第二百二十章 关于哥本哈根诠释的问题
路幽幽稍微整理了一下思路，想着怎么跟这个人傻钱多的比尔·刘易斯解释。
薛定谔的猫是个非常有名的思想实验，来自量子力学中的哥本哈根解释，对路幽幽源心叶她们而言这是个上古时期的概念了，但对于外行人来说，这还是个非常新鲜且神秘的概念。不学物理的人动辄相对论量子力学，以为它们还是前沿科学，压根就不知道这些东西实际上早就已经是陈年旧账了。
至于路幽幽和源心叶所研究的量子场论，是基于量子力学之上，后来发展出的一个领域，和量子力学本身有一定区别。
“薛定谔的猫……”路幽幽想了想，“刘易斯先生，您知道薛定谔是谁吧？”
比尔·刘易斯一怔，“是个科学家。”
“然后呢？”女孩接着问。
“科学家。”
“然后呢？”
“科学家。”
路幽幽扶额。
这个比尔·刘易斯真的是大学物理学出身吗？他不会把达尔文和达芬奇搞混吧？达尔文画鸡蛋达芬奇的进化论？
“您对量子力学了解多少？”路幽幽问。
“了解不多，略知一二。”刘易斯的态度很谦恭，“肯定比不上路小姐和源博士这样的专业科学工作者。”
“量子力学是量子场论的基础，量子力学当年由爱因斯坦，波尔等人创立，到如今已经发展了很多年。通俗地来说，量子力学的核心是它的波函数，因为波粒二象性，粒子的状态可以由波函数来描述，而描述波函数运动的方程，就是薛定谔方程。”
“我记得波粒二象性的意思是……”
“学术界很早就意识到光是一种电磁波，也就是说，光既是粒子，也是波，但是到了二十世纪二十年代，法国物理学家德布罗意提出，不仅仅是光子，任何微观粒子，诸如电子，质子，中子等等实体的基本粒子，同样也会表现出概率波的特征，这就是波粒二象性。”路幽幽解释，“一言以蔽之，就是世间万物，皆可为波。”
刘易斯笑了笑，指了指自己，“我也是波吗？”
路幽幽挑了挑眉，“可以这么说。”
刘易斯上下打量自己，稍有些吃惊，他觉得自己明明是个实体，实实在在存在于世上的人，不知为何在物理学家眼里就变成了波。
“薛定谔的猫就是这个时候被人们提出来的，实际上，别人提出‘薛定谔的猫’这个概念，是为了反对量子力学，或者说反对哥本哈根解释。”路幽幽接着说。
“我们知道，量子力学的基础定理之一，就是海森堡的不确定性原理，这个理论指出，你不可能同时知道一个粒子的位置和速度，也就是说，如果你测量一个粒子的速度，那么你就测不准它的位置，如果你测量了它的位置，那么你就测不准速度。”
“海森堡的不确定原理带来了一个很大的问题，它从根本上揭示了……我们这个世界从基础上就是不确定的，是基于概率的，一切都是随机的。”路幽幽说，“这也就意味着，在我们的宇宙中，随机才是主流，确定的事少之又少……这个想法遭到了很多人的反对，其中就包括爱因斯坦，爱因斯坦说，上帝不掷骰子！”
比尔·刘易斯若有所思地点了点头。
“哥本哈根诠释的核心思想，就是把‘观察者’也加进了整个粒子运动的系统中，但在传统的古典物理学中，观察者与被观察者是分开的，是互不干扰的，比如说我手上有个盒子，我现在把一个苹果放进盒子里。”路幽幽比划着，“无论你看它还是不看它，这个苹果都会在这里，不会有任何变化，你的观测不会影响到这个苹果的状态，就算你盯着楼下那辆车看一整天，那辆车也不会突然消失。”
刘易斯点点头。
“但在量子力学当中，情况就发生了变化。”路幽幽说，“我之前说过，粒子具有波粒二象性，它既是波，也是粒子，在微观状态下，这些基本粒子以波的形式存在，但如果你悄悄地朝它们瞄了一眼……它们就会立即变成实体粒子。”
“我瞄了一眼，它们就会变化？”
刘易斯的思路有些跟不上了，这个结果非常反直觉。
“是的，它们的波函数会瞬间坍缩，就因为你看了一眼。”路幽幽点了点头，“这就是所谓的哥本哈根诠释，观察会对整个粒子运动体系造成影响，你不再是局外人，而是整个系统中的一员。
那么我现在有这样一个装置，一个不透明的纸盒子，纸盒子里关着一只猫。”
