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1700961395 不能不承认,这听起来很有强烈的主观唯心论的味道,虽然它其实和我们通常理解的那种哲学理论有很大的区别(7) 。不过讲到这里,许多人大概都会自然而然地想起贝克莱(George Berkeley)主教的那句名言:“存在就是被感知(拉丁文:Esse Est Percipi)”。这句话要是稍微改一改讲成“存在就是被测量”,那就和哥本哈根派的意思差不多了。贝克莱在哲学史上的地位无疑是重要的,但人们通常乐于批判他,我们的哥本哈根派是否比他走得更远呢?好歹贝克莱还认为事物是连续客观地存在的,因为总有“上帝”在不停地看着一切。而量子论?“陛下,我不需要上帝这个假设!”
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1700961397 与贝克莱互相辉映的东方代表大概要属王阳明。他在《传习录·下》中也说过一句有名的话:“你未看此花时,此花与汝同归于寂;你来看此花时,则此花颜色一时明白起来……”如果王阳明懂量子论,他多半会说:“你未观测此花时,此花并未实在地存在,按波函数而归于寂;你来观测此花时,则此花波函数发生坍缩,它的颜色一时变成明白的实在……”测量即是理,测量外无理。
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1700961399 当然,我们无意把这篇史话变成大段的、乏味的哲学探讨,不如还是回到具体的问题上来。当我们不去观察箱子内的情况时,那只猫真的“又是活的又是死的”?
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1700961401 这的确是一个让人尴尬和难以想象的问题。霍金曾说过:“当我听说薛定谔的猫的时候,我就跑去拿枪。”薛定谔本人在论文里把它描述成一个“恶魔般的装置”(diabolische,英文diabolical,玩Diablo的人大概能更好地理解它的意思)。我们已经见识到了量子论那种令人惊异甚至瞠目结舌的古怪性质,但那只是在我们根本不熟悉也没有太大兴趣了解的微观世界而已,可现在它突然要开始影响我们周围的一切了。一个人或许能接受电子处在叠加状态的事实,但一旦谈论起宏观的事物比如我们的猫也处在某种“叠加”状态,任谁都要感到一点畏首畏尾。不过,对于这个问题,我们现在已经知道许多,特别是近十年来有着许多杰出的实验来证实它的一些奇特的性质。但我们还是按着我们史话的步伐,一步步地探究这个饶有趣味的话题,还是从哥本哈根解释说起吧。
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1700961403 猫处于死/活的叠加态?人们无法接受这一点,最关键的地方就在于:经验告诉我们这种奇异的二重状态似乎是不太可能被一个宏观的生物(比如猫或者我们自己)所感受到的。还是那句话:如果猫能说话,它会描述这种二象性的感觉吗?如果它侥幸幸存,它会不会说:“是的,我当时变成了一缕概率波,我感到自己弥漫在空间里,一半已经死去了,而另一半还活着。这真是令人飘飘然的感觉,你也来试试看?”这恐怕没人相信。
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1700961405 好,我们退一步,猫不会说话,那么我们把一个会说话的人放入箱子里面去。当然,这听起来有点残忍,似乎是纳粹的毒气集中营,不过我们只是在想象中进行而已。这个人如果能生还,他会那样说吗?显然不会,他肯定无比坚定地宣称,自己从头到尾都活得好好的,根本没有什么半生半死的状态出现。可是,这次不同了,因为他自己已经是一个观察者了啊!他在箱子里不断观察自己的状态,从而不停地触动自己的波函数坍缩,我们把一个观测者放进了箱子里!
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1700961407 可是,奇怪,为什么我们对猫就不能这样说呢?猫也在不停观察着自己啊。猫和人有什么不同呢?难道区别就在于,一个可以出来愤怒地反驳量子论的论调,另一个只能“喵喵”叫吗?令我们吃惊的是,这的确可能是至关重要的分别!人可以感觉到自己的存活,而猫不能,换句话说,人有能力“测量”自己活着与否,而猫不能!人有一样猫所没有的东西,那就是“意识”!因此,人能够测量自己的波函数使其坍缩,而猫无能为力,只能停留在死/活叠加任其发展的波函数中。
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1700961409 意识!这个字眼出现在物理学中真是难以想象。如果它还出自一位诺贝尔物理学奖得主之口,是不是令人晕眩不已?难道,这世界真的已经改变了吗?
