第178章 莫利療養院:疊加態

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    聽到斯格爾又一次說起“疊加態”,馮對著奎尼使了個眼色,然後表情神秘地小聲說道:“你知道吧,我說的另外一種可能性,與這個‘疊加態’的概念,就很有關係……”

    接著,馮又對斯格爾說:“我說讓你幫我講解兩個實驗呢!另外一個實驗,就是與這個‘疊加態’的理解有關……”

    這時那個年輕模樣的虛擬角色也說:“對啊……說實話,你剛才提到,手套處於一種‘既是左手又是右手’的‘疊加’狀態,這個說法,我就一直沒太明白……”

    “唉,又要再講一遍是嗎?”斯格爾看了看馮,又歎了一口氣,“要不是看在咱們認識這麽多年的份上……”

    於是斯格爾解釋道:“嗯,要理解微觀粒子‘疊加態’的問題,首先得理解,不確定性是作為基本粒子的內稟屬性而存在的。

    “量子的‘態’,就是指粒子在空間中的狀態,比如能量、自旋等等,它可以用波函數描述,所以波函數又被稱為‘態函數’。

    “‘疊加態’,就是有幾種‘本征態’疊加在一起的粒子狀態,這時量子的態是不確定的,隻有在‘測量’進行時,它才會呈現為一個確定的、被測量到的狀態,這可能是它的任何一種‘本征態’。”

    斯格爾看了看那個年輕人,說道:“你不理解手套是左手狀態與右手狀態的‘疊加’,這也不算奇怪。因為,這就是這種類比方法的不足之處所在。當我用‘手套’來打比方時,這就很容易讓人產生聯想,把處於‘疊加態’的微觀粒子,與宏觀物體劃上等號。於是,這種狀態的存在,自然就會讓人費解……這就是我剛才說的,如果套用宏觀規律,對微觀現象進行說明,結果,當然是不符合直覺的。不過,我倒是想起玻爾說過的一句話——‘誰要是第一次聽到量子理論時沒有感到困惑,那他一定沒聽懂’……”

    “這句話說的沒錯,”馮說道,“我第一次聽到‘薛定諤的貓’,就是這樣的感覺……”

    斯格爾說:“當然啦,要想理解這個概念,‘薛定諤的貓’,是一個很好的例子……我想你也正是想讓我來講解這個實驗……

    “首先你們要理解,這個實驗盡管非常有名,但其實它隻是一個思想實驗。思想實驗是什麽意思?這就是說,要使用想象力來進行實驗,因為,這個實驗本身,在現實中無法做到,或者暫時還未做到。

    “‘薛定諤的貓’,這個思想實驗的目的,就是要通過思維推演,把微觀領域的量子行為,擴展到宏觀世界。

    “簡單概括一下,這個思想實驗是這樣的——將一隻貓關在裝有穩定放射源的密閉容器裏;在一小時之內,放射源將有50%的幾率發射放射性粒子;隻要有放射性粒子發射出來,就會開啟探測器,接著會觸發機關,打碎一瓶毒藥,貓就會死掉;如果沒有放射性粒子發射出來,貓就繼續存活。

    “在這個思想實驗中,問題的核心在於,原子核的衰變,是一個隨機事件,我們所能精確知道的,隻是它的半衰期而已。

    “半衰期,就是原子衰變一半所需要的時間。例如,一種原子的半衰期為一小時,那麽,一小時後,未衰變的原子就隻剩下原來的二分一;兩小時後,變成四分一;三小時後,則是八分一。

    “這也就是說,對於放在密閉容器中的放射源,我們知道它的半衰期,卻無法知道,它具體會在什麽時候,發生衰變。

    “這樣一來,根據量子理論,放射源實際上處於‘衰變’和‘沒有衰變’兩種狀態相疊加的狀態,而用來探測放射性粒子的探測器,也將因此處於‘開啟’與‘未開啟’兩種狀態相疊加的狀態——

    “如果我們進一步推論,這也就意味著,對於外部觀測者來說,如果不揭開密閉容器的蓋子,就無法根據我們的日常生活經驗,確切地知道,那隻貓到底是死還是活——容器內的貓也理應處於‘死貓’和‘活貓’兩種狀態相疊加的狀態!

    “而貓怎麽可能既死又活呢?!這隻‘既死又活’、‘不死不活’、‘死活疊加’的貓,就是著名的‘薛定諤的貓’。”

    “對,對!”馮高興地像個孩子一樣,“‘薛定諤的貓’,這是一隻神奇的貓……”

    斯格爾瞥了馮一眼,有些不以為然的說道:“我以前早就說過了,‘薛定諤的貓’,它可不是什麽真實的存在……

    “其實,薛定諤提出這個思想實驗的本意,是想把微觀的放射源粒子,和宏觀的貓,二者聯係起來,將量子疊加態的現象,帶到宏觀世界——

    “結果,他就得到了一隻‘既死又活’的貓。明白嗎?‘既死又活’、‘不死不活’!從邏輯上說,這樣的結論,顯然是荒謬的!我們從未在宏觀世界觀察到‘量子疊加態’的現象,這種‘疊加態’的貓,根本就不存在。

    “所以,薛定諤借助這個思想實驗,正是希望向人們指出,量子疊加態的理論,是錯誤的,或者是不完備的;又或者,借助這個思想實驗,至少可以否定,在宏觀世界存在量子疊加態……”

    “可是,我相信,宏觀世界確實有量子疊加態存在……”馮有些激動地說道。

    斯格爾點點說:“這樣的觀點也不是沒有道理……因為,隨著量子力學的發展,量子物理學家先後通過各種方案,獲得了近似宏觀的量子疊加態——他們先是使4個離子或5個光子一同達到了與‘薛定諤貓’相似的疊加態,後來又使6個甚至8個鈹離子作為整體也實現了這種狀態……

    “這也反過來證明,量子力學對於微觀粒子世界的認識和理解,盡管看似超乎常理,但是卻被實驗證明是正確的。

    “而薛定諤所指出的荒謬現象,其實也是真實存在的——如果,有更多粒子構成的係統,也能達到這樣的狀態,並且,能夠將這樣的狀態,保持足夠長的時間,那麽,在我們可以直接感受到的宏觀世界,也將會有‘疊加態’存在……”

    (本章完)