拍案驚奇——讀加來道雄《平行宇宙》（5）

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2014-09-20 @開心的天蒔 開券有益讀書平臺

五 鼻子尖上的宇宙

一隻貓被關在一個密封的盒子裡，盒子裡還有一瓶毒藥。毒藥由一個特殊裝置啟動，這個特殊裝置由某一種粒子的衰變來決定是否啟動，粒子衰變，開關觸發，貓被氰化物毒死；粒子不衰變，開關不會被觸發，貓仍活著。根據量子理論，該粒子有一定幾率衰變，也有一定幾率不發生衰變。

當它們都被鎖在箱子裡時，因為我們沒有觀察，

所以那個粒子處在衰變／不衰變的疊加狀態。因為粒子的狀態不確定，所以貓的狀態也不確定，只有當我們打開箱子察看，事情才最終定論：要麼貓躺在箱子裡死掉了，要麼它活蹦亂跳地“喵嗚”直叫。問題是，當我們沒有打開箱子之前，這只貓處在什麼狀態？似乎唯一的可能就是，它和我們的粒子一樣處在一種死／活的疊加態。

這樣，貓既是死的，又是活的，處於死活交纏的疊加態。

這就是“薛定諤貓佯謬”。

這與我們的日常經驗嚴重相違，要麼死，要麼活，怎麼可能不死不活，半死半活？

這只不死不活的貓像惡夢一樣讓物理學家們不得安寧。霍金曾說：“我一聽到貓，就想伸手掏槍。”

在1930年的索爾韋會議上，愛因斯坦與玻爾之間發生了一場歷史性的衝突，激烈的爭論持續到第二天。最終愛因斯坦讓步了，勉強承認量子理論是正確的。惠勒後來評論說：“這是我所知道的在知識史上的最偉大的爭論。

30年來，我從未聽過在兩位巨人之間的爭論，經歷的時間這樣長、爭論的問題這樣深奧、爭論結果的意義這樣深遠，影響我們理解這個奇怪的世界。”

我們的常識是在宇宙中非常不尋常的地球的環境中孕育出來的，因此僅憑常識不能理解真正的宇宙並不奇怪。

埃弗雷特指出，兩隻貓都是真實的。有一隻活貓，有一隻死貓，但它們處於不同的世界中。

問題並不在於盒子中的放射性原子是否衰變，而在於它既衰變又不衰變。當我們向盒子裡看時，整個世界分裂成它自己的兩個版本。這兩個版本在各個方面都是相同的，唯一的區別在於其中一個版本中，原子衰變了，貓死了；而在另一個版本中，原子沒有衰變，貓還活著。兩者將完全獨立地演變下去，成為兩個平行的世界。

多宇宙理論認為，在每一個量子的結合點宇宙都分成兩半，

從宇宙誕生以來，已經進行過無數次這樣的分裂，它的數量以幾何級數增長，很快趨於無窮。我們現在處於的這個宇宙只不過是其中的一個，在它之外，還有非常多的其他的宇宙。

這些量子世界就存在於我們的身邊，就在我們的鼻子尖上，無論我們走到哪，它們都和我們在一起。有些和我們很接近，裡面的場景與我們這個世界大致相同，那是在家譜樹上最近剛剛分離出來的，而那些從遙遠的古代就同我們分道揚鑣的宇宙則非常不同。也許在某個宇宙中，小行星並未撞擊地球，恐龍仍是世界主宰；在某個宇宙中，埃及豔後克婁派特拉的鼻子稍短了一點，沒有教愷撒和安東尼怦然心動；在某個宇宙中，格魯希沒有在滑鐵盧遲到，希特勒沒有在敦克爾克大撤退時下達停止進攻的命令。而在更多的宇宙裡，因為物理常數的不適合，根本就沒有生命和行星的存在。

諾貝爾獎獲得者史蒂文•溫伯格把這比做無線電。圍繞我們周圍有幾百不同的從遙遠廣播電臺播出的無線電波。在任何給定的時刻，你的辦公室、小汽車或臥室裡充滿了這些無線電波。然而，打開收音機，你每次只能調到一個台，聽一個頻率。

