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物理学第六禁忌:为什么看一眼就会杀死一只猫?

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一个简单的科学事实是:在你“观测”一个电子之前,它根本没有“位置”可言。它在同一时间,理论上“弥漫”在整个宇宙中。

欢迎来到《物理学100大禁忌》系列。

今天,我们讲物理学第六禁忌。这是一个在流行文化中声名狼藉、几乎被玩烂了,但99%的人都误解了它真正恐怖之处的禁忌——观测禁忌。



它源自爱因斯坦最大的“猪”队友,著名物理学家埃尔温·薛定谔(Erwin Schrödinger)提出的,一个旨在“嘲讽”量子力学的思想实验:薛定谔的猫 (Schrödinger's Cat)。

薛定谔受不了EPR悖论里那些“幽灵”,他决定把量子世界的“荒谬”推向极致,让所有人看看这玩意有多可笑。

于是他设计了一个完美的“自杀”装置,并把它和一只(假想的)猫关进一个完全密封、无法从外界观测的盒子里。

盒子里有什么?

  1. 一只猫。
  2. 一个放射性原子。(这是核心,一个量子系统)
  3. 一个盖革计数器。(探测器)
  4. 一个锤子。(联动装置)
  5. 一瓶剧毒氰化物。

规则很简单:

在一个小时内,那个原子有50%的概率会“衰变”,也有50%的概率“不衰变”。

如果原子衰变,计数器会探测到,并触发锤子,砸碎毒药瓶,猫被毒死。

如果原子不衰变,什么都不会发生,猫活着。

现在,盖上盖子。一个小时后,在你打开盒子之前。

问题一:那个原子的状态是什么?

根据量子力学(哥本哈根诠释),在被观测前,它处于“衰变”和“未衰变”的叠加态 (Superposition)。

问题二:既然原子是“衰变+未衰变”的,那么锤子的状态是什么?

是“落下+未落下”的叠加态。

问题三:既然毒药是“打碎+未打碎”的,那么盒子里那只猫,是什么状态?

答案是:既是死的,又是活的。

这就是“观测禁忌”被触发的瞬间。

我们宏观世界的基本逻辑(猫要么死,要么活)和微观世界的量子法则(猫可以死且活)在这里发生了正面火拼。

薛定谔本想用这个“既死又活的怪物”来证明量子力学是荒谬的。

但历史开了一个残酷的玩笑:实验证明,量子力学是对的。薛定谔的“嘲讽”,反而成了它最经典的布道。

薛定谔的本意是“你们看这多荒唐”,而宇宙的回应是“没错,我就是这么荒唐”。

这根本不是什么哲学比喻。这就是“量子测量”问题的核心。

你(观测者)和那只猫(宏观世界)之间,到底发生了什么?

在量子世界,万物都以“波函数”的形式存在,它们是概率的云。

当你“看”一眼(进行一次“测量”),你强迫这个“概率云”做出一个选择。物理学家称之为“波函数坍缩”(Wave Function Collapse)。

在你打开盒子的那一刹那:

猫的“既死又活”的叠加态,“坍缩”了。

它“啪”的一声,变成了100%“死”或100%“活”的唯一现实。

真正恐怖的问题来了:

“坍缩”的开关,到底是什么?

是那个“原子”吗?是“锤子”吗?是“猫”自己吗(猫算不算观测者)?还是必须得是你这个“人类”打开盒子才算?

这就是“观测禁忌”的真相:

物理学禁止你谈论“你没看的时候,它是什么样的”。

因为“现实”这个东西,很可能是在你“看”的那一刻,才被“创造”出来的。

所以,你以为你是在“发现”现实,但物理学暗示,你其实是在“决定”现实。

为什么说这是物理学的禁忌?

因为“薛定谔的猫”触碰了“现实”本身的定义。

所以,物理学第六禁忌“薛定谔的猫”的真相是:

宇宙禁止一个“独立于观测之外”的宏观现实存在。

你试图在“观测”之外去定义“实在”,就是在违抗“波函数坍缩”这个量子力学的基础设定。

这个悖论的答案,至今仍在争论(比如“多世界诠释”就认为,宇宙分裂了,在一个宇宙里猫死了,在另一个宇宙里猫活着)。

它逼迫我们承认:我们的“常识”在量子层面彻底失效。

你“看”的那个动作,不是一个被动的“输入”,它是一个主动的“创造”。

是你的“看”,杀死了那只猫(或者拯救了它)。

我们刚刚触碰了关于“观测”的禁忌。

搞懂了“观测”如何创造现实,我们该把镜头拉远,看看整个宇宙的现实。

如果说“薛定谔的猫”是关于“一个”观测者的,那么第五大禁忌,就是关于“无数个”观测者的。

这是一个让整个天文学界陷入“巨大沉默”的禁忌。

如果宇宙(按理说)充满了生命和文明,

那为什么,他们都在哪儿?

《物理学100大禁忌》系列:

物理学第十禁忌:你根本“不是”七年前的你!

物理学第九禁忌:你看到的黑夜,根本就不该存在!

物理学第八禁忌:为什么你永远“追不上”一只乌龟?

物理学第七禁忌:爱因斯坦都搞错了,为何它比光速还快?

参考文献:

  • Schrödinger, E. (1935). Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (The Present Situation in Quantum Mechanics).Naturwissenschaften
  • Wheeler, J. A. & Zurek, W. H. (eds.). (1983).Quantum Theory and Measurement
  • Wigner, E. P. (1961).Remarks on the Mind-Body Question

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