《薛丁格的貓》好可憐到底會死不會死

2022 年 5 月 8 日

量子力學之父

《埃爾溫·薛丁格》他是「量子力學」的奠基人之一。就連1944年著有「生命是什麼？（What is Life?）」，發現DNA雙螺旋的「瓦森（James D. Watson）」與「克里克（Francis Crick）」也表示受《薛丁格》影響頗深。

1933年《薛丁格》和英國物理學家《狄拉克》共同獲得了諾貝爾物理學獎，被稱為量子物理學之父。

《薛丁格》(1887 – 1961)出生在奧地利維也納，在維也納大學學習物理與數學並在1910年取得博士學位。他曾在「蘇黎世大學」擔任「理論物理學教授」，過去「愛因斯坦」和「勞恩」也曾擔任過。在「蘇黎世大學」期間他提出了著名的薛丁格方程式，創立了「波動力學」學說用以來描述量子力學。

而大家最為熟知的應該就是他的《薛丁格的貓》想像實驗理論。《薛丁格的貓》一直是量子物理學爭論不休的話題之一，最特別的是背後的哲學意味引人深思。

薛丁格的貓

《薛丁格》做了一個想像實驗，將一隻貓放進盒子。論述如果將一隻貓鎖一個不透明箱子中，並準備毒氣瓶，設定「量子粒子」處於某狀態下，毒氣瓶便會破裂；若該粒子處於另一狀態，則毒氣瓶完好無損。

將箱子封閉，此粒子的「量子狀態」，目前是兩種狀態共存的情況。也就是疊加態，說的是毒氣既是已從瓶中放出，又被封存在瓶中，玄之又玄的狀態。所以這時箱中的貓，在這疊加態下同時呈現既是活，也是死的「量子疊加態」，或說是「量子糾纏態」。根據量子力學，未進行觀察時的「原子核」處於已衰變和未衰變的疊加態，但是，如果在一個小時後把盒子打開，實驗者就只會看到"衰變的「原子核」和「死貓」"或者"未衰變的「原子核」和「活貓」"兩種情況

如果不了解「量子力學」歡迎先看看老高的科普《量子力學與平行宇宙與你》

也就是說當箱子打開時，此「量子疊加態」瓦解；那瞬間，你看到這隻貓是被毒死？還是活著？勢必會發生一件。如果你不去打開或看牠，那祂就會仍處於既是活，也是死的「量子糾纏態」當中。

看一眼很有事

顯而易見的就常理常識來說，根本沒道理是違背常理的事。然而這個實驗特別之處就在於使“量子力學的微觀世界不確定性變為宏觀世界的不確定性”；“微觀的混沌變為宏觀的荒謬”，意思就是說，人類所看得見常識性的世界，我們稱為宏觀世界；而人類看不見的的世界，看不見不表示不存在，光需要用顯微鏡看的東西，我們就看不到，這稱為微觀世界。而量子力學屬於微觀世界的範疇，當微觀世界發生的不確定性，對宏觀世界的人類來說就是件荒謬的事。

我們常常說，看一下沒關係啦！碰一下又不會死！但是或許真的會惹禍。其實可以用「蝴蝶效應」來解釋，「蝴蝶效應」也是混沌理論中的其中一個理論。指的是在一個動態系統中，初始條件的微小變化，將能帶動整個系統長期且巨大的連鎖反應，是一種混沌的現象。對於這個效應最常見的闡述是：”一隻南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動幾下翅膀，可以在兩周以後引起美國德克薩斯州的一場龍捲風。“，換句話說，看一下沒什麼這個動作，或許下一秒掙脫「量子疊加態」的貓就死了，或是兩個月後你會因爲虐貓被發現，被警察抓去關。

以宏觀世界來說確實你的看一眼並不會發生任何事，不過別在街上隨便看，你可能會被說「看三小」，因而被揍。然而在微觀世界的觀測中，對於被觀測對象是有影響的，會引起變化。以觀測電子為例，要用光照才能看見，光的最小單位光子的能量雖小但不是零，光子照到被觀測的電子上，對電子的影響很大。

貓倒底是生還是死

《薛丁格的貓》這個實驗還是建立在想像跟猜測上，但是你以為就這樣嗎？這麼玄？比玄學還玄？

其實物理學家們，對《薛丁格貓》到底可不可能有"「既死亦活」的疊加態"已能作出符合量子力學的解釋。相關類似的真實實驗還是有的。

2010年「美國國家標準技術研究所」的實驗團隊開始實驗出“薛丁格的貓”狀態。其應用超導量子干涉儀，在2000年終於完成實驗成功展示出當時最大的”薛丁格貓“疊加態。在超導量子干涉儀的超導迴圈以兩種可能方向流動的電流形成了這”薛丁格貓“疊加狀態。這微安培數量級的電流涉及了上億個電子，圍繞著大約有人髮那麼粗的迴圈移動，在量子尺寸來說，可以算是宏觀系統，也稱之為"薛丁格貓"態。

另外2016年，當時在維也納大學的生物物理學家Alipasha Vaziri領導的研究團隊報告稱，他們用單光子光源證實了“人眼可以探測到單光子事件，而且探測到的機率很高，間接證實看一眼很可能會造成改變。

《薛丁格的貓》跟我們有幾毛錢的關係？

所以《薛丁格的貓》到底是生是死？其實亦生也亦死。簡單來說這就涉及到「平行宇宙論」了，當打破「量子疊加態」那一刻，同一刻兩個世界，有一隻死掉的貓跟一隻活著的貓，再玄乎點，諸多平行宇宙有《薛丁格的貓》的不同樣態，死、活、半死半活、變成怪獸貓、變成超貓，也可能貓不見了。

好了最近看了《媽的多元宇宙》加上我準備要寫的小說《薛丁格的貓》要找素材，剛好就寫了這篇當作前導。

當然不是要寫「科幻小說」，寫的是「愛情小說」，愛情就像《薛丁格的貓》一樣，是有違常理悖論，捉模不定；在愛情當中會發生什麼，是愛？還是喜歡？是尋求慰藉？還是自卑產生無形壓力？她愛我、他不愛我？還沒打開盒子看前，永遠不知道這隻貓會生還是死，還是就保持疊加糾纏態，糾纏一生？但是也很可能有別的機會。
各位對於《薛丁格的貓》又有時沒想像呢？歡迎底下留言一起討論。