解讀『薛定諤的貓』,真的存在一隻『既死又活』的貓嗎?

這個問題有兩部分:

「生死疊加狀態」是什麼,它和我們通常理解的經典狀態有什麼區別?「打開盒子」的時候發生了什麼?

我強烈建議大家把這兩個問題分開來看,因為前者是非常成熟的量子力學的基礎。

說得不好聽一點,沒有一點功夫的人努力接受就好了,不要想著去推翻它。

而後者是一個懸而未決的問題,稱為量子測量詮釋問題,好在它對理論預言並不產生什麼影響,換句話說目前它是個「哲學」問題,所以你在不違背客觀實驗事實的基礎上怎麼瞎掰都行。

所以我這裡不會解釋第二個問題,大家有興趣的可以去找找量子詮釋相關的文章。

關於第一個問題,很多人說了,薛定諤的貓最早是為了揭示哥本哈根詮釋的荒謬而被提出的,然而就像我說的,大家最後的結論是所謂「詮釋」暫無客觀的判別辦法,也就是說即便薛定諤的貓也無法判哥本哈根詮釋的死刑,換句話說就是,量子力學承認薛定諤貓態——生死疊加態的存在。

解讀『薛定諤的貓』,真的存在一隻『既死又活』的貓嗎?

問題的關鍵在於「疊加」。

量子力學中的「疊加」態是沒有經典對應的,它不會像你想象中的任何例子——任何科普中的比喻都是不恰當的,比如你考試卷的例子。

理解這個概念需要你對「系統可能的狀態」重新思考,一個變量《比如你的考試成績》經典的物理狀態可能是幾個值《90分和91分》,而量子力學中可能的物理狀態則是這幾個值張成的《復投影》線性空間,這樣的狀態不僅包含一組基《90分和91分》上的概率《比如20%和80%》,甚至還有它們的相對相角,這顯然已經不是經典的概率描述可以概括的。

理解這樣一個東西,難點在於——如果你不用它去做計算,那麼它的意義隻依賴於測量詮釋,不談詮釋的話你不理解它,而要談詮釋的話就會陷入無休止的哲學思辨中。

這就是為什麼物理學家面對這個問題常說「shut up and calculate」,隻有深入計算後才能從詮釋以外的角度體會疊加態的本質。

所以我雖然給出了疊加態的概念,你仍然不知道它是什麼,我也無法告訴你它是什麼,我隻能告訴你它不是什麼。

這也是為什麼我在上面說你們努力接受就好了。

這樣的狀態對於微觀粒子來說是常態,但當粒子數增加時系統會傾向於一組基,而基矢間的疊加變得不穩定——比如生與死這組基,也就是說宏觀疊加態存在,但是系統很難被放到這樣的態上去。

目前的量子計算工程努力地構造「貓態」,也僅僅是得到幾十或上百個粒子之間的糾纏《一種非定域的疊加》,而真正的「宏觀」則涉及阿伏伽德羅常數這麼多的粒子。

所以薛定諤貓態之所以荒謬,並不是因為它不可能存在,而是因為它難以實現以至於我們都沒有見過。

就好像經典物理中的低熵態,原則上是存在於相空間的,但是統計上它是極難發生的。

當年發展出熱力學的統計詮釋時可能也有人說「為什麼沒有人見過盒子裡的氣體全部自動縮到了一個角落?」我認為薛定諤的貓也是類似的思想實驗。