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3、“不死不活的猫。”
关于这只猫,网上可以找到多个类似但本质相同的版本,我这里就不赘述了。实际上并没有真正的一只猫是“不死不活”的,因为薛定谔当年提出这只“猫”的目的只是为了反对哥本哈根几率诠释的一个理想实验,薛定谔认为量子态演化应该遵循薛定谔方程和态叠加原理,而不可能发生因为观测导致的“塌缩”。实际上与哥本哈根诠释密切相关的,量子力学的奠基人之一尼尔斯.玻尔本人也对“观测”导致的量子态“塌缩”持有一定的疑义,为了避免出现量子力学在宏观尺度的悖论,提出了对应原理,即大尺度宏观系统的量子物理行为应该近似于经典行为(也是怕了这只猫的结果)。
同贝尔不等式类似,两者提出时均为理想实验,但两者又有明显的区别。贝尔不等式是微观尺度的理想实验,后来被人们改进后成为了“真正实验”,从而否定了定域隐变量理论;而“薛定谔的猫”属于宏观实验。实验观测宏观甚至介观尺度的量子力学效应都是非常困难的,因为在量子力学中有个很重要的结论,那就是退相干。
具体什么是退相干是个很复杂的物理问题,这里面又涉及到微观因果律、色散关系等很数学的东西,就不具体说了。大家只要知道一个事实就可以:猫不死不活的叠加状态即使被制备出来,它受到很强烈的环境限制,比如盒子里的空气啊细菌啊病毒啊猫自身的运动啊甚至地球自转公转还有最关键的温度等等,这些环境因素会发生所谓的“扰动”,这些“扰动”实际上是在“打开盒子观测”前,就对“猫态”进行了多次观测,在这些“扰动”下,“不死不活”的叠加态及干涉项会迅速随时间指数衰减到0,只剩下两个经典的“波包”:要么是死猫,要么是活猫。所以在现实中,打开盒子之前,“猫”的生死因为退相干早已决定了,而不是因为打开盒子的“观测”再发生“塌缩”。根据量子力学的基本原理,“退相干”的速度与观测物尺度成正比:越大的物体退相干越快。
最近二十年的实验工作,虽然没有制备如猫尺度大小的量子叠加态,但实现了介观尺度,也就是大量原子或电子的猫态。这个尺度对于量子微观尺度来说已经算是“宏观”的了,但离“猫”的尺度还相去甚远,而且制备的叠加态很快就因为退相干衰减掉了。虽然制备了很多这样的“猫态”,但人们仍旧不清楚量子叠加态如何“塌缩”为单个的量子本征态。也不知道在几率的微观世界下,如何组成如此特殊和确定性的宏观世界。
围绕这个问题,以及很早年的“上帝掷骰子吗?”这类问题,物理学家提出了很多新的量子力学诠释,从而使这个问题更加开放:从最早年的哥本哈根诠释,到目前火热的多世界诠释,以及死而不僵的隐参数理论(非定域),还有什么系综诠释、关系诠释、客观塌缩诠释等等。这是个脑洞大开的领域,虽然因为越做越哲学也逐渐成为物理学里的“肥猪流”领域。然而,既然提到了上帝,我们目前尚不知道上帝掷不掷骰子(不同诠释下对波函数和其运动方程的理解是不同的),但我们却知道另外一个事实:
4、“上帝(竟然)是左撇子。”
这个草稿是2014年写的竟然更新到2015年了。。。要提到左右手的事情就不得不提手征性了,其实手征性这个事情也不是那么难理解。比如以地球为例,我们定义由南到北的方向为“轴向”,那么地球自转遵循的定律就是右手定律,即拇指方向为轴向,另四个手指方向为旋转方向。而如果存在一个“镜像”的地球,它的自转遵循的就是左手定律。左手和右手的旋转不依赖于观测坐标系的选取,是“星球”自身的属性,比如地球不可能忽然由自西向东变成自东向西的旋转,可以认为在某种对称性下(宏观是平移和转动对称性)是“不变”的。这就说所谓的“手征性”。在微观领域,粒子的“自旋”并不能真正看成类似地球的转动,但是的确可以把粒子以洛伦兹不变的方式,将其区分为“左旋”和“右旋”的。当然左右是相对的,依赖轴向的选取,但只要选取一种轴向规则,粒子的手征性就必然“固定”了。在量子场论里,一个四分量旋量场可用γ_5矩阵分解为两个二分量部分,可各自作为洛伦兹群的表示,如果把其中一个二分量场定义成“左手”的那么另一个就是“右手”的。
日本电器20年照样杠杠的