寻找薛定谔的猫

寻找薛定谔的猫 对于斯蒂芬?霍金来说，作为牛顿在剑桥卢卡逊教席的继承人、爱因斯 坦之后的物理学界盟主，如果物理学上还有什么事件让他烦恼的话，那是薛定谔 的猫。“——谁敢跟我提起薛定谔那只该死的猫，我就去拿枪！” 1 从海森堡的测不准原理开始，量子力学的奇异性一直困惑着人们。1935年 薛定谔做了一个世界驰名的猫实险，放大了这种古怪的量子态，直到人们肉眼可 见的程度：1小时内某放射性原子的衰变—锤落下—毒药瓶破—猫死；或者原子 不发生衰变（与可能衰变的几率相同）—一切无恙——猫活着。通过这样一个实 险设计，把量子衰变成不衰变的迭加态（dilemma）放大成了猫的生死处境，在客观上似乎默认了一种死猫与活猫并存的佯谬迭加态。作为一只鲜龙活跳被关进 箱里的猫，当然既不能不死不活，也不能又死又活——这显然是个谬论，但在观 察者打开黑箱，探眼去看之前，这个谬论居然一直存在着！迭加态不肯消失。 黑箱里的猫是死还是活无人能知，既然计算结果是概率相等，两态并存，那 么我们只能宣布此猫不死不活，或者又死又活。——难怪许多科学家对此怒气冲 冲，认为这只狡猾的猫简直亵读了科学的神圣，物理学一向 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现出的确定性被粉 碎，成了一场猜谜游戏。 直到目前为此，牛顿创建的经典物理体系，在宏观世界（即人类肉眼所及、 常识上大于原子、小于日地距离的世界）还是普遍适用。一旦进入微观的量子世 界，人们除了惊骇与好奇，简直只能走上神秘主义道路！量子力学的先驱尼尔 斯?玻尔曾经指出：谁不为量子力学所震惊，谁就不懂量子理论。在20年代， 当量子理论的蕴涵初露锋芒时，巨大的冲击波震动和迷惑了无数颗追求科学的心 灵，甚至有科学家为真理的巨大裂变而自杀，甚至爱因斯坦也不敢相信量子是上 帝的骰子，而苦心孤诣于论证否定，希图创立“统一场论”，（即量子力学亚微观 的原子世界，与广义相对论中的大宇宙世界的统一，）最终证明“西方不败”的 爱因斯坦失败了。2002年英国理论物理学家朱利安?巴伯发表新著《时间的终 点》，中心论点是：对时间本质的错误理念，阻碍了物理学家们达到“统一场论” 的最终目的： 因为两种理论各自提出了截然不同的时间概念，而科学家们尚无 法协调这两种时间概念，使极小物质包括到极大物质中去，因此人类就不会理解 时间和存在的本质。 如果唯物主义者们愿意相信科学、相信物理学家，请听一听玻尔对量子理论的解 释：“外在物质世界的存在不是自身独立的，而是无法摆脱地与我们对其的感知 纠缠在一起的。” （绝对的唯物将使你无物可唯，如果你不给你的心灵留下一席之地。）而薛定谔 的猫，表明了量子力学中幽灵般的阴影正在侵入到日常生活中来。 2 1996年5月，美国科罗拉多州博尔德的国家标准与技术研究所（NIST）的 Monroe等人用单个铍离子作成了“薛定谔的猫”并拍下了快照，发现铍离子在 第一个空间位置上处于自旋向上的状态，而同时又在第二个空间位置上处于自旋 向下的状态，而这两个状态相距80纳米之遥！（1纳米等于1毫微米）——这在 原子尺度上是一个巨大的距离。想像这个铍离子是个通灵大师，他在纽约与喜马 拉雅同时现身，一个他正从摩天楼顶往下跳伞；而另一个他则正爬上雪山之巅！ ——量子的这种“化身博士”特点，物理学上称“量子相干性”。在早期的杨氏 双缝实验中，单个光粒子既以忧美的波粒二象性，轻巧地同时穿过两条狭缝，在 观察屏上制造出一幅美丽的明暗相干条纹。 古希腊芝诺佯谬中有一个阿基里斯追乌龟的故事。这位诡辩家把阿基里斯追 上乌龟、跨步到乌龟前面去的决定性一步划分成无限等分，让阿基里斯在此无限 等分中向前移动的时间里，乌龟虽然极慢、极小，然而毕竟已前行了一小格！经 无限等分步长后的阿基里斯，永远离乌龟差那么气人的一小格，因此他老人家永 远追不上乌龟。现在这个佯谬可以如此解释了：它模糊了量子——经典的分界， 从而制造了佯谬。