薛定諤的貓何時醒來——量子幽靈與神秘主義

敏敏特木爾

對於斯蒂芬·霍金來說，作為牛頓在劍橋盧卡遜教席的繼承人、愛因斯坦之後的物理學界盟主，如果物理學上還有什麼事件讓他煩惱的話，那是薛定諤的貓。“——誰敢跟我提起薛定諤那隻該死的貓，我就去拿槍!”

1.是貓，還是上帝的骰子?

從海森堡的測不準原理開始，量子力學的奇異性一直困惑着人們。1935年薛定諤做了一個世界馳名的貓實險，放大了這種古怪的量子態，直到人們肉眼可見的程度:1小時內某放射性原子的衰變—錘落下—毒藥瓶破—貓死;或者原子不發生衰變—一切無恙——貓活着。通過這樣一個實險設計，把量子衰變成不衰變的迭加態放大成了貓的生死處境，在客觀上似乎默認了一種死貓與活貓並存的佯謬迭加態。

作為一隻鮮龍活跳被關進箱里的貓，當然既不能不死不活，也不能又死又活——這顯然是個謬論，但在觀察者打開黑箱，探眼去看之前，這個謬論居然一直存在着!迭加態不肯消失。

黑箱里的貓是死還是活無人能知，既然計算結果是概率相等，兩態並存，那麼我們只能宣布此貓不死不活，或者又死又活。——難怪許多科學家對此怒氣沖沖，認為這隻狡猾的貓簡直褻讀了科學的神聖，物理學一向表現出的確定性被粉碎，成了一場猜謎遊戲。

直到目前為此，牛頓創建的經典物理體系，在宏觀世界還是普遍適用。一旦進入微觀的量子世界，人們除了驚駭與好奇，簡直只能走上神秘主義道路!量子力學的先驅尼爾斯·玻爾曾經指出:誰不為量子力學所震驚，誰就不懂量子理論。在20年代，當量子理論的蘊涵初露鋒芒時，巨大的衝擊波震動和迷惑了無數顆追求科學的心靈，甚至有科學家為真理的巨大裂變而自殺，甚至愛因斯坦也不敢相信量子是上帝的骰子，而苦心孤詣於論證否定，希圖創立“統一場論”，最終證明“西方不敗”的愛因斯坦失敗了。2002年英國理論物理學家朱利安·巴伯發表新著《時間的終點》，中心論點是:對時間本質的錯誤理念，阻礙了物理學家們達到“統一場論”的最終目的:因為兩種理論各自提出了截然不同的時間概念，而科學家們尚無法協調這兩種時間概念，使極小物質包括到極大物質中去，因此人類就不會理解時間和存在的本質。

如果唯物主義者們願意相信科學、相信物理學家，請聽一聽玻爾對量子理論的解釋:“外在物質世界的存在不是自身獨立的，而是無法擺脫地與我們對其的感知糾纏在一起的。”

而薛定諤的貓，表明了量子力學中幽靈般的陰影正在侵入到日常生活中來。

2.量子幽靈與平行宇宙

1996年5月，美國科羅拉多州博爾德的國家標準與技術研究所的monroe等人用單個鈹離子作成了“薛定諤的貓”並拍下了快照，發現鈹離子在第一個空間位置上處於自旋向上的狀態，而同時又在第二個空間位置上處於自旋向下的狀態，而這兩個狀態相距80納米之遙!——這在原子尺度上是一個巨大的距離。想像這個鈹離子是個通靈大師，他在紐約與喜馬拉雅同時現身，一個他正從摩天樓頂往下跳傘;而另一個他則正爬上雪山之巔!——量子的這種“化身博士”特點，物理學上稱“量子相干性”。在早期的楊氏雙縫實驗中，單個光粒子既以憂美的波粒二象性，輕巧地同時穿過兩條狹縫，在觀察屏上製造出一幅美麗的明暗相干條紋。

古希臘芝諾佯謬中有一個阿基里斯追烏龜的故事。這位詭辯家把阿基里斯追上烏龜、跨步到烏龜前面去的決定性一步劃分成無限等分，讓阿基里斯在此無限等分中向前移動的時間裡，烏龜雖然極慢、極小，然而畢竟已前行了一小格!經無限等分步長後的阿基里斯，永遠離烏龜差那麼氣人的一小格，因此他老人家永遠追不上烏龜。現在這個佯謬可以如此解釋了:它模糊了量子——經典的分界，從而製造了佯謬。趕上烏龜的最後一步，宏觀上是有限的，可以量度的;量子態上則是無限的，可以無限地細分成無數格，從而使時間拉長，落入無止盡的黑洞，使追上烏龜的那一步永不能完成。

然而量子——經典的臨界面究竟在哪裡，在什麼時候閃爍幽靈光芒的量子世界讓位於日常生活中公式化的物理規律呢?量子世界如一棵琳琅的聖誕樹，而現實生活中我們只能採摘、品嘗其中唯一的一顆果子，當我們伸手選擇時，這棵樹就消失。物理學上稱此為“波函數的坍縮”。

