科學(xué)史上最離奇的佯謬

楊建鄴

前十來年有一個很受歡迎的電視連續(xù)劇《時光隧道》，讓觀眾大大地享受了一下幻想的樂趣。劇中的主人公通過一種叫“時光隧道”的機器，可以隨心所欲地回到過去任何一個時代（也有一次由于不小心弄錯了，回到一個與預(yù)先設(shè)計不同的時代）。于是發(fā)生了種種有趣的事情。類似的幻想故事還多得很，其中最迷人的地方也許是由于主人公偶然干預(yù)了幾百年前的事件過程，結(jié)果出現(xiàn)了與歷史課本上完全不同的歷史。打個比方：由于主人公偶然的干預(yù)，武媚娘沒有被皇帝寵幸，于是唐朝出現(xiàn)了一個與現(xiàn)在中國歷史不同的，沒有武則天的歷史……。

這很有趣，可以充分發(fā)揮和滿足人的想象力，讓人海闊天空、天南海北地遐想。但是人人都知道這是科學(xué)幻想，不是事實，因此不會信以為真。但是在1957年，美國普林斯頓大學(xué)有一位叫埃弗雷特（Hugh Everett）的著名物理學(xué)家在一篇文章中卻說，在我們這個“現(xiàn)實的”宇宙之外，本來就存在著與我們這個宇宙不同的許許多多彼此“平行的”、不連通的宇宙，而且它們都是同樣的真實。

這是真的嗎？該不又是一個科幻故事吧？是真的，不是科幻故事。埃弗雷特的這個假說現(xiàn)在被正兒八經(jīng)地稱之為“多世界詮釋”（或“多世界理論”）。盡管目前還有許多科學(xué)家對這個理論持一定的懷疑態(tài)度，但是這個詮釋卻似乎越來越被人們看好。

你也許想知道這個過于離奇的詮釋？那你就得知道科學(xué)史上最離奇的佯謬——薛定諤的貓。這可真是不太容易，因為這涉及到最難懂的量子力學(xué)。但是，現(xiàn)在有一本書，也許可以比較容易地和最大限度地滿足你的這一個要求。這就是英國的科學(xué)家約翰·格里賓寫的科普著作：《尋找薛定諤的貓》。格里賓是一位著名的科學(xué)家和科普作家，他的著作在我國翻譯出版了好幾本，例如上?？萍冀逃霭嫔绯霭娴摹洞蟊ㄌ矫亍?、《迷人的科學(xué)風(fēng)采——費恩曼傳》（與他的夫人合著）等等。

在《尋找薛定諤的貓》這本書中，格里賓通俗而又準確地向我們介紹了1935年“薛定諤的貓”這個最離奇的佯謬提出的原因，以及六十多年來為解決這一佯謬科學(xué)家付出的努力，最后討論了1957年埃弗雷特的“多世界詮釋”和對未來的展望。

一切都起因于愛因斯坦提出的光子說。

把光看成是一種粒子（即“光子”），可惹出了大麻煩！如果我們承認光是一種粒子，那么我們?nèi)绾蝸斫忉尮獾难苌?？要知道，光的衍射效?yīng)可是區(qū)別“光是粒子還是波”的一個關(guān)鍵性實驗呀！但后來的實驗的的確確證明了：光既是一種波，又同時是一種粒子。這個圖像真是太離奇了。薛定諤的貓以及其他許多佯謬，都起源于這一矛盾而離奇的圖像。為了解決這一矛盾離奇的圖像，哥本哈根學(xué)派的物理學(xué)家提出了一種解釋（即“幾率波”的解釋）：我們說光是一種波動，是指光是一種“幾率波”；是指在衍射圖像上光子（或者電子、原子等等）出現(xiàn)的幾率：在衍射明條紋上發(fā)現(xiàn)粒子的幾率大，在衍射暗條紋上發(fā)現(xiàn)粒子的幾率小。顯然，這一解釋表明自然法則中存在著一種根本的隨機性。愛因斯坦對這一解釋很是不滿，并且說了一句很有名的話：“我不相信上帝會玩擲骰子?！焙髞韾垡蛩固惯€提出一個“EPR佯謬”來反駁哥本哈根的解釋。但是，現(xiàn)在實驗已經(jīng)證明愛因斯坦的這一反駁失敗了。

與愛因斯坦提出反駁的同時，薛定諤也提出“薛定諤的貓”這一佯謬來反對哥本哈根的解釋。這一佯謬簡單地說是這樣的：在一個盒子里，用一個放射性原子的衰變來觸發(fā)一個裝有毒氣的瓶子的開關(guān)，毒氣可以毒死同時放在盒子里的貓。按哥本哈根學(xué)派的解釋，放射性原子的衰變可以用波函數(shù)來描述；當用波函數(shù)描述不同狀態(tài)的組合時（如放射性元素“衰變了”或“沒有衰變”這兩種狀態(tài)的組合），我們稱之為“波的迭加態(tài)”；在沒有打開盒子時，放射性原子進入了衰變與不衰變的迭加態(tài)，由此貓也成了一只處于迭加態(tài)的貓，即又死又活、半死半活、處于地獄邊緣的貓。正像哈姆雷特王子所說：“是死，還是活，這可真是一個問題?！敝挥挟斈愦蜷_盒子的時候，迭加態(tài)突然結(jié)束（在數(shù)學(xué)術(shù)語就是“坍縮（collapse）”），哈姆雷特王子的猶豫才終于結(jié)束：我們知道了貓的確定態(tài)：死，或者活。哥本哈根的幾率詮釋的優(yōu)點是：只出現(xiàn)一個結(jié)果，這與我們觀測到的結(jié)果相符合。但是有一個大的問題：它要求波函數(shù)突然坍縮。但物理學(xué)中沒有一個公式能夠描述這種坍縮。盡管如此，長期以來物理學(xué)家們出于實用主義的考慮，還是接受了哥本哈根的詮釋。付出的代價是：違反了薛定諤方程。這就難怪薛定諤一直耿耿于懷了。