赶上乌龟的最后一步，宏观上是有限的，可以量度的；量子态 上则是无限的，可以无限地细分成无数格，从而使时间拉长，落入无止尽的黑洞， 使追上乌龟的那一步永不能完成。 然而量子——经典的临界面究竟在哪里，在什么时候闪烁幽灵光芒的量子世 界让位于日常生活中公式化的物理规律呢？量子世界如一棵琳琅的圣诞树，而现 实生活中我们只能采摘、品尝其中唯一的一颗果子，当我们伸手选择时，这棵树 就消失。物理学上称此为“波函数的坍缩”。 可是我们过往的历史、今天的宇宙，恰好法国剧作家博马舍提出的，“为什 么是这些东西，而不是其他的呢？”为什么罗蜜欧与朱丽叶双双殉情，而不是走 向离他们一步之遥的团圆喜剧呢？为此几位杰出的宇宙学家提出了一种十分勉 强的“多宇宙”（也称平行宇宙）假设。这个假设简单说就是：一道寒光过后， 碎成千片的镜子同时上演着千种版本的故事：克里奥派特拉没有死于蛇吻，而是 以她的美艳博识第三次征服了屋大维这小子！（罗马帝国的历史就此改写。）希特 勒这个潦倒的青年考上了维也纳大学学美术，从此成为一名画家而非战争狂人。 （数千万犹太人得救了！）小布什以几票之差在竞选总统中败北。（现在大打出手 的对伊拉克战争成了杞人忧天！）但我们这个宇宙的人们并不能享受历史改写带 来的好处如避免了大战，因为本宇宙与它平行，他们只管乐他们的，平行宇宙相 互间永远不可到达！就象火柴熄灭后的小女孩，面对她的不是祖母和烤鹅，而是 现实中雪夜阴冷的高墙。——为此多宇宙假设被嘲笑为“廉价的假设，昂贵的宇 宙”。 八十年代洛斯阿拉莫斯国家实验室的Zurek倡导“退相干理论” （de-coherence）,设想环境会破坏量子相干性。1996年12月，巴黎ENS研究小 组用两个里德伯原子分别扮演薛定谔的猫与量子鼠，用鼠射入空腔来窥看猫的死 活，从而得到一个明确结果。Zurek指出：“由于系统泄漏了信息，因而发生了退相干。”他把各种量子可能性的支配权归之于环境；称为“环境诱发的超选择” （environment-induced super selection）。至于环境为什么要选择猫死或猫活？环境如何扮演了掷骰子的上帝角色？Zeruk没有说清楚，只是“把所有问题都扫到一块地毯下归纳起来，但却说不清楚什么是地毯。”(NIST的Monroe评价说。) 在“多宇宙”和“退相干”设想之外，还有一种受支持的“GRW”理论，认为 猫的宏观状态引起了自发的微观坍缩，因为猫身上大约有10的27次方个粒子， 这么多的粒子至少有一个发生命中的机会是很大的，Penrose在《Shadows of the Mind》（思维的影子）一书中认为，触发源可能是重力。这样虽然巧妙地避开了 某些技术上的障碍，但问题是：触发命中的定时因子完全是任意的，（如10的 27次方个粒子中随便一个）；该理论的倡导者只是选择一个能产生合理结果的因 子，可谓事后诸葛亮。（如猫死了他们就选一个致死因子而不去选猫身上并存的 存活因子，反之猫活着，他们就选存活因子。） 3 以上种种，都是科学家们为了避免观察者的目光以及人的精神世界来参与 猫的生死而作出的努力。事实上，一旦对量子系统（如关猫的黑箱）作出观察， 它的态（波函数，如猫的死/活）一定会骤然改变，这就像是“精神支配物质”的思想。或许需要精神对量子骰子加一点负荷，从而促使该量子偏爱某一方向， 让猫活或死。在猫实验中，测量是什么呢？是把盖子打开吗？抑或是光线到达眼 睛并被大脑所处理呢？还是猫皮上的静电放电呢？这涉及到佛教唯识学上的八 种识的程度：在触盖、看猫等行为中，人使用了眼耳鼻舌身前五识，进入大脑是 意识第六识，如果进一步思索（末那识）乃至顿悟出灵魂奥妙，则进入第八识阿 赖耶识境界。唯识学早在公元前六世纪的佛陀时代，即主张：观察者与观察物体 不可分。独立的物质是虚幻的。为了摆脱“精神”这一在物理学领域无法解释的 量，实验者不让人参与，而代之以计算机系统或照相机那样更质朴的东西。