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「量子力學」如何天翻地覆的改變我們對世界的理解?(四) ---- 泛科學
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2018/04/12 文 / Brian

我們為何不喜歡塌縮,最直接的原因就是其中具有「機率」的概念,物理學家們一向認為我們只要掌握所有定律就能預知未來,像拉普拉斯就是一位決定論支持者,他提出: 「我們可以把宇宙現在的狀態視為其過去的果以及未來的因。假若一位智者能知道在某一時刻所有促使自然運動的力和所有組構自然的物體的位置,假若他也能夠對這些數據進行分析,則在宇宙裡,從最大的物體到最小的粒子,它們的運動都包含在一條簡單公式裏。對於這位智者來說,沒有任何事物會是含糊的,並且未來只會像過去般出現在他眼前。」 愛因斯坦熟讀斯賓諾莎並深受他的哲學影響,斯賓諾莎在《倫理學》中對神的看法是,他認為神是決定論宇宙的一環,沒有任何事情是偶然發生的。愛因斯坦從斯賓諾莎思想的精神中發展出一套決定性本質的概念,認為萬物規律受到嚴格的法則所規範。 薛丁格由哈密頓建立的光學方法得到了德布羅伊物質波波函數,但薛丁格方程依然符合決定論,我們只要知道某一時刻的波函數,就可以推出未來任一時刻的波函數,如果你高興的話也可以往過去推。薛丁格一直認為這波函數是在描述物質波,但他卻無法解釋電子所分布的範圍竟會越來越大這種詭異現象。後來玻恩提出模平方是找到電子的機率。但這導致向來有明確因果關係的物理竟然跑出來不確定的機率,大部分科學家都對此無法接受,其中也包括薛丁格本人與愛因斯坦。 所以薛丁格才提出貓的思想實驗來反諷,按機率理論貓會處於既死又活的莫名狀態,而愛因斯坦也在當年十二月寫給玻恩的信中寫下著名的「上帝不擲骰子」。 把一隻貓、一個裝有氰化氫氣體的玻璃燒瓶和放射性物質放進封閉的盒子裏。當盒子內的監控器偵測到衰變粒子時,就會打破燒瓶,殺死這隻貓。根據量子力學的哥本哈根詮釋,在實驗進行一段時間後,貓會處於又活又死的疊加態。可是,假若實驗者觀察盒子內部,他會觀察到一隻活貓或一隻死貓,而不是同時處於活狀態與死狀態的貓。這事實引起一個謎題:到底量子疊加是在甚麼時候終止,並且塌縮成兩種可能狀態中的一種狀態?塌縮的機率性破壞了古典決定論,愛因斯坦始終認為這種不確定性只是因為量子力學不夠完備所致,還提出隱變量理論試圖解釋。

「觀察者」的存在,影響了測量結果?這科學嗎?

溫伯格也質問:「既然薛丁格方程能確定任何時刻的波函數。如果觀察者及其測量儀器本身都是由決定性的波函數所描述的,為什麼我們不能準確預測測量結果,而只能知道機率? 作為一個普遍的問題:如何建立量子與古典現實之間的對應關係?」 還有「究竟是甚麼導致了塌縮?是人類的意識嗎?又如果我們只能透過測量來觀察這個世界?」 愛因斯坦就問:「當我們不看月亮時,月亮是否還在那?」 舉個具體例子,如果森林中有棵樹倒了,沒有人在場聆聽,那麼會有聲響嗎?如果真實的森林中有一棵真實的樹倒下了,那麼即便沒有人在附近,聲音當然還是會出現。即使沒有人在場聽到,還是會有其他的蛛絲馬跡,聲響透過空氣會搖晃一些樹葉,我們只要夠仔細,就會發現荊棘劃過葉子而留下了割痕。若是問:是否有聲音的「感覺」呢?沒有。照理講,聲音的感覺是和認知連接在一起的, 我們不知道別的生物是否有知覺。 也有人說塌縮是經典客體(如觀察儀器、觀察者)和量子客體(被測量的量子)相互作用後的結果,此過程完全不需要一位實驗操作者存在。但如果有本質論的物理法則存在,一個經典客體哪來的魔力去塌縮波函數呢?宏觀和微觀的分割線又是甚麼?

量子力學非常畸形,它在進行定義時竟然需要用到作為自身極限情形的經典儀器,頗有種剪不斷理還亂的感覺,不像相對論可以完全拋棄自身極限的牛頓體系獨立存在。

( 知識學習隨堂筆記 )
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引用
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