这些年,你很难忽略量子物理,电影里面的平行世界都几乎用烂了。

关于量子技术的科学报道越来越多,什么量子纠缠、量子通讯、量子计算机……这些词汇虽然脱口而出,但我们其实对量子物理一知半解,甚至可以说是一无所知,只感觉就是一个很炫酷的东西。

因此,《我杀了薛定谔的猫》这本书来得太及时了,它就是写给量子物理的“情书”,就像讲哲学的《苏菲的世界》,有趣、生动,深入浅出,引人入胜。

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作者加布里埃拉•格雷森,1976年生于米兰,是物理学家、作家。她热爱讲述历史上伟大的物理学家,被誉为“普及物理学的意大利女性”(《赫芬顿邮报》),“物理学界的摇滚明星”(《晚邮报》)。

她在2020年疫情“与世隔绝的几个月中”写成这本书。

两年前我有了一个想法,以我们现在的时代为背景,写一部关于量子物理的书。从那时起,我便开始收集资料,并与对话者取得了联系。我向你们保证,我真的对量子物理非常上瘾。还有就是,在这段时间里,薛定谔一直是我想象中的朋友,爱丽丝(书中人物)在旅途中经历的人物和地点完全是我的亲身经历。(作者后记)

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“薛定谔的猫”

美国理论物理学家、弦论的创始人之一李奥纳特•苏士侃诚意推荐这本书:“终于有一部向所有人讲述量子物理的当代小说了,恰逢其时。尤其是为了说明,爱因斯坦和薛定谔终于赢得了对抗玻尔和海森堡的论战。”

既然如此,那就先说“薛定谔的猫”,把来龙去脉说个清清楚楚。

我们先了解量子物理的两大阵营:爱因斯坦和薛定谔;玻尔和海森堡。

1926年,薛定谔发布著名的方程式,成为量子物理的基础方程。

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1933年,希特勒上台,规定所有犹太师生都要离开校园,因此爱因斯坦搬到普林斯顿,薛定谔去了牛津大学教学。

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▲ 20世纪30年代,纳粹大肆焚书。

5月,薛定谔看到《物理评论》的文章,很感兴趣,写信给爱因斯坦,描述两个纠缠电子。为了方便描述,他发明了“量子纠缠”这个术语。量子纠缠深刻重塑了我们对世界的感知方式。

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▲ 首张量子纠缠图像。

爱因斯坦回信,提到“物理学是对现实的描述,但并非所有描述都是完备的。”

他举了一个例子:两个盒子,只有一个盒子里面装了球。在观测前,每个盒子里面发现球的概率都是50%。

这不是一种对现实的完备描述,因为它并没有告诉我们什么是事实,而只是告诉我们一个已知的现状。事实是,这个球要么在第一个盒子里,要么在第二个盒子里。
而玻尔认为,这个球有50%的概率在第一个盒子里,这种描述已经是完备的,即以教条化的量子物理为基础。
爱因斯坦和薛定谔并不支持这种观点。也就是说,对于教条化的量子物理而言,这个球并不在一个盒子或另一个盒子里,只有我们往盒子里看时球才会出现。

爱因斯坦认为玻尔是荒谬的,违反了分隔定理:第二个盒子里面的东西是独立于第一个盒子存在的,这是定域实在论。

两个月后,爱因斯坦写给薛定谔的信提到类似内容,这次用火药来打比方。

我们假设有一小堆火药,一年时间内有一定的概率会爆炸。我们能推断出它的波函数ψ是已爆炸的火药和未爆炸的火药的叠加态吗?不能!荒谬至极!量子物理不适合用来描述现实,但一些诠释却将类似的函数看作对现实的完备描述。

泡利支持玻尔,也加入论战。薛定谔回应泡利,在1935年10月发表回信,首次出现“薛定谔的猫”。

他假设将一只猫和有放射性核衰变的装置关在一个盒子里。当核物质衰变时,释放的粒子会触动装置,打翻盒内致命的毒药,瞬间杀死这只猫。
但一般来说,放射性核物质的衰变时间是不能准确预测的事件之一,只能说在一段时间之后,存在一定的衰变概率。
薛定谔认为事情会这样发展:在我们打开盒子查看猫的健康状况之前,不知道它是死是活。它同时处于生和死两种状态。这只猫或生或死,打开盒子并不会影响结果;只是我们不知道盒子里面发生了什么。这就是薛定谔的推理。而有知总比无知好。

