要说史上最著名的那只猫,你了解多少?谈到史上最著名的那只猫,当然要属“薛定谔的猫”,这是一个非常著名的思维实验。那么薛定谔是谁呢?薛定谔是奥地利著名的物理学家、理论生物学家,被认为是量子力学的创始人。
在1935年,埃尔文·薛定谔想了一个著名的思维实验,那就是“薛定谔的猫”。把一只猫和一小瓶密封好的毒药一起放在盒子中,毒药瓶因为原子的衰变随时会破裂,这个时候问题就来了,除非你打开盒子,不然没人知道毒药是否释放,或者何时已经被释放了,因此猫的死或者活都是可以的。在打开盒子之前,会理所当然地认为,猫要么是死,要么是活,概率是各有50%。但是薛定谔提出,根据量子力学,猫处于生死叠加态,在打开盒子的一瞬间,我们打破了这种叠加态,才确切地知道了答案。
我们的观测使得实验结果“坍缩”到其中一种可能性,但换一个角度看,我们也像盒子里处于看到猫死了和看到猫活着的叠加态,那么又是谁在观测我们呢?使得现实坍缩到唯一的一种情况呢?难道在盒子打开的一瞬间,真的有上帝掷骰子决定猫的死活吗?正如哈姆雷特王子所说,“生存或者死亡,这是一个问题”。
英国著名科学读物专业作家约翰·格利宾,毕业于剑桥大学,现在是苏塞克斯大学的客座天文学研究员。他的“多世界诠释”为解释上述“薛定谔佯谬”带来了新鲜的空气。他认为,两只猫都是真实的,有一只活猫,有一只死猫,但它们位于不同的世界中,问题并不在于盒子中的放射性原子是否衰变,而是在于它既衰变又不衰变。
当我们向盒子里看时,整个世界分裂成它自己的两个子版本,这两个版本在其余各个方面都是完全相同的,唯一的区别在于其中一个版本是原子衰变了,猫死了;而在另一个版本中,原子没有衰变,猫还活着,这两个世界将完全相互独立地演变下去,就像两个平行宇宙一样,这种叠加态根本无法用经典直观的语言去表达,所以这也是薛定谔的猫的独特之处。
在多个世界中,我们通过观察来参与并选择出自己的道路,而在我们生活的这个世界上,没有隐变量,上帝不会掷骰子,一切都是真实的。当然在现实生活中,处于叠加状态的猫是不可能存在的。但量子力学中,微粒的叠加状态却是真实存在的,是物质具有波和粒子两种特性的结果。
如果我们朝着一块刻有一条狭缝的不透明挡板一个一个地发射电子,在挡板后方放置一个侦测屏,我们就会接收到每一个电子微粒。如果重复发射很多电子,并跟踪每个电子的轨迹,就会发现侦测屏上有些区域有很多电子,有些区域较少或没有。在挡板上换一个位置刻出狭缝,重复上述操作,并记录电子在侦测屏上的分布,最后,当我们在上述两个位置同时刻出狭缝并发射电子时,奇异的现象就发生了。
发现电子在侦测屏上的分布不是前两次分布的简单叠加,而是会形成类似于干涉条纹的分布,呈现出波的行为特征。物质的波粒二象性便是导致“薛定谔的猫”这一思想实验的根源。薛定谔的假象实验为科学家们提供了源源不断的灵感,促进了量子理论的形成和发展。