《薛丁格的貓》好可憐到底會死不會死
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《薛丁格的貓》好可憐到底會死不會死

2022-05-08|閱讀時間約 5 分鐘

量子力學之父

《埃爾溫·薛丁格》他是「量子力學」的奠基人之一。就連1944年著有「生命是什麼?(What is Life?)」,發現DNA雙螺旋的「瓦森(James D. Watson)」與「克里克 (Francis Crick)」也表示受《薛丁格》影響頗深。
1933年《薛丁格》和英國物理學家《狄拉克》共同獲得了諾貝爾物理學獎,被稱為量子物理學之父。
圖片來源:以用網路截圖
《薛丁格》(1887 – 1961)出生在奧地利維也納,在維也納大學學習物理與數學並在1910年取得博士學位。他曾在「蘇黎世大學」擔任「理論物理學教授」,過去「愛因斯坦」和「勞恩」也曾擔任過。在「蘇黎世大學」期間他提出了著名的薛丁格方程式,創立了「波動力學」學說用以來描述量子力學。
而大家最為熟知的應該就是他的《薛丁格的貓》想像實驗理論。《薛丁格的貓》一直是量子物理學爭論不休的話題之一,最特別的是背後的哲學意味引人深思。
圖片來源:以用網路截圖

薛丁格的貓

《薛丁格》做了一個想像實驗,將一隻貓放進盒子。論述如果將一隻貓鎖一個不透明箱子中,並準備毒氣瓶,設定「量子粒子」處於某狀態下,毒氣瓶便會破裂;若該粒子處於另一狀態,則毒氣瓶完好無損。
將箱子封閉,此粒子的「量子狀態」,目前是兩種狀態共存的情況。也就是疊加態,說的是毒氣既是已從瓶中放出,又被封存在瓶中,玄之又玄的狀態。所以這時箱中的貓,在這疊加態下同時呈現既是活,也是死的「量子疊加態」,或說是「量子糾纏態」。根據量子力學,未進行觀察時的「原子核」處於已衰變和未衰變的疊加態,但是,如果在一個小時後把盒子打開,實驗者就只會看到"衰變的「原子核」和「死貓」"或者"未衰變的「原子核」和「活貓」"兩種情況
也就是說當箱子打開時,此「量子疊加態」瓦解;那瞬間,你看到這隻貓是被毒死?還是活著?勢必會發生一件。如果你不去打開或看牠,那祂就會仍處於既是活,也是死的「量子糾纏態」當中。
圖片來源:以用網路截圖

看一眼很有事

顯而易見的就常理常識來說,根本沒道理是違背常理的事。然而這個實驗特別之處就在於使“量子力學的微觀世界不確定性變為宏觀世界的不確定性”;“微觀的混沌變為宏觀的荒謬”,意思就是說,人類所看得見常識性的世界,我們稱為宏觀世界;而人類看不見的的世界,看不見不表示不存在,光需要用顯微鏡看的東西,我們就看不到,這稱為微觀世界。而量子力學屬於微觀世界的範疇,當微觀世界發生的不確定性,對宏觀世界的人類來說就是件荒謬的事。
我們常常說,看一下沒關係啦!碰一下又不會死!但是或許真的會惹禍。其實可以用「蝴蝶效應」來解釋,「蝴蝶效應」也是混沌理論中的其中一個理論。指的是在一個動態系統中,初始條件的微小變化,將能帶動整個系統長期且巨大的連鎖反應,是一種混沌的現象。對於這個效應最常見的闡述是:”一隻南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶,偶爾扇動幾下翅膀,可以在兩周以後引起美國德克薩斯州的一場龍捲風。“,換句話說,看一下沒什麼這個動作,或許下一秒掙脫「量子疊加態」的貓就死了,或是兩個月後你會因爲虐貓被發現,被警察抓去關。
以宏觀世界來說確實你的看一眼並不會發生任何事,不過別在街上隨便看,你可能會被說「看三小」,因而被揍。然而在微觀世界的觀測中,對於被觀測對象是有影響的,會引起變化。以觀測電子為例,要用光照才能看見,光的最小單位光子的能量雖小但不是零,光子照到被觀測的電子上,對電子的影響很大。
圖片來源:以用網路截圖

貓倒底是生還是死

《薛丁格的貓》這個實驗還是建立在想像跟猜測上,但是你以為就這樣嗎?這麼玄?比玄學還玄?
其實物理學家們,對《薛丁格貓》到底可不可能有"「既死亦活」的疊加態"已能作出符合量子力學的解釋。相關類似的真實實驗還是有的。
2010年「美國國家標準技術研究所」的實驗團隊開始實驗出“薛丁格的貓”狀態。其應用超導量子干涉儀,在2000年終於完成實驗成功展示出當時最大的”薛丁格貓“疊加態。在超導量子干涉儀的超導迴圈以兩種可能方向流動的電流形成了這”薛丁格貓“疊加狀態。這微安培數量級的電流涉及了上億個電子,圍繞著大約有人髮那麼粗的迴圈移動,在量子尺寸來說,可以算是宏觀系統,也稱之為"薛丁格貓"態。
另外2016年,當時在維也納大學的生物物理學家Alipasha Vaziri領導的研究團隊報告稱,他們用單光子光源證實了“人眼可以探測到單光子事件,而且探測到的機率很高,間接證實看一眼很可能會造成改變。
圖片來源:引用博客來網路書局截圖/上帝的骰子,量子物理大白話

《薛丁格的貓》跟我們有幾毛錢的關係?

所以《薛丁格的貓》到底是生是死?其實亦生也亦死。簡單來說這就涉及到「平行宇宙論」了,當打破「量子疊加態」那一刻,同一刻兩個世界,有一隻死掉的貓跟一隻活著的貓,再玄乎點,諸多平行宇宙有《薛丁格的貓》的不同樣態,死、活、半死半活、變成怪獸貓、變成超貓,也可能貓不見了。
好了最近看了《媽的多元宇宙》加上我準備要寫的小說《薛丁格的貓》要找素材,剛好就寫了這篇當作前導。
當然不是要寫「科幻小說」,寫的是「愛情小說」,愛情就像《薛丁格的貓》一樣,是有違常理悖論,捉模不定;在愛情當中會發生什麼,是愛?還是喜歡?是尋求慰藉?還是自卑產生無形壓力?她愛我、他不愛我?還沒打開盒子看前,永遠不知道這隻貓會生還是死,還是就保持疊加糾纏態,糾纏一生?但是也很可能有別的機會。
各位對於《薛丁格的貓》又有時沒想像呢?歡迎底下留言一起討論。
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