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一眨眼,中秋的月亮就不見了?

當我們移開凝望皎月的視線,哥本哈根解釋指出,月亮對我們而言,或許已經不復存在了。那麼,哥本哈根詮釋是否正確,量子力學怎樣解釋它呢?


這個問題在過去,在那個牛頓和經典力學主宰物理的時代,當然是毋庸置疑的,那時的人民天真的相信萬物都按照牛頓定律去運動,那麼,月亮當然是存在的,於是決定論應運而生。根據牛頓運動定律,萬物都將一成不變地按照某種規律運動,只要給定一個初始條件,那麼,在這個事件以後,所有的演化都將由物理定律去決定,這就是著名的拉普拉斯妖注1。這個理論在一定程度上就是說,我們是沒有自由意志的,我們必須按照自然定律去做事,即決定論。這當然與現實大相徑庭。


雖然我們要肯定牛頓運動定律,但事實證明,經典力學有時並不能完美的預言某些事件,我們當然具有自己的想法,做自己想做的事,於是,量子力學的光明突然普照了我們,並以短短几十年的時間壯大成和經典力學相抗衡的理論。


一眨眼,中秋的月亮就不見了?



而量子力學告訴我們,當我們不對月亮進行觀察時,月亮並不一定存在。這聽起來一定非常荒謬,但量子力學的解釋能讓你心服口服。在量子力學中有一個理論可以很好的為此問題打下基礎,那就是著名的海森堡不確定性理論。海森堡作為量子力學的開門元老,他提出的理論是量子力學最基礎的理論,即你不能同時準確得知微觀粒子的一對量(比如最經典的位置和動量),你也可以將它理解為你對位置知悉越多,則對動量知悉越少,反之亦然。而在某種程度上,可以理解為當你測量粒子的位置時,你的行為干涉了粒子的動量。然後我們在這裡引入另一個類似的原理,即當你不能只觀察粒子而不去干擾它,你的觀察使眼睛中的光子打在粒子身上並對它造成不可避免的影響,這正如在雙縫實驗中,你的觀察會導致干涉條紋的失去。


以上兩個理論都證實了非常重要的一點,你的觀察將影響事件的運行。但是如果只是一些光子打在月亮身上,並不會對它造成什麼巨大的影響,更重要的是還有一點:哥本哈根詮釋。


一眨眼,中秋的月亮就不見了?



在量子力學中有一個很重要的理論叫做統計詮釋,它是指波函數注2的實際意義,即波函數給出粒子在空間某處出現的概率。一般情況下,波函數在任何地方都不會達到一,因為整個空間才是一,所以哥本哈根學派說,在對粒子進行測量之前,粒子哪兒也不存在,而是以波的形式彌散在空間之中,這正如月亮,當我們不去觀察它時,月亮也不存在,並以波的形式彌散的空間中。看到這裡,有些人可能會問:「我們為什麼還是可以觀察到月亮」,這裡就要引入另外的一個概念。


假如我們開始對月亮進行觀察,並看到月亮在A點,那麼,就會認為月亮本來就在A點,所以我們在A點觀察到了它,即月亮在A點的波函數概率為一,而並不像之前所說的波函數在任何地方都達不到一,這正與前文相逆,這是為什麼呢,原因還是我們的觀察影響了月亮的狀態,使得大量波函數在我觀察前迅速到達A點,並在我們觀察的時候使A點的概率達到一,這種波函數移動到某一點的過程叫做波函數的塌陷。因為波函數的塌陷,所以我們還是能在A點觀察到月亮。


所以根據量子力學,當我們沒有去觀察月亮,並且月亮也沒有對我們造成任何效應時,我們就可以說,月亮已經不存在了。當然,本文所說月亮是一個形象的比喻,這些理論更多的還是用於微觀世界。

註解


1. 拉普拉斯妖就是指給定某個初始條件之後,事件會按照拉普拉斯方程所預言的繼續演化;


2. 波函數就是粒子在某處出現的概率。

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