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第3章 活著,或是死去(第2頁,共2頁)

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然後呢?

有50%的機會小貓被毒死了。一切都取決於放射性衰變。

這是一個變態的實驗,我同意。

你絕對不要在家裡重複它。

現在,問題來了:那隻貓死了嗎?

量子效應正在出現,如我們所期待的。後果是宏觀的——大到足夠讓我們看見。

但除非開啟盒子,你無法知道放射性衰變發生了沒有,因此你也沒有辦法知道管子有沒有被打破,以及那隻貓是死了還是活著。

陽光之下並無新鮮事,你這樣覺得?好吧,在一個量子世界,你應該時刻警惕,儘量不要依賴常識。或者絕對不要。在這裡做任何推斷,都需要按照量子世界的規矩。在真實生活中,你可以預料盒子中的貓死了或活著。

但兩種回答都可能出錯。

在量子世界,只要可能,就必然發生。你現在應該已經熟悉這個規則了。

這裡,放射性物質發生衰變和不發生衰變有著同樣的機率,因此兩者都發生了。就像一個粒子能夠同時從金屬柱子的左邊和右邊穿過一樣,放射性衰變也同時發生了和沒發生,只要沒有人在看。我們前面已經說過,大多數時間,緣於各種不明確的原因,這種可能性的疊加不被我們注意到。它們從來沒有發生在——或者到達——我們的尺度。然而,在我們這個特別的實驗裡,我們卻通過設計讓我們的眼睛能夠看到:兩種量子可能性(衰變發生或未發生)同時存在並且直接聯絡到一隻貓戲劇性的死亡或存活之上。

那麼量子世界的規則怎麼說?

它們的說法是:衰變還是未衰變這一事件被直接聯絡到毒藥和貓,只要盒子未被開啟,這隻貓既沒有死去,也沒有活著,而是同時存在。

在你開啟盒子之前,衰變同時處於發生了和未發生狀態,因此毒藥已經被釋放,也尚未被釋放。

所以貓咪死了,卻又活著。

死了並且活著。

聽到這些,你立刻開啟盒子去確認。

貓跳了出來,毫髮未傷,依然非常可愛。

盒子底下也沒有躺著屍體。

你撓了撓自己的腦袋。

這整個所謂「狀態疊加」和「隨後量子可能性塌縮」立刻聽起來就像一個設計精巧的惡作劇,而不是真實現象。

我們搞錯了嗎?貓真的曾經有一段時間處於既生又死的狀態,還是整個實驗就是一個騙局?

讓我們看看。

開啟盒子意味著你與實驗發生了作用,對不對?

啊哈。

所以你的確進行了干擾。你的確觀察了。當有人進行了觀察,大自然就必須作出選擇。

因此,這個選擇——也就是塌縮——如果是真實的話,顯然已經發生:讓貓活了下來。

但你在開啟盒子之前,貓的命運已經決定了嗎?還是在你開啟盒子之後,極快的瞬間裡被決定?

你又回到了最初的問題:塌縮真的發生了嗎?

薛定諤在一九三五年設計了這個實驗,許多年過去了,沒有人能回答這個問題,直到法國物理學家塞爾日·阿羅什(sergeharoche)和美國物理學家大衛·維因蘭德(davidj.wineland)成功地設計了一個真正的實驗,並且能夠在預期發生塌縮的瞬間探測到狀態的疊加。

不過,這次他們沒有用貓。

他們用的是原子和光。

他們看見量子疊加非常真實;幾乎所有量子粒子都能夠,也確實同時以不同且互斥的狀態存在。今天,這也是工程師們試圖建造量子計算機的基本原理。利用量子粒子能夠同時以不同狀態存在這一能力,能夠實現同時「平行」計算的量子計算機的計算能力在原則上能指數級地強大於我們現在所用的經典計算機。阿羅什和維因蘭德因此分享了二〇一二年的諾貝爾物理學獎。他們證實了薛定諤的貓真的處於既生又死的狀態,在某個時間,兩種狀態同時存在。

那麼這兒的謎團在哪裡?

在於是什麼東西消失了。

疊加是真實的,好吧。阿羅什和維因蘭德證實了這個。我們只能接受。

但是當你開啟盒子,當活著的小貓跳出來以及塌縮發生的時候,你沒見到的那個可能性去了哪裡?既然它在某個階段顯然是真實的,那麼那隻死貓哪兒去了?