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1700961411 半死半活的“薛定谔的猫”是科学史上著名的怪异形象之一。和它同列名人堂的也许还有芝诺的那只永远追不上的乌龟;拉普拉斯的那位无所不知从而预言一切的老智者;麦克斯韦的那个机智地控制出入口,以致快慢分子逐渐分离,系统熵为之倒流的妖精;被相对论搞得头昏脑涨,分不清谁是哥哥谁是弟弟的那对双生子,等等。近年来,随着一些科学题材的影视剧,如《生活大爆炸》《飞出个未来》《神秘博士》《星际之门》等广为流行,薛定谔的猫在大众中的人气也一路飙升,大有赶超同胞Garfield和Tom(8) 的意思。有意思的是,很多时候它还有一个好搭档,就是“巴甫洛夫的狗”。作为科学界的卖萌双星,它们也实实在在地为科学普及做出了巨大的贡献。
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1700961413 (1) 卡尔杜齐学院得名于意大利伟大的诗人,1906年诺贝尔文学奖得主卡尔杜齐(Giosuè Carducci)。这里的诗句来自《撒旦颂》,是诗人的不朽名作,热情歌颂了文明和反叛的力量。译文取自漓江出版社刘儒庭所译的卡尔杜齐的《青春诗》(诺贝尔文学奖文库之一)。
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1700961415 (2) 数据和计算都来自http://www.mcs.drexel.edu/~crorres/Archimedes/contents.html.
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1700961417 (3) 参见Yates 1977。一些反对意见可参考Gatti 1999,2002。也有人认为布鲁诺和卡巴拉(Kabbalah)—一种古老的神秘主义犹太教—有密切的关系,可见DeLeón-Jones 1997。
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1700961419 (4) 通常我们会用“上”和“下”表示自旋,不过为方便读者理解,用“左”和“右”也无伤大雅。
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1700961421 (5) 很显然,这本传记是以Vasari的米开朗琪罗传记为模板的。
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1700961423 (6) 可以参见I.B.Cohen 1960和S.Drake 1970。
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1700961425 (7) 其实,在量子论诠释问题上的分歧,与其说是“唯心”和“唯物”之争,倒不如说是实证主义和柏拉图主义之争来得更为准确。再说,量子论本身是严格用数学表达的,和意识形态原本完全没有关系。
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1700961427 (8) 即《加菲猫》和《猫和老鼠》的主角。
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1700961432 上帝掷骰子吗?:量子物理史话(升级版) [:1700958639]
1700961433 上帝掷骰子吗?:量子物理史话(升级版) 9 At the Crossroads 歧途
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1700961435 上帝掷骰子吗?:量子物理史话(升级版) [:1700958640]
1700961436 Part. 1
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1700961438 我们已经在科莫会议上认识了冯·诺伊曼(John Von Neumann),这位现代计算机的奠基人之一,20世纪最杰出的数学家。关于他的种种传说在科学界就像经久不息的传奇故事,流传得越来越广,越来越玄乎:说他6岁就能心算8位数乘法啦,8岁就懂得微积分啦,12岁就精通泛函分析啦;又有人说他过目不忘,精熟历史;有人举出种种匪夷所思的例子来说明他的心算能力如何惊人;有人说他可以随便把整部《双城记》背诵出来;有人说他10岁便通晓5种语言,并能用每一种语言来写搞笑的打油诗,这一数字在另一些人口中变成了7种。不管怎么样,每个人都承认,这家伙是一个百年罕见的天才。
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1700961440 要一一列举他的杰出成就得花上许多时间:从集合论到数学基础方面的研究;从算子环到遍历理论,从博弈论到数值分析,从计算机结构到自动机理论,每一项都可以大书特书。不过我们在这里只关注他对于量子论的贡献,仅仅这一项也已经足够让他在我们的史话里占有一席之地。
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1700961442 我们在前面已经说到,狄拉克在1930年出版了著名的《量子力学原理》教材,完成了量子力学的普遍综合。但从纯数学上来说,量子论仍然缺乏一个共同的严格基础,这一缺陷便由冯·诺伊曼来弥补。1926年,他来到哥廷根,担任著名的希尔伯特的助手,他俩再加上诺戴姆(Lothar Nordheim),不久,便共同发表了《量子力学基础》的论文,将希尔伯特的算子理论引入量子论中,把这一物理体系从数学上严格化。到了1932年,冯·诺伊曼又发展了这一工作,出版了名著《量子力学的数学基础》。这本书于1955年由普林斯顿推出英文版,至今仍是经典的教材。我们无意深入数学中去,不过冯·诺伊曼证明了几个很有意思的结论,特别是关于我们测量行为的,这深深影响了一代物理学家对波函数坍缩的看法。
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