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格里宾《寻找薛定谔的猫》笔记

1.量子力学给出的是:没有什么是真实的,我们不去观察时,则什么也不能说。

2.在量子力学世界中,日常所见的熟悉的物理定律不再成立。取而代之是事件发生的概率性。

3.实验证明世界没有内在的真实性。日常所谓的“真实性”在描述组成世界的基本粒子行为时不是一个好的方法,而且这些粒子同时联成不可分离的整体,每一个都能觉察到别的粒子发生的事。

4.牛顿创立了物理学,实际上他创立了一切依赖于物理的科学。正是他的运动三大定律及引力理论,才使科学走向通往空间飞行、激光、原子能、基因工程、化学及其他一切的里程。牛顿第一定律:除非有外力作用其上,一个物体总保持静止或以恒定的速度运动。第二定律:力改变了物体的运动速度,速度的变化称为加速度。力等于质量乘以加速度。第三定律:对于每一个作用存在大小相等方向相反的反作用。

根据牛顿定律,一个粒子的行为可根据其他粒子对它的作用力及它本身受到的作用力确定。

5.现代数学与物理全由算术项和方程描述,数学描述所依赖的技巧大部分是由欧拉创立的。

6.麦克斯韦建立的电磁场理论,将电学、磁学、光学统一起来,至此光的理论得以完善。

7.拉瓦锡在研究物质何以能够燃烧时,原子概念才算真正地成为科学的一部分。拉瓦锡判断出许多真元素,它们不能分解为其他的化学物质。

8.在经典力学中,每件事物的发生总有其原因,直到宇宙大爆炸。但在量子世界中,只要你观察一下放射性衰变及原子的转变,你就会发现这种简单的因果性消失了。

9.实验直接证明了量子力学中最奇特的方面是这个真实世界的文字描述。在物理学中处理微观系统的理论称为量子力学,是普朗克、玻尔提出的。

10.玻尔的互补性原理指出,光的波动理论和粒子性理论不是相互排斥的,而是相互补充的。

11.德布罗意提出了波粒二象性思想。

爱因斯坦曾推导出了两个描述光量子的方程:

E=hvp=hv/c

德布罗斯在论文中讨论,在这两个方程中,描述粒子特性的项(能量和动量)出现在左边;描述波动特性的项(频率)出现在右边。用来检测光是波还是粒子的所有实验之所以失败,必定是因为这两种特性无法摆脱的纠缠在一起。

12.人们认识到不仅只有光子和电子,事实上所有的粒子和所有的波都是波和粒子的混合体。

13.薛定谔从一个清晰的物理图像源自是一个“真正的”整体出发。其理论核心为电子是波。两种方法都建立了能够精确描述量子世界中可测量事物行为的方程组。

14.海森堡测不准原理所测量的量是对电子,或其他基本实体的重叠的互补性描述,位置是粒子的重要特性粒子能够精确定位。然而波没有精确的位置,但它们具有动量。你对波的特性知道的越多,对粒子的特性知道的越少,反之亦然。用来检验粒子的实验只能用来检验离子,检验波的实验只能用来检验波。没有实验能够同时表明电子既像波又像粒子。测不准原理告诉我们,根据量子力学基本方程,像电子这样的东西不会同时具有精确的动量和精确的位置。测不准原理的一个重要方面是它在时间的正方向和负方向上表达着不同的意义。

测不准原理适用于时间和能量的互补特性,以及位置和动量的互补特性。

15.不确定性、互补性、概率、观察者对系统的扰动,这些思想汇集起来构成量子力学的“哥本哈根解释”。

16.为了了解基因如何构造和重构,我们就必须理解原子按某种固定的方式进行组合、相互之间必须满足一定的距离、必须以一定的化学键相连接的机制和原因。这个理解是量子力学对化学和分子生物学的贡献。

17.从量子理论基本方程出发可以导出不确定关系,但从不确定的关系,却导不出量子理论基本方程。不确定关系告诉我们,因为不能同时知道位置和动量,从而未来也就是不可预测的---未来在本质上是不可预测的和不确定的。

18.在量子物理当中,观察者和系统之间存在相互作用,这种相互作用强到不能认为系统是孤立存在的。

19.根据实验观察结果就可以很容易地解释和理解哥本哈根解释的主要特性。首先,我们已经接受了这样一种概念:观察这一活动本身会改变观察对象。在更实际的意义上,观察者本身也是实验的一部分。其次,我们所知道的都是实验结果。我们在观察一个原子时,看到一个电子处于能态A,过一会儿发现一个电子处于能态B。我们猜测是这个电子由A跳到B,这可能是因为我们看到了电子的两种状态。事实上,我们甚至不能保证它是同一个电子,我们更不知道当我们没有进行观察的时候,电子正在干什么。我们在没有进行观察时所发生的一切一无所知。