那才是謎團。

許多科學家冥思苦想於這個問題,一些潛在的答案近來開始流行。一些人猜想那些沒被觀察到的可能性褪色了,就像滴入湖裡的一滴墨水,湖就是我們生活其中的世界,就像未被實現的一串可能性在湖中擴散消失,只剩下實現了的那種——包括我們自身也是其中的一部分——被留下。另一些人認為這與我們的意識有關,我們進行實驗這一動作本身或者甚至思想本身能夠把現實凍結在某一個狀態中,因此創造了現實。

然後出現了美國理論物理學家休·艾弗雷特三世(hugheverett3)。

出生於一九三〇年的艾弗雷特是個非常古怪的人。他極端聰明,同時研究數學、化學和物理學,最後在最有影響力的物理學家之一、美國普林斯頓大學的約翰·阿奇博爾德·惠勒(johnarchibaldwheeler)教授的指導下完成了博士論文。得到博士學位後艾弗雷特立刻就放棄了物理學,主要原因是他顯然覺得物理學太過詭異。雖然惠勒教授盡了努力,科學界還是未能認真考慮他學生所提出的想法,這顯然也是艾弗雷特放棄的原因之一。在二十一歲時,艾弗雷特離開理論研究,開始為美國軍方進行絕密武器研究,最後死於過量的酒精和香菸。他的一生就像一些著名的詩人或畫家在早年因其天才而散發光芒,可惜卻不為當時的同行尊重一樣。艾弗雷特一九五六年發表的博士論文後來成了經典。在他的論文裡,他大膽而出色地聲稱,既然量子理論在非常小的尺度上如此完美,那麼到我們日常生活的尺度上,它也應該一路被重視。我們宇宙中的一切都由量子物質構成,因此所有一切都應被看作是一個各種可能性同時存在的巨大量子波。

如果從這個視角看,那麼沒有什麼塌縮發生。所有的可能性都依然存在。

從這個視角看,整個宇宙在每次作出選擇時產生了分支,緣於實驗或是其他觀察。因此應該存在著無法想象之多的許多平行宇宙,其中每一種可能性,每一種可能的後果都以事實存在。

按照艾弗雷特的看法,我們的周圍到處都是平行歷史。

你站在兩部電梯前猶豫要上哪一臺,另一個你,在分叉出去的另一個平行宇宙,選了另一臺。在又一個平行宇宙中,你撞在了兩臺電梯中間的牆上。還有一個宇宙中,你走樓梯。因此,所有的可能都被實現了。

在某種意義上,艾弗雷特對於量子物理學的理解在字面上的解釋是,如果你能克服自私的障礙,你就永遠不需要悲傷。任何時候,位於這裡的你遭受什麼不快,在無窮多的平行宇宙中無窮多的其他平行的你正因躲開了這個壞訊息而滿心快活。

艾弗雷特也還依然活在無數個這樣的平行宇宙中,甚至還在閱讀這本書呢。在某些宇宙中,他會喜歡我對他的描述;在另一些宇宙中,他不會喜歡;在還有一些宇宙中,他自己寫了這本書,而且書裡薛定諤的貓變成了一隻綠色的狗。

按照艾弗雷特的解讀,宇宙根本就沒有作出任何真正的選擇。所有可能的都實現了。

只是你不知道而已。

怪不得他放棄了物理學。

艾弗雷特的理論的確奇怪,但現在卻有一些我們當代最偉大的物理學家認真思考他的學說,許多與我們時空起源有關的數學模型使用了他的想法。當然關於艾弗雷特的斷言我們沒有實驗上的證據支援(或反駁),但它的確為為什麼我們所生活其中的現實不是量子可能性的疊加提供了頗具吸引力的解釋:那些我們沒有體驗到的可能性都很真實,只是存在於別處。

現在,在你試圖習慣這種想法的時候,讓我們很快地總結下迄今為止你經歷了些什麼。

自從你開始自己的旅程以來,你已經分別探訪了非常巨大的世界和非常微小的世界。在宇宙王國快速飛行時,你發現了我們宇宙巨大尺度的樣貌以及它們如何服從廣義相對論的統治。在微觀世界,你看到了大自然的量子規則與我們在日常生活中所熟悉的一切如此不同。直到本書這個部分開始之前,在理論和實驗中,你所旅行的都是已知的疆域。你看到了在一個二十一世紀初的科學家眼中的宇宙的樣子,不管是在哪一個尺度。

在這個部分裡,你開始看到這些知識的侷限。你看到了不僅廣義相對論和量子場理論難以互相交流,還看到了在一些人眼中量子規則看起來沒有統治我們日常活動的原因,或許是因為有平行世界的存在。

在本書第七部分,你甚至會看到更詭異的事情。

現在,讓我們繼續你的頭腦練習,離開微小世界,回到愛因斯坦的疆域。他的理論又怎麼樣了?那裡又有什麼謎團隱藏著?

真的有嗎?

它們也像給量子場理論蒙上灰塵的無限性那麼普遍嗎?

最後那兩個問題的答案都是:是的。

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