可是我們過往的歷史、今天的宇宙，恰好法國劇作家博馬舍提出的，“為什麼是這些東西，而不是其他的呢?”為什麼羅蜜歐與朱麗葉雙雙殉情，而不是走向離他們一步之遙的團圓喜劇呢?為此幾位傑出的宇宙學家提出了一種十分勉強的“多宇宙”假設。這個假設簡單說就是:一道寒光過後，碎成千片的鏡子同時上演着千種版本的故事:克里奧派特拉沒有死於蛇吻，而是以她的美艷博識第三次征服了屋大維這小子!希特勒這個潦倒的青年考上了維也納大學學美術，從此成為一名畫家而非戰爭狂人。小布什以幾票之差在競選總統中敗北。但我們這個宇宙的人們並不能享受歷史改寫帶來的好處如避免了大戰，因為本宇宙與它平行，他們只管樂他們的，平行宇宙相互間永遠不可到達!就象火柴熄滅後的小女孩，面對她的不是祖母和烤鵝，而是現實中雪夜陰冷的高牆。——為此多宇宙假設被嘲笑為“廉價的假設，昂貴的宇宙”。

八十年代洛斯阿拉莫斯國家實驗室的zurek倡導“退相干理論”，設想環境會破壞量子相干性。1996年12月，巴黎ens研究小組用兩個里德伯原子分別扮演薛定諤的貓與量子鼠，用鼠射入空腔來窺看貓的死活，從而得到一個明確結果。zurek指出:“由於系統泄漏了信息，因而發生了退相干。”他把各種量子可能性的支配權歸之於環境;稱為“環境誘發的超選擇”。至於環境為什麼要選擇貓死或貓活?環境如何扮演了擲骰子的上帝角色?zeruk沒有說清楚，只是“把所有問題都掃到一塊地毯下歸納起來，但卻說不清楚什麼是地毯。”nist的monroe評價說。在“多宇宙”和“退相干”設想之外，還有一種受支持的“grw”理論，認為貓的宏觀狀態引起了自發的微觀坍縮，因為貓身上大約有10的27次方個粒子，這麼多的粒子至少有一個發生命中的機會是很大的，penrose在《shadowsofthemind》一書中認為，觸發源可能是重力。這樣雖然巧妙地避開了某些技術上的障礙，但問題是:觸發命中的定時因子完全是任意的，;該理論的倡導者只是選擇一個能產生合理結果的因子，可謂事後諸葛亮。

3.量子留給靈魂一席之地

以上種種，都是科學家們為了避免觀察者的目光以及人的精神世界來參與貓的生死而作出的努力。事實上，一旦對量子系統作出觀察，它的態一定會驟然改變，這就像是“精神支配物質”的思想。或許需要精神對量子骰子加一點負荷，從而促使該量子偏愛某一方向，讓貓活或死。在貓實驗中，測量是什麼呢?是把蓋子打開嗎?抑或是光線到達眼睛並被大腦所處理呢?還是貓皮上的靜電放電呢?這涉及到佛教唯識學上的八種識的程度:在觸蓋、看貓等行為中，人使用了眼耳鼻舌身前五識，進入大腦是意識第六識，如果進一步思索乃至頓悟出靈魂奧妙，則進入第八識阿賴耶識境界。唯識學早在公元前六世紀的佛陀時代，即主張:觀察者與觀察物體不可分。獨立的物質是虛幻的。為了擺脫“精神”這一在物理學領域無法解釋的量，實驗者不讓人參與，而代之以計算機系統或照相機那樣更質樸的東西。然而馬上發現了照相機何時曝光或者計算現何時輸入信息，仍有兩個可能性，此時波函數仍未坍縮，——於是微觀世界的幽靈放大成了“照相機/計算機的幽靈”了，最終還是要“人的觀察”才能得知唯一的答案。一台計算機不能懂得量子的知識，而答案要求某個懂得知識的人來解讀。這似乎啟示:人類有一種稱為“精神”的屬性，它把我們同環境中其它東西區分開來，它對於“使基本物理學有意義”是絕對關鍵的。

經典物理時代，牛頓雖然把從剛性小球到銀河系的運動規律統括起來，但還是把全所有星球旋轉的第一推動力歸功於上帝。而在數據化生存的今天，因特網就象印度神話中的因陀羅之網，森羅萬有。

科學家們更喜歡把大腦看成是一台高度複雜、卻不神秘的電化學機器，像任何其他機器一樣，遵循着相同的物理學規律，這樣就不讓獨立精神或自由意志留有餘地。但是量子世界的幽靈讓人們不得不重提“精神——肉體”二元論，即精神是一種物質，是一類短暫，不可觸知的特殊物質，它不同於，但耦合於構成我們身軀的可觸知物質。在特理學家的長爪伸不到的角落，世界上有多少藝術家正為這隻貓烈士的壯舉而感激涕零!當年拜倫悲嘆過“詩歌被規則和準線打碎”，此刻光風霽月又回來了:宇宙不再是滴滴答答一板一眼往前走的牛頓式鐘錶;而是一曲將白牛奶倒入黑咖啡的混沌圓舞曲;上帝老了，做膩了幾何題，就開始一刻不停的擲骰子取樂;對稱性破缺意味着開放的宇宙。

多樣性的出現帶來了混沌學上的海馬紋、薑餅人、費根鮑姆函數無花果樹枝、蝶翅引發的熱帶暴風雨......有人諷刺地說，現代科學是古希臘神話中伊卡洛斯icarus蠟做的翅膀，因為飛得太高，得意忘形，被驕陽烤化了翅膀，墮海而死。

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