在量子世界里,我们没有办法去选择叠加态塌缩哪些个,去选可能性中自己要的那一种。但是我们的行为中自己的理念和态度是凌驾于能力之上的。
说一个比较老的故事
据说很久以前两国发生冲突,在这场战役中,一方将军主攻。这方将军的部队比对方部队少很多人,尽管将军本人非常有信心,但是自将军以下的军士们都心有忐忑。
去往进攻的路途上,部队路过一座神庙,便停下祈祷。将军从怀里拿出一枚硬币中气十足地说:“神会指引我们,当这枚硬币落地时,正面朝上说明胜利女神在我们这边,反面朝上说明此行不利。”
结果正面朝上,于是部队士气大振,有了必胜的信念。在战场上奋勇杀敌,此役大胜。
没有人可以改变命运?将军拿出那枚硬币,你看看两面都是一样的花型。
火车头掰回来,上次说到薛定谔的猫,一定有人疑问:假设这次实验毒瓶没有打破,那么在打开盒子之前,猫本来就活着,只是我们看不见罢了,怎么能说它又死且活呢?
我们无法在现实世界看见叠加态,但可以在实验室实现,让我们来看看量子版的双缝实验以此回答这只猫又死且活的状态的存在。
自画:双缝实验(波的特性)。双缝实验2.0把蜡烛换成电子束。
双缝实验在前面我白描式地详细介绍过,通过这实验能知道波的行为特征(烛光的相干涉)和粒子的行为特征(子弹的两条竖线),这里就不赘言了。
所谓“量子版”的双缝实验,就是把子弹换成电子束发射出去穿过双缝。科学家对此实验的预期是电子束等同于微型的子弹,和子弹的实验结果一样:墙上两条竖线。
可是实验结果却出现波的干涉条纹现象。于是为了排除是电子之间不知怎么的相互碰撞产生了干涉现象,又做了一次实验,这次逐个依次发射电子束,不一起发,这次实验结果还是出现干涉条纹。
When you have eliminated the impossibles , whatever remains , however improbable , must be the truth .
——《福尔摩斯探案集-四签名》
实验结果说明,每一粒电子穿过缝隙时有了波的特性,它同时穿过两条缝隙,然后自己和自己产生相干涉。
那么问题又来了,它怎么同时穿过两条缝隙的呢?既两条路,我走左边那条路的同时我走了右边。弄一台装置来监测它如何施展分身术同时穿过两条缝隙的。
然后量子世界搞明白了一项法则。只要被观测到,墙上就是两条竖线;去掉观测装置,墙上就是干涉条纹。
就像薛定谔的猫,生或死的状态是同时存在的。“量子版”的双缝实验产生的干涉条纹现象就是对于叠加态的一个说明。
安装设备观测电子束,我们只能看到一个结果:它穿过左边缝隙或者穿过右边缝隙。只要被我们观测到就绝不会出现同时穿过两条缝隙的,所有的可能性发生叠加态塌缩,也就是说它波的特性塌缩成我们看到的一幕。
人类观测会改变电子面貌,我们只能看到其中的一种可能(不是可能,是真在),而其他可能实际上是真实地同时存在的(在被我们观测到之前)。
观测影响了电子的表现,我们在决定是否安装设备观测它时,也就决定了电子的哪一特性变为现实:要嘛显示波的特质出现干涉条纹(同时穿过两条缝隙),要嘛显示粒子的特质产生两条竖线(只穿过一条缝隙)。
而当我们选择安装设备观测电子的行为,影响它使它显示粒子特性,我们也无法预知和控制它穿过哪一边的缝隙。它是任性妄为的,是随机的。
当我们选择不安装设备观测它的行为,那么我们对它自然不会有任何影响,它最终产生的干涉条纹啥样的也和我们没有一毛钱关系。
所以这两种结果都是随机的。在没有被观测的情况下,基本粒子的特性是不确定的。
牛顿物理的主要是决定论,量子物理反叛式的说着非决定论。爱因斯坦很不喜欢这种自由散漫的随机性。也就是说他觉得一定有什么我们没有找到的原因,使电子走这边不走那边(“上帝不掷骰子”指的就是这现象)。
在现实生活中,生活经验告诉我们,当我们不再看一个东西时,它总在原来的位置,它依旧是那个颜色、那个触感,等等。
但量子层面看来,规则变了,只要没有被观测到,电子的状态是吃不准的。
爱因斯坦坚信这不是最终的答案。
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