那句陈词滥调,以及它错在哪里
你一定听过它:盒子里的一只猫“同时既活着又死了”。这是整个量子物理学里被复述得最多的画面——也是被误解得最深的画面。人们通常把它当作一句睁大眼睛的赞叹,叹量子力学是多么令人愉悦地古怪。可它本意几乎恰恰相反:埃尔温·薛定谔在 1935 年构想出这只猫,是作为一句抱怨——一个精巧而锋利的小论证,意在表明那套关于测量的标准说法会把人引向某个荒谬之地。
薛定谔说的不是“一只猫能既活又死,岂不奇妙”。他说的是“瞧瞧,要是你把这个理论的测量规则照字面当真,它会变得多么荒唐——肯定有什么东西被漏掉了”。把这只猫读成一句得意洋洋的口号,而不是一记有的放矢的反驳,会把它的整个含义颠倒过来。让我们一步一步地,把这个论证好好重建一遍。
把这个论证重建起来
这套装置的精妙之处在于,它把一桩微小的量子事件,与一个巨大的日常结果链接到了一起,于是那种怪异便无法被推搪为“不过是微观层面的事”。下面就是薛定谔所设想的那台机器。
- 把一只猫和单独一个放射性原子一起封进一个盒子。在一小时里,这个原子有 50/50 的概率衰变——一桩货真价实的量子事件,货真价实地随机。
- 给原子接上一个探测器。如果它探测到一次衰变,就会触发一把锤子,砸碎一瓶毒药;如果没有,就什么也不发生。
- 于是:原子衰变 → 毒药释放 → 猫死。原子完好 → 没有毒药 → 猫活。猫的命运,如今被焊死在了原子的命运之上。
- 套用教科书的规则。在被测量之前,原子处在“已衰变”与“未衰变”的叠加之中。那么,照同一条规则,猫就应当处在“死”与“活”的叠加之中。
刺就藏在这里。一个“模糊的原子”,我们还能咽得下去;反正我们也从来不直接看见原子。可一个宏观叠加——一只字面意义上在“生”与“死”之间被涂抹开的*猫*——却是从没有人目击过、甚至没有人能想象的东西。薛定谔的要点落地时,像是一个问题:如果那条对原子如此好用的规则,对猫却预言出这么荒谬的东西,那么这条规则究竟在*哪里*、又*为什么*停止适用?这只猫,就是举到测量问题跟前的一面放大镜。
现代物理学的回答
今天,我们能比薛定谔在 1935 年好得多地回答他,这要归功于上一篇里的那个观念:退相干。一只真实的猫,庞大、温热、还在呼吸——时刻与亿万亿计的空气分子、光子,以及它自身内部的颤动保持着接触。“已衰变”与“完好”的那个微弱叠加,几乎就在探测器作出反应的那一瞬间,便泄漏到了所有这一切之中。那个本应出现的“猫叠加”,会以快得不可思议的速度被毁掉——远在一整秒过去之前,更别提一小时了。
所以,诚实的现代回答是:这只猫从来不曾处于任何我们可能探测到的叠加之中。毒药要么已经释放、要么没有,猫要么活着、要么死了,而这早在你掀开盖子之前就已经定下了——*掀开盖子*这个动作,不过是告诉*你*它本来已经是哪一种了。退相干不让宏观叠加维持任何有意义的时间。薛定谔的担忧锋利而公允,可他所感觉到的那块缺失的拼图,结果竟是环境——而他那个时代,还不知道要把环境也算进账里去。
这只猫至今仍在教给我们什么
把这只猫归档为“已解决、挺傻的”,会是一个错误。这个思想实验恰好完成了它的使命:它逼着物理学家精确地去追问,量子世界与经典世界究竟在哪里相遇,而且不让他们把这个问题藏进“测量”这个词里。哪怕到了今天,维格纳的朋友这个版本,仍让这个谜最深的那一部分清醒着——也就是退相干没能收尾的那一部分:为什么*单独一个*确定的现实,才是每个观察者真正所生活于其中的那一个。
而且,还有一段美丽的现实尾声。物理学家如今会刻意去造一些微小的“猫”——分子、超导电流、甚至肉眼可见的微粒——并通过把它们与环境凶狠地隔绝开,哄它们进入真正的叠加。他们能让其维持在混合之中的物体越大,就把量子—经典的边疆推得越远。薛定谔那句抱怨,已经悄然变成了现代物理学中最活跃的实验追求之一。