《我殺了薛定諤的貓》：寫給量子物理的“情書”

這些年，你很難忽略量子物理，電影里面的平行世界都幾乎用爛了。

關(guān)于量子技術(shù)的科學(xué)報道越來越多，什么量子糾纏、量子通訊、量子計算機……這些詞匯雖然脫口而出，但我們其實對量子物理一知半解，甚至可以說是一無所知，只感覺就是一個很炫酷的東西。

因此，《我殺了薛定諤的貓》這本書來得太及時了，它就是寫給量子物理的“情書”，就像講哲學(xué)的《蘇菲的世界》，有趣、生動，深入淺出，引人入勝。

作者加布里埃拉?格雷森，1976年生于米蘭，是物理學(xué)家、作家。她熱愛講述歷史上偉大的物理學(xué)家，被譽為“普及物理學(xué)的意大利女性”（《赫芬頓郵報》），“物理學(xué)界的搖滾明星”（《晚郵報》）。

她在2020年疫情“與世隔絕的幾個月中”寫成這本書。

兩年前我有了一個想法，以我們現(xiàn)在的時代為背景，寫一部關(guān)于量子物理的書。從那時起，我便開始收集資料，并與對話者取得了聯(lián)系。我向你們保證，我真的對量子物理非常上癮。還有就是，在這段時間里，薛定諤一直是我想象中的朋友，愛麗絲（書中人物）在旅途中經(jīng)歷的人物和地點完全是我的親身經(jīng)歷。（作者后記）

“薛定諤的貓”

美國理論物理學(xué)家、弦論的創(chuàng)始人之一李奧納特?蘇士侃誠意推薦這本書：“終于有一部向所有人講述量子物理的當(dāng)代小說了，恰逢其時。尤其是為了說明，愛因斯坦和薛定諤終于贏得了對抗玻爾和海森堡的論戰(zhàn)。”

既然如此，那就先說“薛定諤的貓”，把來龍去脈說個清清楚楚。

我們先了解量子物理的兩大陣營：愛因斯坦和薛定諤；玻爾和海森堡。

1926年，薛定諤發(fā)布著名的方程式，成為量子物理的基礎(chǔ)方程。

1933年，希特勒上臺，規(guī)定所有猶太師生都要離開校園，因此愛因斯坦搬到普林斯頓，薛定諤去了牛津大學(xué)教學(xué)。

▲ 20世紀30年代，納粹大肆焚書。

5月，薛定諤看到《物理評論》的文章，很感興趣，寫信給愛因斯坦，描述兩個糾纏電子。為了方便描述，他發(fā)明了“量子糾纏”這個術(shù)語。量子糾纏深刻重塑了我們對世界的感知方式。

▲ 首張量子糾纏圖像。

愛因斯坦回信，提到“物理學(xué)是對現(xiàn)實的描述，但并非所有描述都是完備的。”

他舉了一個例子：兩個盒子，只有一個盒子里面裝了球。在觀測前，每個盒子里面發(fā)現(xiàn)球的概率都是50%。

這不是一種對現(xiàn)實的完備描述，因為它并沒有告訴我們什么是事實，而只是告訴我們一個已知的現(xiàn)狀。事實是，這個球要么在第一個盒子里，要么在第二個盒子里。
而玻爾認為，這個球有50%的概率在第一個盒子里，這種描述已經(jīng)是完備的，即以教條化的量子物理為基礎(chǔ)。
愛因斯坦和薛定諤并不支持這種觀點。也就是說，對于教條化的量子物理而言，這個球并不在一個盒子或另一個盒子里，只有我們往盒子里看時球才會出現(xiàn)。

愛因斯坦認為玻爾是荒謬的，違反了分隔定理：第二個盒子里面的東西是獨立于第一個盒子存在的，這是定域?qū)嵲谡摗?/p>

兩個月后，愛因斯坦寫給薛定諤的信提到類似內(nèi)容，這次用火藥來打比方。

我們假設(shè)有一小堆火藥，一年時間內(nèi)有一定的概率會爆炸。我們能推斷出它的波函數(shù)ψ是已爆炸的火藥和未爆炸的火藥的疊加態(tài)嗎？不能！荒謬至極！量子物理不適合用來描述現(xiàn)實，但一些詮釋卻將類似的函數(shù)看作對現(xiàn)實的完備描述。