20.在量子世界中,你所见到的只是你所得到的,一切都是假的。你最有希望得到的是一套相互一致的幻觉。

21.双孔实验,电子不仅仅知道两个孔是否都是打开的,而且还知道我们是否在观察它们,它们据此相应调整自己的行为。

22.这些规则只是依赖于如下一个假设:神秘的鬼粒子之间时刻都存在着相互作用,在观察过程中随着波函数的坍塌,凝聚为一个真正的粒子。更严重的是,只要我们一停止对电子的观察,不管我们正在观察什么,这个电子就立即劈裂成一个鬼粒子列阵,其中的每一个都沿着它们自己的概率路径通过量子世界。只要我们不进行观察,一切都是假的。只要我们一停止观察,它就不再是真的。

在这个世界中,只有当我们进行观察的时候,粒子才看起来成为真实的。在这个世界中,即使是动量和位置这样的特性也仅仅是观察的一个人工制品。

23.为简单起见。假设只有两种可能,粒子通过A孔或者通过B孔。玻尔指出,我们可以认为每种可能代表一个不同的世界。在一个世界中,粒子通过A孔;在另一个世界中,粒子通过B孔。然而我们所生活的现实世界并不是这两种简单世界中的一种。我们的世界是这两个可能的世界的混合体。这两个可能的世界分别相应于粒子的两种路径,并且这两个世界之间存在着相互作用。当我们来察看粒子通过哪一个小孔时,就只剩写一个世界,因为我们已经排除了另一种可能性。在那种情形下两种世界之间没有相互作用。玻尔指出,根据量子方程,不仅仅是鬼电子,而是鬼现实。鬼世界仅仅存在于我们没有进行观察的时候。

24.是我们的知觉在动,而不是现实在变。

25.当原子中的一个电子从激发态落入一个较低的状态时,将其多余的能量传递给一个光子,使其自由地飞出去。捕获下一个自由光子的电子吸收能量。同样的过程使核子胶合在一起。

质量和能量是可相互转化的,力“程”与起胶合作用的粒子的质量成反比;如果涉及的粒子不止一个,那么力程与最轻的粒子的质量成反比。因为光子的质量是零,所以从理论上讲电磁力的力程是无穷远,尽管在距离带电粒子无穷远得地方电磁变得无穷小。

26.在极短的时间内,粒子的存在与否具有内秉的不确定性。假设遵守一定的规则,例如电荷守恒和粒子、反粒子数之间的平衡,那么就没有理由阻止整车的粒子“无中生有”地出现,随后又相互复合而消失。这一切均发生在大宇宙意识到这个偏差之间。

27. 惠勒叙述了一件逸事:在一次晚宴上,他正在与一伙人玩二十个问题的老游戏。当轮到他的时候,他被从房子里请了出去,以便让其他的客人能够决定采用什么样的话题。他关在外面的时间令人难以置信地长,这说明其合作者们正在选择一个非常难的词,或者正在捣鬼。当他回来的时候,从客人们依次所做的回答中,他发现最初对诸如它是动物吗?”“它是绿色的吗?”这类问题的回答是很迅速的。但是随着游戏的进行回答问题所用的时间越来越长。所有的同事大概已经同意了这个话题,并且需要做的回答仅仅是:是或不是。这真是一个奇怪的过程。被问的人为了做一个简单的回答,为什么要费这么多的脑筋呢?最后,只剩下一个问题了。问题是它是一片云吗,惠勒回答,于是引起了同伴们的哄堂大笑。他被搞得莫名其妙。
   
已经有一个计划,那就是不约定即将猜测的对象。但是每一个被询问的人,都必须牢记心中真实的对象,并提供可以信赖的答案,并且这个答案必须与前面所有的回答相一致。这样随着游戏的进行,对提问者和被提问者来说,都变得越来越难。

我们都有这么一个概念:当我们不进行观察的时候,真实世界也是存在的。同样,惠勒认为对于他正确证的问题有一个真实的答案。但实际上没有。只有对他的问题的回答才是真实的。同样,对于量子世界,我们唯一知道的就是实验的结果。

这个故事强调了量子理论的基本规律:只有记录下来的现象,而没有基本现象。

28.哲学家们长期以来在深思这样一个事实:除了按照现在所记载的这种方式以外,历史是没有意义的过去并不存在。惠勒的衰变选择实验将这个抽象的概念变得有血有肉,成为一个具体的、实用的术语。“只有在提问回答的游戏结束后,对于 “房子中有什么”这样一个问题,我们才能回答;同样,只能在完成记录之后,“对于光子正在做什么”这样一个问题才能做出回答。”

宏观世界中的万物都是由满足量子规则的粒子所组成的。我们称之为真实的任何东西都是由不能视为真实的东西所构成。“除了可以说通过某种方式被发现,以及它们必须建立在成千上万的这种观察者参与的活动的统计意义上之外,我们还有什么选择呢?”

