反证法:以子之矛,攻子之盾。先假装你是完全正确的,然后顺着你的说法推理啊,直到推出一个荒谬透顶的结论——那只能说明你从一开始就错了!
至于为什么要放进一只猫,这又是薛老师的高明之处。
以前大家研究原子、光子,总觉得那是与日常完全不同的另一个世界;无论量子多么诡异,我们总可以安慰自己说:微观世界的规律,不一定适用于宏观物体。
科学家们做完烧脑的实验,还能回归老婆孩子热炕头的正常生活。
现在,薛老师把微观的粒子和宏观的猫绑在一起,要么你承认叠加态什么的都是不切实际的胡思乱想,要么你承认猫是不死不活的叠加态——别纠结,二选一。
连三岁小孩都知道,如果打开箱子看到一只死猫,那说明猫早就死了,而不是开箱的瞬间才死的——只不过它被毒死的时候,你装作没听到惨叫声而已。
你的理论告诉我们,猫在被观测前是不死不活的;那么,如果把你关进一个密室,你不也变成不死不活了吗?或者,在密室中的你看来,全世界的人都是不死不活的僵尸态?还是说,地球和太阳是否存在,都变成不确定的了?
薛老师的猫,本意是想让玻尔下不了台,万万没想到,这只猫却引发了唯心、唯物主义的大辩论。
哲学家们突然发现,终于有机会以专家的身份,来对科学界说三道四了。
「我思故我在」的误会
400年前,一个法国大叔的思考,奠定了唯心主义哲学的核心思想。
假设世间一切都是幻觉,所谓人生,也许只是我们的大脑在黑客帝国的AI里做的一个梦,说不定身体正插满管子泡在培养皿中。
那么问题来了:如果一切都可能是幻觉,那么,还有没有绝对不是幻觉的东西呢?
有。
唯一不可能是幻觉的,只有「我们正在思考世界是不是幻觉」这件事。
我在思考,至少说明我还是个东西。
其实,唯心主义并不是「我想要什么存在它就存在」,而是「只有我的意识(心)无可置疑,世界却可能是幻觉」。所以,如果你认真看那些唯心主义哲学大师的著作,会发现他们的逻辑严密得令人发指。
而唯物主义者的观点则是「我在故我思」:世界肯定不是幻觉,不过每个人都把自己版本的幻觉当作客观世界的真相。但是,到底哪一个世界观才对呢?
由于唯物主义者无法证明这个世界一定不可能是黑客帝国,而唯心主义者也拿不出这个世界一定就是黑客帝国的确凿证据,所以谁也无法说服对方。
直到唯心主义者们听说了量子力学。
这么说来,主张「心外无物」的明代哲学家王阳明,早在500年前就发明了量子力学!
王阳明与友人同游南镇,友人问曰:
「天下无心外之物,如此花树,在深山中自开自落,于我心亦何相关?」
先生答曰:
「你未看此花时,此花与汝心同归于寂,你来看此花时,则此花颜色一时明白起来,便知此花不在你的心外。」
唯心所现,唯识所变。
未看此花时,花的存在是不确定的叠加态;起心动念的一刹,花才会从不确定态「塌缩」为确定态,你观察的世界因此呈现。
意识与物质互为因果,无法割裂。量子力学的「观测导致塌缩」就是唯心主义的铁证!
然而,很多人至今都不知道「意识决定观测结果」这个名声在外的量子黑科技,其实是道听途说导致的误会。
回到双缝干涉实验,如果科学家故意不观测实验结果,而是用机器自动记录;去掉人类的「意识」干扰,是不是量子态就不会塌缩了?
再比如,做实验时突然飞过一只苍蝇,在它的N只复眼注视下,光子的叠加态会因此而塌缩吗?(你以为苍蝇就没有意识吗?)
结果,根本没有任何影响!
