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事到如今,那只“既死又活的薛家猫”究竟是何结局?

20世纪的索尔维会议,是当时世界上“最聪明”大脑的聚会。它是由比利时实业家欧内斯特-索尔维创立的。会议每三年举行一届,主要讨论当时物理、化学领域最尖端的学术问题。若以现在的眼光来看,它肯定就是科学界的奥林匹克,物理、化学界大牛的华山论剑。

而1927年,在比利时布鲁塞尔举行的第五届索尔维会议,则是最群星璀璨的。爱因斯坦与波尔就量子力学的正确性,展开了一场针锋相对的唇枪舌战 。这场决战量子之巅的大论战,至今仍为世人所津津乐道。

波尔所带领的哥本哈根学派,有玻恩、海森堡、泡利等战将。他们认为新生的量子力学是正确的、完备的。波函数能描述基本粒子,而基本粒子组成世间万物。所以一切都能用波函数来形容。波函数提供一个统计数据。我们看到的物体都是波函数塌缩后的确定状态。量子不确定原理则是说,你不可能同时知道一个粒子的位置和它的速度。在微观世界,因果律被打破,一切都是概率,一切都是随机的。

爱因斯坦所率领的反对派,有薛定谔、德布罗意等得力干将。他们认为量子力学一定是有问题的。量子力学的观点与经典的宏观世界规律如此大相径庭。一场世纪大辩论随即展开。

他们根据各自的理论,设计出一个个绝妙的思维实验。用实验结果来打击对方阵营。一番番你来我往、唇枪舌剑。爱因斯坦所率领的反对派败下阵来。爱因斯坦是笃信决定论的,他不服气地喊到:“上帝不掷骰子!”可是波尔淡淡地回了一句:“别去指挥上帝怎么做!”

反对派虽然在索尔维会议上,败给了哥本哈根学派。但这场争论并未结束。爱因斯坦的忠实拥护者,反对派的得力干将,薛定谔在1935年提出了著名的思维实验——薛定谔的猫。它把微观领域的量子行为扩展到宏观世界,得出一个荒谬的结论用以打击哥本哈根学派。

在哥本哈根学派的量子理论中,我们看见的物体都是波函数塌缩过后的确定状态。那在我们观察微观粒子之前,它是出于各种波函数的叠加状态。

这个思维实验是这样设计的,在封闭的盒子里放一只猫,以及少量的放射物质,有50%的概率,放射性物质会衰变并释放出毒气杀死这这猫。同时,有50%的概率不会衰变,猫可以存活下来。那么,在不打开盖子观察的情况下,猫是处于既死又活的叠加态。但是既死又活的猫这怎么可能存在。这一招归谬大法,让哥本哈根学派很是吃瘪。

近一个世纪后,薛定谔的猫这一著名的思维实验提出的悖论,仍没有解决。但是,昨年六月份,耶鲁大学的一项最新实验,似乎推翻了哥本哈根学派的随机论。薛家小猫得到了拯救。

波尔提出,原子核外的电子,在吸收了能量后会跳跃到更高的轨道上去。而且这个过程是不连续且瞬间的,这就是量子跃迁现象。它完全是随机的,我们顶多只能测算出它发生的概率。

2019年6月,耶鲁大学的实验“打破”了哥本哈根学派的理论。他们可以准确预测出将要发生的量子跃迁,而且他们还证明跃迁不是瞬间的,它也有一个过程。

简而言之,耶鲁大学是这样设计实验的。

原子处于基态,就是核外电子在最近的轨道上运动,受到刺激后,比如光照,被激发的电子就会跃迁到更高的轨道上运动。此时,原子变成激发态。实验人员巧妙地在基态和激发态之间,加上一个中间态。我们观察到中间态发生了变化,就可以知道跃迁即将发生。

举一个有欠妥当的例子,指挥交通的红绿灯。绿灯表示基态,红灯则是激发态,黄灯就是最为关键的中间态。我们只要观测到黄灯,就知道绿到红的跳跃即将发生。在薛定谔的猫的实验中,我们就可以设计这样一个中间状态,当“黄灯”亮起,迅速打开盒盖,放出小猫,这只古灵精怪的薛家猫从而幸免于难。

事到如今,波尔领衔的哥本哈根学派的随机论似乎被击败了。可事实真的如此吗?

波尔泉下有知,一定会托梦给耶鲁大学的研究人员反驳到:“随机论依然是牢不可破的,你们这个实验所谓的中间态(黄灯)的出现难道不是随机的吗?你们难道真的可以像操控红绿灯那样,准确设定一个60秒的倒计时,当绿灯的倒计秒数走到0,变为黄灯,黄灯的倒计秒数走到0,再按预定变为红灯吗?耶律的后辈们,你们若是可以如此精准地操控基态、激发态,老夫才算服气!”

这一场持续一个多世纪的大论战,到底爱因斯坦和波尔谁是赢家,决定论与随机论哪个才是真理,还有那只生死未卜的小猫最终又会有何结局。

我想只有时间才能让这个一切的波函数塌缩吧。

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