当科学家观察微观粒子的行为时,他们发现电子有时像台球,有时像水波。关键问题是它们是像台球还是水波,要看我们是否观察它们,好像它们有思想。
对于这种现象,有一种解释叫做哥本哈根学派,试图解释我们在量子力学领域遇到的问题,帮助我们理解自然。既然是解释,那肯定还有其他解释,比如隐变量、多宇宙等等。但大家普遍接受的是哥本哈根学派波函数概率论的解释。
根据哥本哈根学派的观点,没有一个系统是确定性的,没有确定的状态,所以他们的行为只能用概率来衡量,而测量行为会影响系统,从而使概率变成1,他们称之为波函数坍缩。
也就是说,在我们观测之前,它处于每一种可能的叠加态,而我们观测到的是波函数坍缩引起的,概率变成了1。
例如,我们需要确定一只小狗是在奔跑还是停在那里。根据哥本哈根学派的解释,这是不确定的。我们只能计算小狗跑着不动的概率。当我们的目光投在小狗身上时,小狗跑不跑的概率就会变成1,这样我们就可以判断它是在跑还是在停!
跟狗会不会跑有关系吗?不能因为看了就从停变成跑或者从跑变成停。
如果不能理解这个解释,那也是正常的,因为著名物理学家薛定谔也反对这个解释,甚至提出了一个意识形态实验“薛定谔的猫”来反驳哥本哈根学派的概率解释!
这个思维实验是这样的:假设我们把一只猫和一个带有器官的装置放在一个封闭的容器里,我们在容器里放入少量的放射性物质——镭。镭有一定的衰变概率,可能衰变,也可能不衰变。可能性是一样的。镭被用作控制开关。如果镭衰变,继电器就会释放锤子击碎药瓶,释放药瓶里的氢氰酸,毒死小猫。
如果我告诉你这些,在我们打开这个容器观察之前,我们不知道镭是否会衰变,所以我们不知道猫是否已经死了。我们只知道镭衰变的概率,这个我们可以理解。
然而,哥本哈根学派告诉你,镭处于衰变和非衰变的叠加状态。打开容器后,我们可以确定镭是否已经腐烂,猫是否已经死亡!这怎么可能?
猫腐烂了会死吗?猫活着不会腐烂。这不应该是客观的吗?怎么能由我们是否观察来决定呢?
难道真的是打开容器后镭选择衰变还是不衰变,猫选择生还是死?如果我们不观察,猫会一直处于生与死的叠加状态吗?
是的,哥本哈根的解释是这样的,意思是猫在我们观察之前不能选择生或死。如果我们不观察,猫是不能生也不能死的,它们是处于生死叠加的状态!量子水平上的一切都是不确定的,一切皆有可能。
一些科学家认为,这种不确定性的主要原因是时间。我们对时间了解太少。是时间影响了量子力学的结果。如果我们能知道腐烂的确切时间,我们就能确定这只猫是活着还是死了。因为在观察的瞬间,我们取消了时间对我们的影响,所以我们可以确切地知道是否正在发生衰变,也可以确切地分辨出猫是否还活着。
这就是哥本哈根学派解释,薛定谔以意识形态实验“薛定谔的猫”反对哥本哈根解释的原因。