屏幕结果是代表波动的斑马线还是代表粒子的两道杠,只与实验设备的设置有关,和谁来观测、是否观测无关。
只要实验中双缝全开,哪怕有一亿双眼睛盯着,看见的仍然是未塌缩的叠加态光子产生的干涉条纹。
现在看来,比玻尔那句毁人不倦的「观察导致塌缩」更准确的表述是:
只要微观粒子处于「可能被精确测量」的环境下,它就会自动塌缩,并不需要等待「观察者」就位。
所以归根到底,量子实验仍然是不以主观意志为转移的。
眼见为实?
只不过,我们无法精确测量,只能用概率分布来计算这个客观世界,那么,薛定谔的猫真的存在吗?
一开始,包括薛老师和玻尔本人在内,没有人相信世界上真会有不死不活、既死又活的猫。
可是不久之后,科学家们惊恐地发现,这件看似显然的事,居然没法证伪(证明猫不是叠加态)。
按理说,猫到底是不是叠加态,做个实验不就明白了?
可惜,这个实验至今做不出来——毕竟,我们没法让猫产生干涉条纹啊!
证伪不行,证实的方法倒是有一个:把这只猫造出来。
令人细思恐极的是,我们已经做到了。
1996年,美国人梦露(男)用单个铍离子制成「薛定谔猫态」并拍下了快照,发现铍离子在第一个位置处于自旋向上的状态,而同时又在第二个位置自旋向下,而这两个状态相距80纳米之遥!
这是人类有史以来第一次,亲眼「看」到活生生的量子叠加现象。
不过,这毕竟只是单个离子,和猫相比还差了十万八千里啊!
2004年,潘建伟团队首次实现了多光子的薛定谔猫态。虽然这只猫的身材依旧苗条——浑身上下只有5个光子,但还是令玻尔的追随者信心大增。
这说明,从单个微观粒子到严格意义上的薛猫(宏观量子叠加态),也许只是量变而非质变,它被亲切地称为:薛定谔的小猫。
如果继续增加粒子数量,是不是能把小猫慢慢喂肥成大猫呢?
然而,现实很残酷:目前「薛猫」的最高纪录,仍然是潘建伟2012年实现的8光子叠加态。要知道,为了增加区区3个光子,实验用了整整8年时间。可想而知,要让猫身上亿个原子同时处于量子叠加态,绝非易事。
在乐观者看来,这不过是暂时的技术困难,假以时日迟早会攻克;但也有人认为,量子世界与宏观世界之间存在着一道天然的结界,像猫一样大的宏观叠加态,也许是这个宇宙明令禁止的。
有朝一日,能不能造出一只眼见为实的大薛猫,至少现在,我们还不知道。
但是我们已经知道:即使是小猫,也蕴含着无比惊人的能量。
1935年,薛老师很忙。
除了N多前女友和养猫以外,薛老师发现了量子的另一个诡异之处,而当时几乎没有人注意到这个问题。
为了研究微观世界,看看原子核这个大西瓜肚子里都有些什么籽儿,科学家祭出了最强大的武器:粒子对撞机。
欧核中心(CERN)的加速器就是干这个的:
最常见的现象是:母粒子被撞击后,分裂成两个更小的粒子A和B。
因为能量守恒原理,子粒子能量相同,方向相反。比如说,因为母粒子静止不动,所以分裂后的子粒子A向左边飞,B一定往右边飞,这样才能左右抵消。同理,A的自旋(角动量)向上,B的自旋一定向下。
至于具体是向上还是向下,这是个随机事件,必须观测后才能知道。
那么问题来了:根据量子理论,在不被观测的情况下,粒子处于多种可能性的叠加态。
举个例子。
就像箱子里那只不死不活的薛定谔的猫一样:A和B这对龙凤胎粒子,自打出娘胎起,他们的性别就没确定,直到有人来看了一眼,这才瞬间分出男女!