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最初,大家都忽略了“薛定谔的猫”,它就像薛定谔随机编造的一个荒谬故事。但薛定谔和爱因斯坦一直在讨论,他们认为“这只猫”可以证明玻尔和海森堡错得多离谱。

1950年,爱因斯坦写信给薛定谔,给予“这只猫”更完备的描述,并说猫要么是活的,要么是死的,这是他认同的真实主义。

但玻尔及支持者认为,在微观世界不存在真实主义,“这只猫”不能与微观世界接轨。

“薛定谔的猫”是两个阵营的问题象征。

对爱因斯坦而言,自然规律与偶然有关的这一观点是不可接受的。爱因斯坦和薛定谔一样,认为概率论只是一个策略,这证明了我们对事物存在的无知。他们认为量子物理应该是确定的,不应是概率性的——概率只能用来描述量子物理。

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薛定谔提出“薛定谔的猫”,本意是应对那些煞费苦心在表面上援引叠加态原理的人,对抗以不确定性原理为基础的“量子物理正统观点”。

“薛定谔的猫”成为事物对立、矛盾共存、两个相反事物同时存在的最佳诠释,结果为对方阵营的那个理论本身创造了一个基础,对方阵营的支持者又用“薛定谔的猫”来强化那个理论,真是讽刺。

薛定谔想象出来的这个故事,对于一些与世界认知有关的理论而言,成了一个跳板,那些理论用各种形式反复讨论关在盒子里的那只猫。薛定谔也一定想象不到他的猫经历了哪些奇妙的探险。
如果这只猫只是被当作思想实验被人们铭记,被当作反驳理论的工具被人们认识,那它的命运实为悲惨;但它后来演变为这一理论本身最天才和杰出的诠释,这就是事实。

必须说明,“薛定谔的猫”只是一个思想实验,他压根儿就没有猫,他养狗不养猫。

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经典力学认为,自然界是可以被完备描述的,每次观察都会获得一个数值,每个变量都有值。但在微观世界,也就是在量子力学中,变量不可能全部获得具体数值,“同时或多或少”。

事实上,薛定谔自己也在想,观测的基本概念在量子世界中是否失去了意义。也就是说,如果观测一个变量,其他变量就会丧失真实性,或者不再聚焦;又或许所有变量都是真实的,只是不可能同时认识所有变量。

1950年,爱因斯坦写信告诉薛定谔,自己已经很接近大统一理论;1952年,薛定谔发表一篇文章《存在量子跃迁吗》,显然他是第一个构思出时间旅行的人。

自从爱因斯坦那句“上帝不掷骰子”,在1927年正式开启了他和玻尔之间的论战,直到今天这场论战也未有定论。

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之后,埃弗雷特和德维特的理论延续了薛定谔理论。

从理论角度来说,所有叠加的平行宇宙都是真实的,我们不能错过其中任何一个。每个平行宇宙都符合薛定谔的波函数,而独立于其他宇宙存在。

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▲ 用平行宇宙理论诠释薛定谔的猫。

强调一下,弦理论、多元宇宙的概念,和平行宇宙是完全不同的。

多元宇宙是这样的:因为弦论运动中的量子涨落,宇宙在小范围内诞生并形成,随后爆炸。弦的初始形态认为,偶然性决定物理参数,由此形成了完全不同于我们习惯思维的具备质量、能量和电荷值的宇宙景观。
所以存在一些宇宙,其粒子与我们的完全不同,并非与我们的粒子相反,而是截然不同。与我们相比,这些宇宙中的生命是另一回事。所以我们和我们的宇宙,只是广袤无垠中的一个偶然事件。

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▲ 量子力学入门公式,反正我也看不懂哈。

“爱丽丝梦境”

小说的主角爱丽丝,14岁父母离婚,母亲家暴她,还不让她见爸爸。

她在高中教物理,因违反学校规定,在圣诞假期前被解雇。

28岁,失业,每天虚度时光,迷茫而愤恨。

当你明白世间万物都是由概率决定,而不是取决于牛顿三大定律,世界便在你手里慢慢塌陷。而我刚刚明白这个道理。

她的人生没有方向,最熟悉的感觉是痛苦。她离群索居,不谈恋爱,觉得成年人的生活法则超出了她的能力。

选择带来结果,结果带来选择,选择又决定其他结果……所以她不做选择。

一个28岁的年轻女孩,生活在一个如同大盒子的世界里,大盒子里装着小盒子,打开小盒子,发现里面还有大盒子。而在我自己的生存漩涡中,所有世界同时存在,它们被装在不同的盒子里,无一例外,同时存在。