“纸盒子里装着一个开关，这个开关控制着一个毒药瓶子，开关的触发装置是一个原子核，如果原子核发生衰变，那么开关就会打开毒药瓶，放出毒药，毒死这只猫。”路幽幽接着说，“我们永远无法确定单个的原子核何时衰变，因为这是完全随机的，它可能在下一秒就衰变，也有可能一年之后再衰变，那么请问，此时此刻，这只猫究竟是死，还是活呢？”
刘易斯思索片刻，“可能是死的，也有可能是活的吧？”
一旁的源心叶笑了一下，“为什么？”
“显而易见啊，那个原子核的衰变不是完全随机的吗？它有可能衰变了，也有可能没衰变，如果衰变了，盒子里就是只死猫，如果没衰变，那就是只活猫。”刘易斯解释，“这么想没问题吧？”
“刘易斯先生认为，这只猫，要么是死的，要么是活的。”源心叶问，“对吗？”
“当然。”刘易斯点点头。
“这是正常的想法，但它是经典物理。”路幽幽轻轻出了一口气，“在量子力学的框架下，这只猫是既死又活的。”
“既死又活？”
“没错，这只猫并非要么死，要么活，而是既死又活的，它身上有两种状态叠加——一个是死，一个是活。”路幽幽解释，“它同时是一只死猫和活猫。”
刘易斯糊涂了。
“因为那个原子核是随机衰变的，它有可能衰变，也有可能不衰变，但在量子力学体系当中，它处于衰变和不衰变的两种状态叠加之下，那么开关就是处于既开又关的状态下，毒药也是既放了出来，又没放出来的状态，所以猫就是既死又活的。”源心叶嘿嘿一笑，“这个不好理解吗？”
比尔·刘易斯以求助的目光看向麦斯威尔，后者摊了摊手，量子力学是基础中的基础，他也没法讲得更简单了。
“那我如果打开盒子，能看到一只既死又活的猫？”
刘易斯没法理解什么叫“既死又活”，难道是上一秒活蹦乱跳，下一秒一命呜呼？然后再下一秒继续活蹦乱跳？
“不，你打开盒子，只能看到一只死猫，或者一只活猫。”路幽幽摇头，“你是观察者，你在打开盒子施加观察的一瞬间，原子核上叠加的波函数瞬间坍缩，要么坍缩在衰变上，要么坍缩在不衰变上，同样的，猫的波函数也会瞬间坍缩，要么坍缩在死上，要么坍缩在活上……也就是说，你施加观察的那一刻，猫的生死才会被决定。”
“这就是薛定谔的猫。”
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薛定谔的猫是个非常有名的思想实验，来自量子力学中的哥本哈根解释，对路幽幽源心叶她们而言这是个上古时期的概念了，但对于外行人来说，这还是个非常新鲜且神秘的概念。不学物理的人动辄相对论量子力学，以为它们还是前沿科学，压根就不知道这些东西实际上早就已经是陈年旧账了。
至于路幽幽和源心叶所研究的量子场论，是基于量子力学之上，后来发展出的一个领域，和量子力学本身有一定区别。
“薛定谔的猫……”路幽幽想了想，“刘易斯先生，您知道薛定谔是谁吧？”
比尔·刘易斯一怔，“是个科学家。”
“然后呢？”女孩接着问。
“科学家。”
“然后呢？”
“科学家。”
路幽幽扶额。
这个比尔·刘易斯真的是大学物理学出身吗？他不会把达尔文和达芬奇搞混吧？达尔文画鸡蛋达芬奇的进化论？
“您对量子力学了解多少？”路幽幽问。
“了解不多，略知一二。”刘易斯的态度很谦恭，“肯定比不上路小姐和源博士这样的专业科学工作者。”
“量子力学是量子场论的基础，量子力学当年由爱因斯坦，波尔等人创立，到如今已经发展了很多年。通俗地来说，量子力学的核心是它的波函数，因为波粒二象性，粒子的状态可以由波函数来描述，而描述波函数运动的方程，就是薛定谔方程。”
“我记得波粒二象性的意思是……”
“学术界很早就意识到光是一种电磁波，也就是说，光既是粒子，也是波，但是到了二十世纪二十年代，法国物理学家德布罗意提出，不仅仅是光子，任何微观粒子，诸如电子，质子，中子等等实体的基本粒子，同样也会表现出概率波的特征，这就是波粒二象性。”路幽幽解释，“一言以蔽之，就是世间万物，皆可为波。”
刘易斯笑了笑，指了指自己，“我也是波吗？”
路幽幽挑了挑眉，“可以这么说。”
刘易斯上下打量自己，稍有些吃惊，他觉得自己明明是个实体，实实在在存在于世上的人，不知为何在物理学家眼里就变成了波。
“薛定谔的猫就是这个时候被人们提出来的，实际上，别人提出‘薛定谔的猫’这个概念，是为了反对量子力学，或者说反对哥本哈根解释。”路幽幽接着说。