然后惠勒进一步将整个宇宙考虑为一个供人分享的、自激发的循环。从大爆炸开始,宇宙膨胀、冷却,几十亿年后诞生可以对宇宙进行观察的人类。“观察者参与的活动(借助于衰变选择实验装置),反过来将实质性的“现实”赋予宇宙,不仅是现在,而且可以追溯到开始。”通过观察宇宙背景辐射的光子、大爆炸的回波,我们可能正在创造大爆炸和宇宙。

29.南巴黎大学的艾斯派克特说,我们对现实的日常观念基于三个基本假设:(1)真实的事物是客观存在的,它并不依赖于我们是否对其进行观察;(2)从一致的观察和实验结果中得出一般的结论是合理的;(3)任何效应的传播速度都不能超过光速,他称这个性质为“局域性”。这三个基本假设合在一起构成了当今世界“局域现实”观点的基础。

贝尔实验起始于世界的局域现实观点。贝尔不等式的7次检验中,5次结果有利于量子力学。艾斯派克特指出,量子理论的这些证据比初看起来更加有力。因为实验本身的规律和在具体实施过程中存在的困难,所以“在实验设计中存在的大量的系统误差可能会破坏真正相关的证据。。。。。另一方面,很难想像一个实验误差能够在5个独立的试验中都伴随产生某一个错误。而且,实验结果不仅仅是违背了贝尔不等式,而且是精确地按照量子力学预言的那种方式去违背。”

艾斯派克特实验及其前任确实获得了与我们的常识非常不同的世界观。它告诉我们,在某种意义上,曾经发生过相互作用的粒子将始终为同一系统的的部分,它们共同对进一步的相互作用做出响应。实际上,我们看到的、摸到的、感觉到的一切事物都是由相互作用着的粒子集合构成的。而这些粒子与其他粒子之间的相互作用可以追溯到大爆炸时期,通过宇宙大爆炸才得以形成。事实上,构成你我身体的这些粒子曾经靠得很近并且发生过相互作用。

艾斯派克特指出,我们必须承认,任何事物都与其他事物联系着。适用于宇宙的唯一一个整体的方法可能会解释人类意识之类的现象。

30.当我们对亚原子系统进行测量时,那些使波函数发生坍塌的、幽灵般的量子世界将发生什么情况呢?当我们进行测量时,这个重叠的现实怎么能够简单地消失,而与我们实际测量的那个结果恰好一致呢?最好的回答是:这个两者挑一的现实并没有消失,薛定谔的猫实际上既是活的,同时又是死的,但分别处于两个或更多个不同的世界中。哥本哈根解释及其实际含义完全包含在一个更完整的现实观点---多世界解释中。

31.哥本哈根解释要求在观察者存在的情况下,波函数魔术般地发生坍塌。艾弗雷特以此作为博士论文。这种观点起始于一个非常简单的问题。设想我在一个封闭的屋子里做一个实验,然后出来告诉你结果,你再将这个结果告诉在纽约的朋友,他再向其他人去报告,如此等等。在这个过程中,波函数发生了一系列的坍塌,在这一方面这个回题达到了逻辑的顶峰。在每一步,波函数都变得更复杂,都包含了现实世界的更多信息。但在每一种状态,这两种解释都同样有效。在有关实验结果的消息到来之前,都将现实叠加。我们可以想象消息以这种方式在整个宇宙中进行传播,直到整个宇宙处于一个波函数相叠加的状态,可供选择的现实只能坍塌到进行观察时所看到的那个世界。然而,谁来观察宇宙呢?
   
根据定义,宇宙是自我包含的。它包含所有事物,所以并不存在外部观察者来注意宇宙的存在,从而使相互作用着的、可供选择的、复杂的现实网络发生坍塌。将惠勒的意识我们自已作为重要的观察者,通过逆因果关系追溯到大爆炸是走出困境的方式之一,但是这涉及一个循环论证,它与我们设法去排除的迷惑一样令人困惑。我甚至更倾向于唯我论者的论断。这个论断说,在宇宙中只有一个观察者,那就是我自己,我的观察就是使现实从量子可能性的网络中固化出来的所有重要因素。但是极端的唯我论主义,对于那些终生写书让别人来读的人来说是一个令人非常不满意的哲学。埃弗雷特的多世界解释是另一个令人更满意、更完整的可能性。

埃弗雷特的解释是,整个宇宙叠加的波函数、相互作用以在量子水平上可测量的干涉的选择性现实并不坍塌。它们中的每一个都是同样真实的,在超空间”(和超时间)内自己那一部分中存在。当我们在量子水平上做一次测量时所发生的事情就是观察过程迫使我们从这些选择项当中选出一个,这一个就成为我们看到的真实世界。观察活动切断了将各种可供选择的现实连接在一起的纽带,并允许它们在超空间中以各自独立的方式运动。每一个可供选择的现实都包含它自己的观察者,他已经做了同样的观察,但获得了不同的量子答案,于是他就认为是他将波函数坍塌成一个独立的量子选择对象。

32.是选择而不是运气决定了在我们的实验中测量的是哪一个量子世界,从而决定了我们居住的是哪一个量子世界。事实上一个实验所有可能的结果都发生了,每一种可能的结果都由它自己的一套观察者来观察。

33.大多数可供选择的量子现实不适合于生命,是空的。适合于生命的条件是特殊的,所以当生命体回过头去追溯产生他们的量子路径时,他们将看到特殊的事件,他们在量子道路上看到的分支不是建立在统计的基础之上的,而是那些导致生命出现的路径。

在量子的多世界中,我们通过参与而选择出自己的道路。在我们生活的世界上,你看到的就是你所得到的。

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