然而 马上发现了照相机何时曝光或者计算现何时输入信息，仍有两个可能性，此时波 函数仍未坍缩，——于是微观世界的幽灵放大成了“照相机/计算机的幽灵”了， 最终还是要“人的观察”才能得知唯一的 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 。一台计算机不能懂得量子的知识， 而答案 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 某个懂得知识的人来解读。这似乎启示：人类有一种称为“精神”的 属性，它把我们同环境中其它东西区分开来，它对于“使基本物理学有意义”是 绝对关键的。 经典物理时代，牛顿虽然把从刚性小球到银河系的运动规律统括起来，但还 是把全所有星球旋转的第一推动力归功于上帝。而在数据化生存的今天，因特网 就象印度神话中的因陀罗之网，森罗万有。（但有时也会象公孙禄萼她爹的带刃 鱼网，狠毒地裹着你无处存身！） 科学家们更喜欢把大脑看成是一台高度复杂、却不神秘的电化学机器，像任 何其他机器一样，遵循着相同的物理学规律，这样就不让独立精神或自由意志留 有余地。但是量子世界的幽灵让人们不得不重提“精神——肉体”二元论，即精 神（或灵魂）是一种物质，是一类短暂，不可触知的特殊物质，它不同于，但耦 合于构成我们身躯的可触知物质。在特理学家的长爪伸不到的角落，世界上有多 少艺术家正为这只猫烈士的壮举而感激涕零！当年拜伦悲叹过“诗歌被规则和准 线打碎”，此刻光风霁月又回来了：宇宙不再是滴滴答答一板一眼往前走的牛顿 式钟表；而是一曲将白牛奶倒入黑咖啡的混沌圆舞曲；（普里高津：《从混沌到有 序》）上帝老了，做腻了几何题，就开始一刻不停的掷骰子取乐；对称性破缺意 味着开放的宇宙。 多样性的出现带来了混沌学上的海马纹、姜饼人、费根鲍姆函数无花果树枝、 蝶翅引发的热带暴风雨„„有人讽刺地说，现代科学是古希腊神话中伊卡洛斯 (Icarus) 蜡做的翅膀，因为飞得太高，得意忘形，被骄阳烤化了翅膀，堕海而死。 ?书名 《寻找薛定谔的猫》 生与死：薛定谔的猫 方在庆 ?寻找薛定谔的猫可以引导我们对瞬间的真实性及一般量子力学有一新的理解。 ?它可以让你旋风般地领略20世纪物理学的发展过程。 ?即使对物理学没有任何兴趣，你也可以获得许多意想不到的东西。 记得当年学物理时，大多数教材都是公式来，公式去。严谨是严谨，但大多没有留下太深的印象。只有 一套翻译的伯克利物理学教程，让我终身难忘。在讲到何为“不可逆过程”时，它是这样说的：“正如我们不可能从成人变成小孩，再退回到母亲的子宫一样。”这句现在看来很平常的话，在当时国内的教科书中是 不可能出现的。 在看过约翰?R?格利宾（John R. Gribbin）写的两本“薛定谔的猫”的书后，我不由得感慨万千。要是我们的教科书或辅导教材也这样来写，那该多好！ 格利宾今年51岁，先在Sussex大学学习物理学，后改学天文学，在剑桥大学获得天文学博士学位之后， 加入《自然》杂志，最初只是审读一些与天文学有关的稿件，后来他必须按时向BBC的世界报导提供一些科学进展方面的消息，因而促进他的兴趣转移，开始了写作生涯。在过去的20年间，他写了大量的科普读物，许多都成了畅销书，其中包括这两本出版时间前后相差十年的书在内。2000年，他被选为皇家文学院院士。对于他的科普写作是一种承认。 格利宾博士在写第一本关于“薛定谔的猫”（即中译本第一篇：《寻找薛定谔的猫》）时，首先是想向 外行解释20世纪物理学以外的其他科学分支中的秘密；其次，他不能容忍在科学界以外所存在的一些对量子 理论的误解。当时有一本名为《东方神秘主义与物理学之“道”》（F.Capra著，国内曾出过编译本）的书引起了轰动，许多人竞相效仿。而这些人既不懂“道”，也不懂物理学，只想借机大赚一笔。这也从另一方 面表明，有关量子力学的解释还有很多问题。 格利宾博士反其道而行之，他认为科学“不需要穿上从别处得来的哲学外衣，因为它自身就充满光明、 神秘和惊奇”。由于“薛定谔的猫”涉及到量子理论的整个发展过程，他利用丰富的历史事实和最近的科学 进展，对与量子力学息息相关的“什么是真实的”这一问题给出了回答。 