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愛因斯坦誕辰日思考:薛定諤的貓與量子力學的可證偽性

薛定諤的貓是諸多量子困惑中有代表性的一個。 一隻貓被封在一個密室裡, 密室裡有食物有毒藥。 毒藥瓶上有一個錘子, 錘子由一個電子開關控制, 電子開關由放射性原子控制。 如果原子核衰變, 則放出阿爾法粒子, 觸動電子開關, 錘子落下, 砸碎毒藥瓶, 釋放出裡面的氰化物氣體, 貓必死無疑。 原子核的衰變是隨機事件, 物理學家所能精確知道的只是半衰期——衰變一半所需要的時間。 如果一種放射性元素的半衰期是一天,

則過一天, 該元素就少了一半, 再過一天, 就少了剩下的一半。 物理學家卻無法知道, 它在什麼時候衰變, 上午, 還是下午。 當然, 物理學家知道它在上午或下午衰變的幾率——也就是貓在上午或者下午死亡的幾率。 如果我們不揭開密室的蓋子, 根據我們在日常生活中的經驗, 可以認定, 貓或者死, 或者活。 這是它的兩種本征態。

如果我們用薛定諤方程來描述薛定諤貓, 則只能說, 它處於一種活與不活的疊加態。 我們只有在揭開蓋子的一瞬間, 才能確切地知道貓是死是活。 此時, 貓構成的波函數由疊加態立即收縮到某一個本征態。 量子理論認為:如果沒有揭開蓋子, 進行觀察, 我們永遠也不知道貓是死是活,

它將永遠處於半死不活的疊加態, 可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理, 客觀規律不以人的意志為轉移, 貓既活又死違背了邏輯思維。

首先需要明確一點, 薛定諤的貓是一個思想實驗, 是通過建立一個宏觀事物來表達微觀屬性。 我認為這個思想實驗建立的挺好, 明確的表達了量子的隨機性特徵。 之所以不進行觀察我們就永遠也不知道貓是死是活,

是因為觸發電子開關的是由放射性原子控制, 這個放射性原子衰變精準時間點是隨機的, 我們只能知道他衰變時間的幾率。

我在之前的文章中也提到, 微觀粒子是弦, 弦的基本單元是“量子比特”, 量子比特其實是一種真空中的渦旋。 量子比特的自旋方向是隨機的。 真空類比為超流體(有一個理論叫超流體真空論), 真空渦旋自旋方向的隨機性是因為真空內能量的不平均性決定的, 並不是安靜的狀態。 這種隨機性是自然屬性, 想想一顆羽毛下落為什麼總是隨機旋轉著降落就明白了。

量子比特是一種真空渦旋, 隨機性是本質, 不是觀測造成的, 量子比特的自旋方向用數學來描述也就只能用疊加性描述。 真空渦旋只不過也只是真空中能量的不平均性造成,

因為流體就是有這種特性, 這和宏觀世界中投硬幣的概率都不是一個概念。 但是微觀世界的隨機性的綜合效應, 在到一定尺度後就表現為亞宏觀和宏觀上的因果性。 這個有點類似熱分子運動, 宏觀上就可以表現出熱力學綜合效應。

當然, 如果再深入到更微觀的世界, 或許真空本身還有它們的組成機制。 隨機本質的綜合效應成就了因果律, 而因果律的綜合作用也會造成隨機性。

有人說“不確定性原理”能否被視為量子力學中一條不可證偽的基本公理的問題。 這裡有必要做個回答。

我在之前的文章《從老子、牛頓、愛因斯坦看人類歷史上三個極偉大經驗認知的發現》中已經提出過,

公理性理論有兩種, 經驗公理化理論和觀念公理化理論。 無論宗教、哲學還是科學, 偉大的思想都是公理化思想, 觀念公理化理論具有約束人和人的群體性作用, 而經驗公理化理論具有約束人以及與人直接關聯的自然。 就思想認知本身而已, 驅使相關系統熵減的量值越大, 其思想越偉大。 經驗公理化理論明顯具有更強大的熵減能力。

特別說明的是, 經驗公理化理論也只是思想, 它起作用的是其中的經驗, 包括作為公理的原經驗和理論輸出的加工放大後的經驗。 而觀念公理化理論輸出的是觀念。 這個意義上說, 人類可以製造思考出無數個公理化理論, 無論是觀念公理化理論還是經驗公理化理論,

理論是一種發明。 而經驗是一種發現, 經驗的, 是唯一的, 這是從生命認知角度看的。

不可證偽性, 很多人錯誤的理解一個理論是可以被證明是錯誤的。 可證偽性, 只需要在邏輯上有可能存在一個假設, 使得理論不可驗證。 日本的小澤正直提出“小澤不等式”, 認為測不准有缺陷, 他們對中子自旋傾向相關的兩個值進行測量, 成功測出超過所謂“極限”的兩個值的精度, 使得小澤不等式成立, 同時也證明了測不准原理與小澤不等式的矛盾。 這項成果發表在《自然-物理》期刊中。 由此可見, 可證偽性是檢驗一個理論是否是科學的理論的金鑰匙, 一點沒錯。

科學是由經驗為基礎建立的, 追逐本源只會陷入觀念的迷茫之中。 人的認知, 根本上是由動物的應激性演化而來,即只有經驗的,才是唯一可以檢驗可靠性的方法。不可檢驗的觀念認知,如果不能輸出為經驗,就只能是觀念中的產物,這個產物只能約束人和人類群體(比如宗教),不能約束與人直接關聯的自然。

本文由探索貓原創,版權所有。如轉載請私信 @探索貓微博

根本上是由動物的應激性演化而來,即只有經驗的,才是唯一可以檢驗可靠性的方法。不可檢驗的觀念認知,如果不能輸出為經驗,就只能是觀念中的產物,這個產物只能約束人和人類群體(比如宗教),不能約束與人直接關聯的自然。

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