自从她丢了工作,她去哪都看到一只猫:一身浅棕色的毛,右眼上有一块黑斑,她把这只猫叫比尔。她要杀死比尔,比尔想要毁掉她的生活。

新年刚刚开始,我为自己立下了一个目标:走出我所在的精神炼狱,我不能永远像量子物理表达的那样,既不在这儿,也不在那儿。这是一个生与死的问题。我感觉自己要疯了。
量子物理使我走向毁灭,同时也让我得到救赎。人们明白我在说什么。八十多年来,薛定谔的猫在这个世界上,被用来表达一种社会不适感,一种矛盾情绪。两件相反的事却同时共存:人们不想面对这件事,以免被迫做出选择。

在书里,爱丽丝游走在现实和梦境中。

在现实中,爱丽丝拜访当代物理学家,科学家都对这个世界保持好奇,想了解其他人的想法,每次交谈都让爱丽丝特别兴奋。

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▲ 1927年10月,在布鲁塞尔召开了第五届索尔威会议(后期上色)

在梦中,爱丽丝和薛定谔成为好朋友,她遇见很多历史名人,就像随马车穿越回“黄金时代”的《午夜巴黎》(由伍迪•艾伦编剧并执导的电影,2011年上映)。

学物理的人都将哲学看作救命之锚,爱丽丝在网上找东方哲学的试听课。

东方哲学诞生自佛学思想,但需要质疑翻译是否靠谱,我们接收到的信息是否经过了处理。我对此存疑,但没有充分的证据来支持这个结论。

上课前,有个老太太和她搭讪。老太太问她要什么要封闭自己,建议她保持开放的心态。老太太的话让她又迷惑又震惊,后来才发现这位老太太是今天讲课的大师。

老太太告诉爱丽丝,要升维,就要巨大的能量,与能量高的人一起,总会有好事发生。

您听我说,不要和剥夺您能量的人或事有牵连。我们所有人在一生中,拥有的能量量子是确定的,但能量会变化,或增或减,这取决于我们的情感状态、压力,以及我们如何养护自己。

负能量有些来自周围的人,有些来自旧有观念、消极理念,有些植根在内心而不自知。这些负能量会一点一点地啃食我们,伤害我们,削弱我们的能量。要养护能量级,就要突破限制因素,“重要的是如何在这世上自处”。

但爱丽丝不知该如何自处。

一个因为讨厌自己而遍体鳞伤的女人,一个在社会中一无是处的女人。行动对我来说很困难,我异常懒散——不用问,我就知道很多同龄人和我精神状态一样。但我内心没有从容的欣喜,也没有什么伪装的借口能让内心获得解脱。我不怪周围环境或原生家庭——我的失败就是因为我自己,我就是这么平庸。

爱丽丝失业后整天坐在电脑前玩游戏。有一天,爱丽丝突然被一个新想法打断了:我们生活在一个真实的游戏中。

有人正在操纵我们的生活,而我们在游戏中操纵的,是其他人的生活。相较于真实生活,游戏中的生活同样具有价值。我在想:这些人工生物、机器人,未来会掌控世界吗?机器人最开始和我们差不多,慢慢地,变得和我们一样,最后比我们厉害,他们会超越我们吗?我无法回答,但有一件事毋庸置疑:机器人是一种新的生命体,而我们要习惯这一点。

爱丽丝问薛定谔,人工智能未来会不会超越人类智能?薛定谔回答:不能。因为大脑结构太过复杂,我们对人类大脑如何运作都未能足够了解。

你知道的东西越多,就越会明白还有很多东西有待发现;你发现的答案越多,就会有越来越新的问题被开启……有知和无知是分不开的,就像一枚硬币的正反面。

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▲ 1944年薛定谔出版《生命是什么》,把物理学和生物学联系起来。

爱丽丝也和薛定谔谈“那只猫”,薛定谔说,主体和客体之间的神秘边界将会被打破。

区分主体和客体是错误的,说观测会改变环境也是错误的,因为这个屏障由我们自己构建,而并非真实存在。
还有一个重点需要考虑:我们用来实施观测行为的工具,并不等于观察者,也不能完全替代观察者,因为观察者的认知是以工具获取的相关数据为基础。数据从来不是纯粹的,它们一定与观察者的感官认知有关,甚至与工具本身的发明者有关,这取决于使用的工具复杂多样性。
科学理论不是对数据的简单收集,而是对数据的组织和诠释,使得其连贯、有意义、便于记忆。科学家们创造的理论是纯粹赤裸的数据的一种媒介,与制定理论而实施的观测无关。