一般人會認為，這樣的哲學討論完全不切實際，在我們的世界裡沒有任何實用價值。但加來道雄說，終有一天它們會有最實際的應用，能推動世界經濟的發展。終有一天整個國家的財富將依賴薛定諤貓的奧妙。有科學家稱，多粒子的“薛定諤貓”態系統可以作為未來高容錯量子電腦的核心部件，也可以用來製造極其靈敏的感測器以及原子鐘、干涉儀等精密測量裝備。

（我從網上讀到一則報導：2005年，美國國家標準和技術研究所的萊布弗裡特等人在《自然》雜誌上發表文章，說他們已實現擁有粒子較多而且持續時間最長的“薛定諤貓”態。實驗中，研究人員將鈹離子每隔若干微米“固定”在電磁場阱中，然後用鐳射使鈹離子冷卻到接近絕對零度，並分三步操縱這些離子的運動。為了讓盡可能多的粒子在盡可能長的時間裡實現“薛定諤貓”態，研究人員一方面提高鐳射的冷卻效率，另一方面使電磁場阱盡可能多地吸收離子振動發出的熱量。最終，他們使６個鈹離子在５０微秒內同時順時針自旋和逆時針自旋，實現了兩種相反量子態的等量疊加糾纏，也就是“薛定諤貓”態。

但根據多宇宙理論，活貓和死貓雖同時存在，卻是在兩個宇宙中存在，而６個鈹離子“同時順時針自旋和逆時針自旋”，讀起來讓人感到是在同一個宇宙之中。我覺得這兩種“薛定諤貓”態並不是一個意思，匯出的當不是同一個理論。不知我的理解是不是有錯？）

而那些從遙遠的古代就同我們分道揚鑣的宇宙則非常不同。也許在某個宇宙中，小行星並未撞擊地球，恐龍仍是世界主宰；在某個宇宙中，埃及豔後克婁派特拉的鼻子稍短了一點，沒有教愷撒和安東尼怦然心動；在某個宇宙中，格魯希沒有在滑鐵盧遲到，希特勒沒有在敦克爾克大撤退時下達停止進攻的命令。而在更多的宇宙裡，因為物理常數的不適合，根本就沒有生命和行星的存在。

諾貝爾獎獲得者史蒂文•溫伯格把這比做無線電。圍繞我們周圍有幾百不同的從遙遠廣播電臺播出的無線電波。在任何給定的時刻，你的辦公室、小汽車或臥室裡充滿了這些無線電波。然而，打開收音機，你每次只能調到一個台，聽一個頻率。

一般人會認為，這樣的哲學討論完全不切實際，在我們的世界裡沒有任何實用價值。但加來道雄說，終有一天它們會有最實際的應用，能推動世界經濟的發展。終有一天整個國家的財富將依賴薛定諤貓的奧妙。有科學家稱，多粒子的“薛定諤貓”態系統可以作為未來高容錯量子電腦的核心部件，也可以用來製造極其靈敏的感測器以及原子鐘、干涉儀等精密測量裝備。

（我從網上讀到一則報導：2005年，美國國家標準和技術研究所的萊布弗裡特等人在《自然》雜誌上發表文章，說他們已實現擁有粒子較多而且持續時間最長的“薛定諤貓”態。實驗中，研究人員將鈹離子每隔若干微米“固定”在電磁場阱中，然後用鐳射使鈹離子冷卻到接近絕對零度，並分三步操縱這些離子的運動。為了讓盡可能多的粒子在盡可能長的時間裡實現“薛定諤貓”態，研究人員一方面提高鐳射的冷卻效率，另一方面使電磁場阱盡可能多地吸收離子振動發出的熱量。最終，他們使６個鈹離子在５０微秒內同時順時針自旋和逆時針自旋，實現了兩種相反量子態的等量疊加糾纏，也就是“薛定諤貓”態。

但根據多宇宙理論，活貓和死貓雖同時存在，卻是在兩個宇宙中存在，而６個鈹離子“同時順時針自旋和逆時針自旋”，讀起來讓人感到是在同一個宇宙之中。我覺得這兩種“薛定諤貓”態並不是一個意思，匯出的當不是同一個理論。不知我的理解是不是有錯？）