薛定谔 1935:猫是用来拒绝宏观涂糊的例子
1935 年薛定谔在《自然科学》上用一只猫说明:若把原子尺度上被涂糊的状态照搬到宏观物体,活猫和死猫会以相等的份量写进同一个波函数。这是他称为荒谬的例子,不是做过的实验,也不是多世界诠释。
1935 年,埃尔温·薛定谔在《自然科学》第 23 卷分三期刊出《量子力学的当前状况》,页码 807–812、823–828、844–849。对象不是一只被关进实验室的猫,也不是量子计算机里的一个比特。对象是这篇长文里的一个思想例子。他要问的是:波函数把原子尺度上本来尖锐的状态涂糊成几份概率,这套写法若原样用到一只猫和一瓶氢氰酸,会说出什么。他说出的句子,是他准备称为荒谬的那种情况。
破除误解:没有做过,也没有赞成那只猫既死又活
第一个误解,是把例子读成实验记录。装置是设想出来的。钢室里有一小点放射性物质、一只盖革计数器、一把由计数器带动的锤子,和一瓶氢氰酸。安排可以让一小时内原子衰变与不衰变的概率相等。衰变则锤子打碎瓶子,猫死;不衰变则猫活。一小时结束、尚未打开时,若把整个系统的波函数照量子力学的规则写下去,活猫和死猫会以相等的份量混在同一个表达式里。薛定谔把这种写法列为荒谬的情形,用来暴露把微观的涂糊直推到宏观对象时的难堪。没有日期、没有动物、没有毒剂被真正用上。本页不写如何布置放射源、如何连接锤子,或如何选择动物。那些句子不属于 1935 年的论证。
第二个误解,是把这个例子读成他提出了多世界,或读成意识一看猫就死活分明。多世界是二十多年后的另一种诠释。1935 年的段落没有分支宇宙。它也没有说人的注视造成坍缩。段落的力量在否定的方向:若理论要求我们把活与死以相等份量写入宏观状态,而我们又无法把这当成对一只猫的认真描述,那么「波函数的涂糊可以原样升到宏观」这一步就站不住。后来的通俗讲解常常把荒谬的例子讲成他赞成的本体论。方向反了。
第三个误解,是把 1935 年和 1926 年的波动方程写成同一页。波动方程是计算规则。猫的段落是对诠释的抗议,抗议的是概率诠释把尖锐的宏观状态涂糊之后,理论仍把那个涂糊当作系统的完整描述。方程可以继续用来算能级。抗议不取消方程。总览把猫放在「他从未接受概率诠释」之后,这个连接是对的。连接不能把猫的年份改成 1926,也不能把方程的解改成一只猫。
第四个误解,是说他到晚年才写出这个例子。1935 年他 48 岁。诺贝尔奖在 1933 年。猫的文本是获奖之后不久的诠释论战,和爱因斯坦、波多尔斯基、罗森同年的那篇论文处在同一轮争论里。总览里的「晚年」是事后的语气。本页用刊出年。
它证明什么,停在哪里
它证明:在 1935 年这组文章里,薛定谔构造了一个宏观例子,使一小时后活与死以相等份量出现在整个系统的波函数中,并称这种情况荒谬。它证明他的靶子是诠释,不是波动方程的数学。它没有记录任何一次动物实验。它没有提出多世界。它没有给出氢氰酸的用量,也没有把盖革计数器的线路画成可以仿制的图。它没有测量一只真实的猫。测量问题在这之后还有许多页。这一页只负责把 1935 年的例子从文化符号还给那三期杂志。
跨域连接
- 薛定谔方程:总览在概率诠释的分歧之后提到这只猫,并把它放在晚年。本页把文本放回 1935 年,并说明例子是用来拒绝宏观涂糊,不是方程的一个解。对读时不要把 1926 年的能级公式写进钢室。
- 玻恩 1926:玻恩把波函数的模方读成概率。猫的段落接受这种读法在原子上的用途,再问它升到猫时还是否可说。对读时不要把 1926 年的散射实验写成已经包含氢氰酸。
- 波粒二象性:波粒页处理路径和干涉。猫不走双缝。它处理的是一个衰变事件是否已经发生,以及这个「是否」能否以相等份量留在宏观描述里。对读时不要把条纹对比度写成猫的死活。
- 哲学僵尸:僵尸论证假设行为完整而没有体验。猫的例子假设物理描述把死与活涂在一起,而日常语言无法照单接受。两边都在问物理描述是否穷尽我们承认的状态。对读时,僵尸是后来的心灵哲学。猫是 1935 年的量子诠释。
- 中文房间:中文房间问符号操作是否等于理解。猫问波函数的混合是否等于一只猫的状态。两个例子都用一个放大到日常尺度的装置来挤压理论。对读时不要把规则手册放进钢室,也不要把氢氰酸写进房间。
参考文献
- Schrödinger, Erwin. "Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik." Naturwissenschaften 23 (1935): 807–812, 823–828, 844–849.