然而和薛猫不同的是,箱子里的猫只有一只,孪生粒子却有两个。而且,这两个粒子即使相隔很远很远,叠加态也能保持不变。如同在千里之外,瞬间产生联系……
是时候@爱因斯坦了。
来自幽灵的威胁
大家都知道爱因斯坦创立了相对论。但很少有人知道,大神在35岁就已经功成名就(完成狭义+广义相对论),而在之后40年的悠长岁月里,他其实都在纠结一件事:量子力学。
曾经,他也是一个集美貌与才华于一身的男子:
研究量子力学30年之后:
能让爱因斯坦这种大神级人物「不明白」的,不是深奥的理论和复杂的公式,而是宇宙的意义。
爱因斯坦深信,宇宙在本质上是高度和谐的,这种和谐是可以通过数学之美体现出来的。
所以,一个理论如果不美,倒不是说一定是错的,但它肯定不够本质。
在更高的层面上,和谐,比对错更重要。而量子力学,在爱因斯坦看来,就是一种不和谐(不完备)的理论。
比如,量子力学的核心思想是:
微观世界的一切只能用概率统计来表达,而具体到单个的粒子,它的状态是不确定的叠加态。把这个粒子放大N亿倍,就成了薛定谔的猫。
这是第一个让爱因斯坦不爽的地方:量子力学否认了物质的实在性。
爱因斯坦认为,根本不存在薛定谔思想实验中那只不死不活
怎样用简单的语言解释「薛定谔的猫」?
简单点,举个栗子。
有一个男人拿着一瓶水正走向你。
在他到达你面前之前,你不知道他是给你递水喝,还是往你头上泼水。
在他做出动作之前,你无从得知结果。
那么此刻,他处于递水、泼水共存的状态。他的结果可以是递水,也可以是泼水,是共存的状态。
这就是薛定谔的直男上树。
波德莱尔的《猫》象征的是什么?
刚刚翻译了一下。
我觉得,其实对波德莱尔的许多诗歌,不必过于纠结。他就是在一些前人没有发现或发现了但未入诗的地方,写了诗。这是一种突破。
猫的题材很多,但波德莱尔主要是将其与狡猾,冷漠,多情,忧郁,暗黑,幽灵,淫荡,丰腴,神秘等联系起来,一种对立复杂暗黑的审美。这里猫没有什么象征意义,更多是作者的复杂审美,如果要非说不可,那就是情人与自己。
这也是其独到之处,敢于真诚的把自己的想法写出来。这一点,实物没有了,没写太多客观描述,全是作者的感受。这是一种与诗言志不同的东西,没有高大上只有感情和精神的东西,为后世意识流,现代主义,象征主义,为艺术而艺术等都留下一些启发,所以后来人就称其为鼻祖。
但波德莱尔我觉得还是追求精神的,还有一些浪漫主义,形式上也还有古典,但又力辟蹊径,把之前不入诗的东西,城市的一些丑恶的东西入了诗,所以可以说是后世现代主义诗歌滥觞者。
自己刚看,理解不够,多多指教。自己也在一首一首的翻译,多了觉得一点就是要结合西方哲学和历史进程看待波德莱尔。对于不少死后才被认可或暴得大名的诗人或画家,只能说是历史成就了他们,因为后人钟馗打鬼,要硬生生造出一个钟馗,而波德莱尔因为诉讼案名声大,又有些叛逆的忧郁但又不暴力革命的性格,正好满足。
波德莱尔的《猫》象征的是什么?