“我们知道，量子力学的基础定理之一，就是海森堡的不确定性原理，这个理论指出，你不可能同时知道一个粒子的位置和速度，也就是说，如果你测量一个粒子的速度，那么你就测不准它的位置，如果你测量了它的位置，那么你就测不准速度。”
“海森堡的不确定原理带来了一个很大的问题，它从根本上揭示了……我们这个世界从基础上就是不确定的，是基于概率的，一切都是随机的。”路幽幽说，“这也就意味着，在我们的宇宙中，随机才是主流，确定的事少之又少……这个想法遭到了很多人的反对，其中就包括爱因斯坦，爱因斯坦说，上帝不掷骰子！”
比尔·刘易斯若有所思地点了点头。
“哥本哈根诠释的核心思想，就是把‘观察者’也加进了整个粒子运动的系统中，但在传统的古典物理学中，观察者与被观察者是分开的，是互不干扰的，比如说我手上有个盒子，我现在把一个苹果放进盒子里。”路幽幽比划着，“无论你看它还是不看它，这个苹果都会在这里，不会有任何变化，你的观测不会影响到这个苹果的状态，就算你盯着楼下那辆车看一整天，那辆车也不会突然消失。”
刘易斯点点头。
“但在量子力学当中，情况就发生了变化。”路幽幽说，“我之前说过，粒子具有波粒二象性，它既是波，也是粒子，在微观状态下，这些基本粒子以波的形式存在，但如果你悄悄地朝它们瞄了一眼……它们就会立即变成实体粒子。”
“我瞄了一眼，它们就会变化？”
刘易斯的思路有些跟不上了，这个结果非常反直觉。
“是的，它们的波函数会瞬间坍缩，就因为你看了一眼。”路幽幽点了点头，“这就是所谓的哥本哈根诠释，观察会对整个粒子运动体系造成影响，你不再是局外人，而是整个系统中的一员。
那么我现在有这样一个装置，一个不透明的纸盒子，纸盒子里关着一只猫。”
“纸盒子里装着一个开关，这个开关控制着一个毒药瓶子，开关的触发装置是一个原子核，如果原子核发生衰变，那么开关就会打开毒药瓶，放出毒药，毒死这只猫。”路幽幽接着说，“我们永远无法确定单个的原子核何时衰变，因为这是完全随机的，它可能在下一秒就衰变，也有可能一年之后再衰变，那么请问，此时此刻，这只猫究竟是死，还是活呢？”
刘易斯思索片刻，“可能是死的，也有可能是活的吧？”
一旁的源心叶笑了一下，“为什么？”
“显而易见啊，那个原子核的衰变不是完全随机的吗？它有可能衰变了，也有可能没衰变，如果衰变了，盒子里就是只死猫，如果没衰变，那就是只活猫。”刘易斯解释，“这么想没问题吧？”
“刘易斯先生认为，这只猫，要么是死的，要么是活的。”源心叶问，“对吗？”
“当然。”刘易斯点点头。
“这是正常的想法，但它是经典物理。”路幽幽轻轻出了一口气，“在量子力学的框架下，这只猫是既死又活的。”
“既死又活？”
“没错，这只猫并非要么死，要么活，而是既死又活的，它身上有两种状态叠加——一个是死，一个是活。”路幽幽解释，“它同时是一只死猫和活猫。”
刘易斯糊涂了。
“因为那个原子核是随机衰变的，它有可能衰变，也有可能不衰变，但在量子力学体系当中，它处于衰变和不衰变的两种状态叠加之下，那么开关就是处于既开又关的状态下，毒药也是既放了出来，又没放出来的状态，所以猫就是既死又活的。”源心叶嘿嘿一笑，“这个不好理解吗？”
比尔·刘易斯以求助的目光看向麦斯威尔，后者摊了摊手，量子力学是基础中的基础，他也没法讲得更简单了。
“那我如果打开盒子，能看到一只既死又活的猫？”
刘易斯没法理解什么叫“既死又活”，难道是上一秒活蹦乱跳，下一秒一命呜呼？然后再下一秒继续活蹦乱跳？
“不，你打开盒子，只能看到一只死猫，或者一只活猫。”路幽幽摇头，“你是观察者，你在打开盒子施加观察的一瞬间，原子核上叠加的波函数瞬间坍缩，要么坍缩在衰变上，要么坍缩在不衰变上，同样的，猫的波函数也会瞬间坍缩，要么坍缩在死上，要么坍缩在活上……也就是说，你施加观察的那一刻，猫的生死才会被决定。”
“这就是薛定谔的猫。”
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