埃尔温?薛定谔在20世纪20年代中期创立了现在被称为量子力学分支中的一个方程。量子理论是20世纪科学的重大进展之一，但由于量子力学对传统观念所带来的巨大冲击，连“量子”的提出者在内的科学家都想尽各种办法拒绝它，或做出各种调和性的解释。事实上，薛定谔就被量子力学的结果弄得心神不安，他 不喜欢波粒二象性的二元解释以及波的统计解释，试图建立一个只用波来解释的理论。 薛定谔尝试着用一个理想实验来检验量子理论隐含的不确之处。 设想在一个封闭的匣子里，有一只活猫及一瓶毒药。当衰变发生时，药瓶被打破，猫将被毒死。按照常 识，猫可能死了也可能还活着。但是量子力学告诉我们，存在一个中间态，猫既不死也不活，直到进行观察 看看发生了什么。 量子力学告诉我们：除非进行观测，否则一切都不是真实的。爱因斯坦和少数非主流派物理学家拒绝接 受由薛定谔及其同事创立的理论结果。爱因斯坦认为，量子力学只不过是对原子及亚原子粒子行为的一个合 理的描述，是一种唯象理论，它本身不是终极真理。他说过一句名言：“上帝不会掷骰子。”他不承认薛定谔的猫的非本征态之说，认为一定有一个内在的机制组成了事物的真实本性。他花了数年时间企图设计一个 实验来检验这种内在真实性是否确在起作用，但他没有完成这种设计就去世了。 后来，许多科学家沿着这条思路走下去。如玻姆就提出了“隐变量”的概念。格利宾博士花了大量的篇幅来描述这种变化，非常生动有趣。他从光是波还是粒子的争论开始，结合科学家本身的历史作用，相继讲 述了波动理论的胜利；爱因斯坦的原子概念；电子、离子、X射线、放射性的发现；量子概念的提出；薛定 谔理论；反物质；超导体；不确定性的意义；哥本哈根解释；时空的扭曲以及超引力等许多引人入胜的主题。 诚如作者所指出的，“探索薛定谔的猫就是寻找量子的真实性。简单 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 说，好像这种寻求是没有什么 结果的，因为不存在日常词汇中的真实性。但这不能算完，寻找薛定谔的猫可以引导我们对瞬间的真实性及 一般量子力学有一新的理解。” 作者在书中生动描述了科学家得出他们理论的过程。尽管物理学与数学的关系是十分密切的，但在这本 书中，作者很少用数学来描述他要讲述的主题。即使是那些不懂数学的外行，也能理解物理学概念的发展过 程。甚至有人开玩笑地说，这本书每一个人都应该读，包括猴子在内！ 11年之后（1995年），格利宾又将焦点关注于量子理论的一些新的疑问上，这就是另一本书，即中译本 的第二篇：《薛定谔的小猫及对实在的追求》。他从贝尔的证明开始展开讨论。他认为，量子世界的所有奇 异性都可以通过考察薛定谔猫的悖论的两个变种——即他的书中所说的小猫的历险过程来获得最清楚的理 解。从光的本质问题开始，中间涉及到电子干涉的标准观点、牛顿的世界观、托马斯?杨、菲涅耳、泊松的观点、法拉第的场、麦克斯韦方程组、以太之死、狭义相对论的产生；哥本哈根解释的垮台；冯?诺依曼的的错误等多个主题，由此来试图解释真实性的本质和解决所有的量子之谜。 格利宾的这两本书，既有思想深度，路数又非常清晰。是非常难得的高级科普读物。完全读懂这两本书 是不容易的，但却非常值得一读。它可以在让你旋风般地领略20世纪物理学的发展过程中，加深对事物本性 的认识。难怪有许多读者说，正是在读完格利宾的书后，才开始喜欢上物理，开始科学生涯的。 即使对物理学没有任何兴趣，你也可以获得许多意想不到的东西。比如：我们都知道牛顿是一位伟大的 科学家，但对他的不幸人格却不甚了解。他脾气不好，疑心太重，经常卷入优先权与抄袭指控等学术争论。 他在与同样尖刻，个子矮小的胡克的争论中，不惜使用下流卑鄙的手段。他的那句名言：“如果我看得更远那是因为我站在巨人的肩上”，实际上是讽刺了胡克的矮个子，同时又暗指其才智不佳。 这有点让人不可思议。如果你想发现更多不可思议的故事，不妨读一读格利宾的两本书。