波德莱尔的《猫》好像有两首,我只写其中的一首,选自《恶之花》(Lesfleursdumal)中《忧郁与理想》(<SpleenetIdeal>)
对这首诗的分析有两个通常的视角:
一个是精神分析视角分析情欲(如斯芬克斯象征含义、猫同女人的关系等等);
一个是语言学视角分析文本结构(如诗中“我”的不在场、词态和句法结构等等。参见雅布各森和列维—施特劳斯合作的《论波德莱尔的〈猫〉《〈Leschats〉deCharlesBaudelarire》)。
(知乎排版稀烂...用电脑看会好一些,用手机比较乱)
---------------------------------------------------
这里分析一下猫的形象是怎样在诗歌中发生变化的。
LesChats(复数表示猫的全体和猫形象的无处不在)
猫
(郭宏安译)
第一节
lesamoureuxferventsetles savantsaustères
严肃的学者,还有热烈的情侣,
Aimentégalement,dansleurmûresaison,
在其成熟的季节都同样喜好
(Aiment(爱)开头表强调,leur(他们的/它们的)含义是模糊的,表示猫/人)
Leschatspuissantsetdoux,
orgueildelamaison,(puissant(强壮)形容猫带来一种张力)
强壮又温柔的猫,家室的骄傲,
Quicommeeuxsont
frileuxetcommeeux
sédentaires.
像他们一样地怕冷,简出深居。
(怕冷对应情侣、简出深居对应学者,这两个词的重合还会让人联想到抑郁症病人,抑郁症病人形象是诗中潜藏的幽灵,作者未点明,但萦绕其中)
第一节形容猫是一种家庭伴侣形象,一方面是学者,一方面是情侣。
第二节
Amisdelascienceetdelavolupté,(学者和情侣抽象成情欲和科学)
它们是科学、也是情欲的友伴,
Ilscherchentlesilenceetl'horreurdesténèbres;
寻觅幽静,也寻觅黑夜的恐惧;
L'Erèbeleseûtprispourdescoursiersfunèbres,(黑暗的坐骑是怪物,这里用猫代替)
黑暗会拿来当作阴郁的坐骑,
S'ilspouvaientauservageinclinerleur fierté.
假使它们能把骄傲供人驱遣。
第二节是对第一节的迂回性重复。
此时猫的形象是黑暗的坐骑,是神秘和恐怖的地狱之猫。
(第三行中的Erèbe,来自希腊文erebos,本意是希腊神话中的混沌卡俄斯之子,黑暗的化身,另一个含义是指幽灵进入冥界前的一个黑暗区域,这首诗中Erèbe加定冠词,偏向第二个含义:黑暗地带,也有译本把这句翻译成:埃瑞波斯把它们用作拉灵车的马。)
第三节
Ilsprennentensongeantlesnoblesattitudes
它们沉思冥想,那高贵的姿态
Desgrandssphinxallongésau fonddessolitudes,(sphinx是情欲的象征)
像卧在僻静处的大狮身女怪,
Quisemblents'endormirdansunrêvesanfin;(无尽的梦是一种恐怖的象征,呼应黑夜和黑暗)
仿佛沉睡在无穷无尽的梦里;
第三节猫的形象转化为sphinx,sphinx是情欲、堕落的象征
第四节
Leursreinsfécondssontpleinsd'étincellesmagiques,(猫的后背)
丰腴的腰间一片神奇的光芒
Etdesparcellesd'or,ainsiqu'unsablefin,(猫的皮毛)
金子的碎片,还有细细的沙粒
Etoilentvaguementleursprunellesmystiques.(猫的眼睛)
又使神秘的眸闪出朦胧星光
最后一节从猫的身体暗示了星光闪耀的夜晚。
整首诗中,猫的形象变化:domestic——mystic——sphinx——étrange(strange)
-------------------------------------
从比较文学的角度来说,
波德莱尔对“怪诞之美”的推崇常常拿来与西班牙画家戈雅(Goya)比较。
这首诗可以对比戈雅《奇想集》中的一幅:
(以上内容整理自课堂笔记)
免责声明:本站部分内容转载于网络或用户自行上传发布,其中内容仅代表作者个人观点,与本网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,不负任何法律责任,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益,请作者持权属证明与本网联系,发送到本站邮箱,我们将及时更正、删除,谢谢。