34、四大神兽之薛定谔的猫

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爱因斯坦说，量子力学是物理学中真正的巫术。如果让我们来评比在量子理论中哪种现象最奇特，最不可思议，那或许就是量子纠缠了。当爱因斯坦、罗森和波多尔斯基在理论上发现了EPR现象，并用来攻击当时的哥本哈根解释时，薛定谔大为高兴，并放出了他那只挑战人们理性的猫，为描述这种现象，薛定谔发明了一个名词：纠缠。

确切的说，EPR现象是第一个被提出来的量子纠缠过程，对于处在这种状态的两个粒子，它们之间存在一种超空间的关联，当对其中一个粒子进行观测时，另一个粒子即使远在天边，仍然可以瞬时做出响应。或者说，这两个粒子实际上成为一个统一的整体，将它们用经典的还原论思想硬生生割裂开来，作为两个粒子来研究，得到的图像是不完备的。而薛定谔的猫则将这一在微观世界中普遍存在的奇异现象通过巧妙的放大，使之出现在宏观世界之中，造成了违反直觉的现象。在一个封闭空间中，一个可能衰变的原子，一套连锁放大装置，一个毒气瓶和一只可怜的猫。原子可以处在衰变和不衰变的叠加态，如果衰变了，会触动连锁装置打破毒气瓶把猫毒死，如果没有衰变，则猫还活着。这样通过连锁装置和毒气瓶，原子和猫之间产生了相互影响，建立起了纠缠联系。当原子处在衰变和不衰变的叠加态时，猫也就处在了死猫和活猫的叠加态，可问题是，我们从来没有关于死活叠加态的任何经验和知识，这种状态违反了人们的直觉。如果有观察者带着防毒面具进行观测，则猫会坍缩为死猫或活猫中的一种。

当我们将封闭空间中的猫换成人，他能体会到死和活这两种状态的叠加态吗？显然不能，因为他是一个观察者，从哥本哈根的角度看，他会导致波函数坍缩，无法体会到叠加态。可是为什么猫有这种叠加态而人没有呢？一个可能的原因就是信息的分辨率问题。猫的大脑类似于一个相对于信息的粗糙的放大镜，许多行为是出于本能，或许无法区分死和活这两种状态，而人的认知相当于一个高倍显微镜，可以区分更加精细的概念，比如可以区分死和活，也可以区分猫不能区分的苦和甜等味道等等。这样，在人的观念中，死和活是两种不能共存的互斥的概念，不能同时存在，因此只能认识到其中一种状态。按照埃弗莱特的观点，人们认知中的这两种互斥概念形成了两个互不相关，相互平行（或垂直，因为相互垂直正交的坐标轴意味着互不相关）的子空间，整体波函数就在这两个子空间中形成两个投影，其中一个子空间中的投影认为他发现猫死了，另一个子空间的投影却发现猫还活着。

如果上述关于薛定谔猫的多世界理解是合理的，那么平行宇宙则是一个相对主观的概念，平行宇宙的个数，或者说由不同子空间坐标轴张开，并构成的能够容纳整体波函数的希尔伯特空间的维数，与我们的实验装置分辨率和观察者的思维分辨率有关。猫不能区分死活，因此对猫来说，这不是两种状态，而是一种状态。而对人来说，死和活显然是两种状态。人能够理解的抽象空间显然比猫具有更高的维数。如果多世界解释可以按照这种方式理解，那么，我们与其它平行世界的自己可以相互叠加或纠缠，在一个更高维的抽象空间中形成一个整体，每个自己作为其中一个投影出现，而且不同平行宇宙之中的自己往往具有不同甚至相反的知识结构，这显然是一种匪夷所思的图像。

从历史的发展来看，哥本哈根解释曾经最早提出，并一度占据主流，但是关于波函数坍缩，显然是一个美丽理论中的一道丑陋的伤疤。哥本哈根没有也不愿解释波函数坍缩的本质或者过程，而仅仅将它当做一种基本的，甚至是最基本的物理过程，理解宏观世界的退相干过程也显得力不从心。而多世界解释则简单清晰，波函数坍缩，实际上就是波函数在某个概念所处的子世界中的投影，互斥的概念存在于相互正交，互不相关的子世界中。对宏观现象的退相干过程，多世界图像中的解释也简单清晰，因为宏观世界包含大量微观粒子，其希尔伯特空间的维数非常高，因此在不同子世界中的投影向量就像高维空间中的随机向量一样，几乎一定是互相垂直正交的，这也解释了我们为什么没有遇到过平行世界中的自己。多世界解释的诸多优点逐渐有了后来居上的态势，多世界解释及其一些变形，如退相干历史等，已经越来越被理解和接受。

在薛定谔的猫的理解过程中，哥本哈根解释总是不太令人满意，而多世界的观点则粗看起来离奇荒唐，认真分析则越来越有道理。由于哥本哈根和多世界是两种不同的诠释，它们一定会在某些现象或实验中存在不同的预言，也就是说，那些与我们互斥的平行宇宙并不是车库里的用任何方式都无法探测到的龙，而是有可能通过实验之类的方式确定它们存在的。一种可能的方式就是，在不同的子世界之间可能会存在量子纠缠，从而那些看似虚无缥缈的平行宇宙可以实实在在的影响甚至改变我们所处的这个世界。

当物理学深入到量子这个层面上的时候，许多传统的观念都受到了冲击，主观和客观的概念也是如此。在传统的经典世界，主观和客观是泾渭分明的两个概念，它们之间有明确的界限，但是现在看来，或许它们之间有更加紧密的联系和相互影响，其界限也变得越来越模糊不可分辨，有了一种融合统一的倾向。如果想看看未来还有什么有趣的东西在等着我们，不如设法进一步提高我们对概念的分辨率。当我们忽然认识到以前的某个概念其实是两个或多个不同概念的统一，它还有更加丰富和深刻的内涵，或许就在那一刻，我们创造了新的平行宇宙。