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薛定谔的猫 初衷意在批判量子力学

关注量子科学探究宇宙奥秘

撰文DavidKaiser

翻译陆静怡

审校杨晨张士超

纵观与量子理论有关的所有奇谈,很少有比薛定谔那既生又死的猫更古怪的了。实验是这样的:一只猫被关在一个密闭无窗的盒子里,盒子里有一些放射性物质。一旦放射性物质衰变,有一个装置就会使锤子砸碎毒药瓶,将猫毒死。反之,衰变未发生,猫便能活下来。薛定谔设计了这个可怕的实验来挖苦量子理论荒唐的一面,按照量子论支持者的解释,在打开盒子看猫之前,这只猫非生非死,而是处在典型的量子态,即活与不活叠加的离奇状态。

在当今这个猫咪表情包盛行的时代,薛定谔的奇谈总是被当作玩笑,以戏谑而非阴郁的口吻提及。它也成为许多哲学与物理学困境的代表。与薛定谔同时代的尼尔斯·玻尔和沃纳·海森堡曾宣称,类似于那只猫所处的混合态是大自然的基本特点。而其他人,比如爱因斯坦,则坚持大自然必须做出选择:非生即死,而非既生又死。

薛定谔的猫如今已成为一种文化符号,然而这个奇谈还有一个重要方面往往被忽视:薛定谔当初构思这个实验时所处的时代背景。面对迫近的世界大战、种族灭绝和德国人土崩瓦解的精神世界,薛定谔联想到毒药、死亡和毁灭并非巧合。因此,薛定谔的猫不仅告诉我们量子力学的光怪陆离,还提醒着我们,科学家也像普通人一样有情感、会恐惧。

薛定谔打造这个思想实验,是在1935年夏天与爱因斯坦的一场对话中。

两人在上世纪二十年代末就结下了深厚的友谊。那时他们都居住在柏林,爱因斯坦的相对论让他一举成名,他的计划也时不时地被世俗的事务打断——国际联盟的委员会议,宣扬犹太复国主义的演说,再加上他自己的科研工作。再说短小精悍的奥地利人薛定谔,他在1927年升任柏林大学的教授,距他提出量子力学波动方程(现称薛定谔方程)仅仅过了一年。他们或是一起在薛定谔家中享受热闹的维也纳香肠派对,或是一起在爱因斯坦避暑别墅旁的湖中划船。

然而没过多久,他们在一起的愉快时光就戛然而止了。1933年1月,希特勒出任德国总理。那时,爱因斯坦恰巧在美国加利福尼亚的帕萨迪纳市拜访他的同事。在他离开的日子,纳粹分子查抄了他在柏林的公寓以及避暑别墅,并且冻结了他的银行账户。因此,爱因斯坦从普鲁士科学院(Prussian Academy of Sciences)辞职,并快速地做出安排,在新泽西州的普林斯顿住了下来,成为新诞生的普林斯顿高等研究院(Institute for Advanced Study)的首批成员之一。

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