在一次梦里,爱丽丝和薛定谔关在一个盒子里,爱丽丝想打电话求助,但电话没电了。薛定谔告诉她要“活在当下”。

你的生活要有一个目标,每天都要有仪式感,就像猫似的。它们会出于本能这样做,并且心满意足。

爱丽丝问薛定谔,想过自杀吗?薛定谔说当然了,这很正常,他举几个物理学家自杀的例子。

爱丽丝告诉薛定谔,她从小就讨厌妈妈,她曾计划如何把妈妈送走。薛定谔说不用为此感到羞愧,“你经历的一切都没有什么好羞愧的。”

你只想今天,只想现在。你就只想此刻,只想此时此刻。这种感受很重要。但你要经历这种感觉,相比用大脑思考,你应该在心里放下这件事。

看到这,你会不会觉得这本书其实是“爱丽丝的救赎”呢?某种意义上是的。

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她在梦中见到很多历史人物,和物理学家交谈,参加他们的宴会。毕竟,爱丽丝是“回到过去”,知道所有时代发生的事,参加这些宴会很轻松,也很好玩。

在一次宴会中,爱丽丝和阿达(英国数学家,诗人拜伦之女)倾诉了母亲对她施暴的往事,阿达说“错的是她,而不是你。你不用原谅你的妈妈,你要原谅的是自己。”

爱丽丝想,她从未适应过这个世界,从另一个角度,她也从未实现或放弃过融入世界这件事。

总之,薛定谔的猫完美地解释了人类关系中错综复杂的现实。
多年来我一直问自己,如果我真的遇到一个喜欢的男孩会怎么样,但我会继续延伸:那就是说,我与世界上其他人也能和睦相处。但如果我喜欢一个人,我就会像得了运动型偏瘫一样停滞不前。我常常经历这种事,就像是心里有一个东西被激活了,但却无法控制它,而它亦会妨碍我的正常表现。
所以,最后我也不知道我是不是真的喜欢他,因为实际上我从未尝试过,也从没有打开过这个盒子。但只要我处于中间地带,我便同时处于好与不好两种状态里。甚至我整个人生都处在这个过渡阶段里。因为有无数个我应该做却从未做的决定。

爱丽丝问薛定谔,为什么生命只有一次?薛定谔引用了哲学家荣格的一句话。

荣格说:“整个科学就是一个灵魂的函数,所有的知识都在这里扎了根;灵魂是最伟大的宇宙奇迹,这是世界作为一个主体存在的必要条件;令人惊讶的是,除了极少数的例外,西方世界似乎对这种存在少有赞誉;洪水诞生自万物一体。”

爱丽丝说,她总是害怕选择,遇到岔路,她就会止步不前。薛定谔说,其实不需要在岔路口选择方向,而是要睁开眼睛看清楚,其实没有任何分岔口。

你觉得这个观点太大,无法理解吗?那你就错了,因为这根本不是一个观点,这只不过是你所处的现实,你认为自己在水中游泳,却没有意识到自己就是河流本身。你可以引领自己到它想去、你想去、你之前想要到达的地方。

薛定谔向爱丽丝揭示了一个伟大的真相:爱丽丝总是拒绝接受一个明确、自由意志的现实,她永远杀不死“比尔”这只猫。

你不能杀死比尔,因为比尔已经死了。比尔也依旧活着,它便是你自己。

薛定谔在生命的最后时刻投身于诗歌和哲学,他戏谑地提出“薛定谔第二方程”:“万物皆为一物”。他认为,存在一个不再区分主观和客观的唯一世界。在这个世界中,自我与其所属的一切混为一谈,众生皆为同一存在。宇宙是你。宇宙也是我。

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“薛定谔的猫”拯救了爱丽丝的矛盾人生:在生命的十字路口,我们同时活着和死去,直到我们做出决定,离开一条路去另一条路。

这是一个虚构的现实,假设它是真的,可以从假设来看待世界,就像是一个可以拆解和重组的谜语,就像物理教给我们的,伟大的科学思想实验教给我们如何存在一样。“你们要对无限可能心怀畏惧”,这应该是最适合总结的一句话。

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