量子力学的困惑
再次回到我女朋友位于斯德哥尔摩的宿舍里。在量子力学面前,我陷入了深深的困惑和沮丧。现在你知道原因了吧。我的第一门量子力学课就要考试了。教科书告诉我,哥本哈根解释就是绝对的事实真相,可是我越想越迷惑。量子怪诞性肯定不会被局限在微观世界,薛定谔的猫已经向我们泄露了这个秘密。我并不在意怪诞性本身,当时萦绕我心头的问题是:假设你真的能把薛定谔的猫付诸实验,会发生什么事呢?如果教科书是正确的,你只需要打开盒子往里面看一眼,就在你瞥见的一瞬间,猫的波函数就会坍缩,此时它只有一种确定无疑的状态:要么死了,要么活着。
不过,假如此时我正站在你的实验室外,让我们来考量一下那个能描述实验室里所有粒子的波函数吧,这个波函数不仅描述了猫身上的所有粒子,还涵盖了组成你和实验室里所有设备的粒子。这些粒子当然都会遵循薛定谔方程,不管它们是不是位于鲜活的生命身上。在这种情况下,按照教科书的说法,只有当我亲自进入到实验室观察那只猫时,猫的波函数才会坍缩,而不是在之前你进行观察时。此时,在我进入实验室看到你之前,你处于一个叠加态,其中一个你正为杀死了猫而懊恼,另一个你则因为猫还活着而松了一口气。也就是说,即使在最好的情况下,哥本哈根解释也是不完备的,无法回答波函数究竟在何时坍缩。而在最坏的情况下,它是自相矛盾的,因为在一个遥不可及的平行宇宙居民眼里,我们整个宇宙的波函数永远不会坍缩,因为这个居民永远无法观察到我们。
那么,让我们一起进入下一章的探险吧!我们将一起探索量子力学究竟诉说着真实世界的哪些本质。也许,我们瑞典人从骨子里就喜欢批评西南方的邻国,但是,每当我想到哥本哈根解释时,脑子里就回响起《哈姆雷特》中的那句名言:“丹麦正在发生不可告人的坏事。”
◆一切事物都是由粒子组成的,包括光和人。
◆这些粒子都是纯粹的数学对象,因为它们所具有的所有内禀性质都是数学性质——数字。只不过这些数字拥有各自不同的名字,比如电荷数、自旋和轻子数。
◆这些粒子并不遵循经典物理学的定律。
◆从数学上来说,这些粒子(或许应该叫“波粒子”更准确)的状态无法用6个代表位置和速度的数字来描述,而应该用波函数来描述它们如何位于空间中的不同位置。
◆这既赋予了它们传统粒子的性质(不在此处,就在别处),又赋予了它们波的性质(以所谓的“叠加态”的形式同时位于多个不同的地方)。
◆粒子不能被局限在一个地方(海森堡不确定性原理),这阻止了原子的坍缩。
◆粒子未来的行为不是由牛顿定律描述的,而是由薛定谔方程描述的。
◆薛定谔方程表明,看似影响甚微的微观叠加态也可以被放大成疯狂的宏观叠加态,比如薛定谔的猫。你自身也同样如此,因为你有可能同时位于两个不同的地方。
◆教科书上假定波函数有时会发生坍缩,从而违背薛定谔方程,并把随机性深深植入自然的本质中。那这一切究竟意味着什么?物理学家对此争论不休。
◆教科书对量子力学的解释要么不完备,要么前后矛盾。
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