薛定谔的猫是死的又是活的

2021年04月04日22:24:15 科学 1716

随着量子卫星、量子计算机、量子通讯等进入人们的生活,量子力学逐渐为更多人所了解。但是量子力学中的诡异现象,就连顶级科学家也无法理解,量子叠加就是其中的诡异现象之一。

日常经验告诉我们,物体一定要有一个确定的空间位置,这种存在,是不以人的意志为转移的,是客观的。比如说,我的女儿现在在客厅里面,或者说我的女儿现在不在客厅里面,两者必居其一。要是有人说“我的女儿现在既在客厅里,又不在客厅里”,肯定会被人认为是胡说八道。但在量子力学里就不一样了,它的诡异处是:你不观察它,它就处于叠加态,也就是一个电子既在A点又不在A点,你一观察,它这种叠加状态就崩溃了,它就真的只在A点或者真的只在B点了,只出现一个。

有人就会说了:你这是诡辩,你怎么知道电子不观察它的时候,它既在A点又不在A点呢?

这就是量子力学发展过程中,很多实验确证的事情,最著名的实验是所谓“薛定谔的猫”,既死又活的叠加态猫。简述如下:

把一只猫放进一个封闭的盒子里,然后把这个盒子接到一个装置上,这个装置包含一个原子核和一个毒气设施。原子核有百分之五十的可能性发生衰变,衰变的时候就会发射出一个粒子来,这个粒子一发出来就会触发毒气设施,毒气一触发就会杀死这只猫,就是说猫也处于这种既死又活的叠加状态。这是薛定谔想象中的一个实验。

这个问题一提出来,物理学家一个个都惊呆了,原来以为只有微观世界才有这种态叠加,就是状态不确定,既处于这个状态,又不处于那个状态。现在宏观世界也一样了,猫不就是这样吗?有一只既死又活的猫。这与我们的经验严重违背。这个实验实际上就是“女儿在客厅里,女儿又不在客厅里”变了个样子说出来。这个猫是死了还是活着?既死又活是同时存在的,量子力学就认为两者同时存在。

那么怎么可能既死又活同时存在呢?人不能想象这种状态,于是大家就把这个实验进一步讨论下去。

1963年获得诺贝尔物理学奖的维格纳想了一个新的办法,他说:我让个朋友戴着防毒面具也和猫一起呆在那个盒子里面去,我躲在门外,对我来说,这猫是死是活我不知道,猫是既死又活。事后我问在毒气室里戴防毒面具的朋友,猫是死是活?朋友肯定会回答,猫要么是死要么是活,不会说是半死不活的。

他这个说法一出来大家就发现,问题在哪儿呢?一个人和猫一起呆在盒子里,人有意识,意识一旦包含到量子力学的系统中去,它的波函数就坍缩了,猫就变成要么是死,要么是活了。也就是说猫是死是活,只要一有人的意识参与,就变成要么是死,要么是活了,就不再是模糊状态了。

我的朋友曾讲一个例子:一个小孩跑着不慎跌倒了,他抬头看看周围的大人,如果大人赶紧过去扶,并说一些关心的话,孩子就哭了起来,如果大人装着没有看见,孩子自己爬起来会继续跑。孩子跌倒的时刻就是哭与不哭的态叠加,大人的意识一参与就变成确定的了,这证明态叠加确实存在于宏观领域。

这些例子是不是就是人们说的意识决定物质、意识决定存在?我认为是的。根据辩证法、辩证逻辑的道理,物质决定意识、存在决定思维正确,那么相反的道理——意识决定物质、思维决定存在就有正确的时候和地方,也即就有正确的时空区域。现在我们知道,意识决定物质、思维决定存在,在量子领域就是正确的,在宏观领域也有正确的时候和地方。所以量子叠加不过是再一次证明了辩证法、辩证逻辑的正确性。

让我们看看恩格斯的论述。他说:“当我们深思熟虑地考察自然界或人类历史或我们白己的精神活动的时候,首先呈现在我们眼前的,是一幅由种种联系和相互作用无穷无尽地交织起来的画面,其中没有任何东西是不动的和不变的,而是一切都在运动、变化、产生和消失。这个原始的、素朴的但实质上正确的世界观是古希腊哲学的世界观,而且是由赫拉克利特第一次明白地表述出来的:一切都存在,同时又不存在,因为一切都在流动,都在不断地变化,不断地产生和消失。”(恩格斯著:《反杜林论》,人民出版社71年版,第18页)

“一切都存在,同时又不存在”,这是违背形式逻辑矛盾律的说法,或者说是自相矛盾的说法,按照人们通常的看法,这种说法是荒谬的。然而,根据恩格斯的论述,这就是辩证法、辩证逻辑的说法。怎么让人理解呢?恩格斯说,“因为一切都在流动,都在不断地变化,不断地产生和消失”,所以,“一切都存在,同时又不存在”。我认为,恩格斯的这个解释一般人的理智是可以理解的。显然,“一切都存在,同时又不存在”,与“薛定谔的猫既是死的又是活的”,都属于一样的说法,都属于辩证法、辩证逻辑的说法。因此,要是恩格斯活着的话,他一定会说:“薛定谔的猫”不过是再一次证明了辩证法、辩证逻辑的正确性。恩格斯说:“自然界是检验辩证法的试金石,而且我们必须说,现代自然科学为这种检验提供了极其丰富的、与日俱增的材料,并从而证明了,自然界的一切归根结底是辩证地而不是形而上学地发生的。”(同上书,第20页)这段话完全可以用于评论量子叠加。

恩格斯又说:形而上学“在绝对不相容的对立中思维;他们的说法是:‘是就是,不是就不是;除此以外,都是鬼话。’在他们看来,一个事物要么存在,要么就不存在;同样,一个事物不能同时是自己又是别的东西。”(同上书,第19页)恩格斯说,形而上学的思维方式是:A是A,A不是非A;A要么存在,要么不存在;A不能是A,同时又是B。辩证法、辩证逻辑的思维方式与形而上学的思维方式相反,它的思维方式是:A是A,同时A又是非A;A存在,同时又不存在;A是A,同时A又是B。这些都是自相矛盾的说法。

具体拿量子叠加来说,形式逻辑认为,薛定谔的猫要么是死猫,要么是活猫,不可能是死猫,同时又是活猫;辩证法、辩证逻辑则认为,完全可以说薛定谔的猫是死猫,同时又是活猫。所以,量子叠加、薛定谔的猫并没有跑出辩证法、辩证逻辑的范围,不过是辩证法、辩证逻辑的一个活生生的例子。由于我国主流哲学认为“辩证矛盾和逻辑矛盾根本不是一回事”“辩证思维决不意味着对于上述运动着的物体,可以说它在同一瞬间既在一个地方又在另一个地方,同时又说它不是这样”(《哲学小百科》,邢愤思主编,第51——53页),所以,他们认为像“薛定谔的猫是死的又是活的”这样的论断是根本错误的。


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