泡利支持玻爾，也加入論戰(zhàn)。薛定諤回應(yīng)泡利，在1935年10月發(fā)表回信，首次出現(xiàn)“薛定諤的貓”。

他假設(shè)將一只貓和有放射性核衰變的裝置關(guān)在一個盒子里。當(dāng)核物質(zhì)衰變時，釋放的粒子會觸動裝置，打翻盒內(nèi)致命的毒藥，瞬間殺死這只貓。
但一般來說，放射性核物質(zhì)的衰變時間是不能準確預(yù)測的事件之一，只能說在一段時間之后，存在一定的衰變概率。
薛定諤認為事情會這樣發(fā)展：在我們打開盒子查看貓的健康狀況之前，不知道它是死是活。它同時處于生和死兩種狀態(tài)。這只貓或生或死，打開盒子并不會影響結(jié)果；只是我們不知道盒子里面發(fā)生了什么。這就是薛定諤的推理。而有知總比無知好。

最初，大家都忽略了“薛定諤的貓”，它就像薛定諤隨機編造的一個荒謬故事。但薛定諤和愛因斯坦一直在討論，他們認為“這只貓”可以證明玻爾和海森堡錯得多離譜。

1950年，愛因斯坦寫信給薛定諤，給予“這只貓”更完備的描述，并說貓要么是活的，要么是死的，這是他認同的真實主義。

但玻爾及支持者認為，在微觀世界不存在真實主義，“這只貓”不能與微觀世界接軌。

“薛定諤的貓”是兩個陣營的問題象征。

對愛因斯坦而言，自然規(guī)律與偶然有關(guān)的這一觀點是不可接受的。愛因斯坦和薛定諤一樣，認為概率論只是一個策略，這證明了我們對事物存在的無知。他們認為量子物理應(yīng)該是確定的，不應(yīng)是概率性的——概率只能用來描述量子物理。

薛定諤提出“薛定諤的貓”，本意是應(yīng)對那些煞費苦心在表面上援引疊加態(tài)原理的人，對抗以不確定性原理為基礎(chǔ)的“量子物理正統(tǒng)觀點”。

“薛定諤的貓”成為事物對立、矛盾共存、兩個相反事物同時存在的最佳詮釋，結(jié)果為對方陣營的那個理論本身創(chuàng)造了一個基礎(chǔ)，對方陣營的支持者又用“薛定諤的貓”來強化那個理論，真是諷刺。

薛定諤想象出來的這個故事，對于一些與世界認知有關(guān)的理論而言，成了一個跳板，那些理論用各種形式反復(fù)討論關(guān)在盒子里的那只貓。薛定諤也一定想象不到他的貓經(jīng)歷了哪些奇妙的探險。
如果這只貓只是被當(dāng)作思想實驗被人們銘記，被當(dāng)作反駁理論的工具被人們認識，那它的命運實為悲慘；但它后來演變?yōu)檫@一理論本身最天才和杰出的詮釋，這就是事實。

必須說明，“薛定諤的貓”只是一個思想實驗，他壓根兒就沒有貓，他養(yǎng)狗不養(yǎng)貓。

經(jīng)典力學(xué)認為，自然界是可以被完備描述的，每次觀察都會獲得一個數(shù)值，每個變量都有值。但在微觀世界，也就是在量子力學(xué)中，變量不可能全部獲得具體數(shù)值，“同時或多或少”。

事實上，薛定諤自己也在想，觀測的基本概念在量子世界中是否失去了意義。也就是說，如果觀測一個變量，其他變量就會喪失真實性，或者不再聚焦；又或許所有變量都是真實的，只是不可能同時認識所有變量。

1950年，愛因斯坦寫信告訴薛定諤，自己已經(jīng)很接近大統(tǒng)一理論；1952年，薛定諤發(fā)表一篇文章《存在量子躍遷嗎》，顯然他是第一個構(gòu)思出時間旅行的人。

自從愛因斯坦那句“上帝不擲骰子”，在1927年正式開啟了他和玻爾之間的論戰(zhàn)，直到今天這場論戰(zhàn)也未有定論。

之后，埃弗雷特和德維特的理論延續(xù)了薛定諤理論。

從理論角度來說，所有疊加的平行宇宙都是真實的，我們不能錯過其中任何一個。每個平行宇宙都符合薛定諤的波函數(shù)，而獨立于其他宇宙存在。

▲ 用平行宇宙理論詮釋薛定諤的貓。

強調(diào)一下，弦理論、多元宇宙的概念，和平行宇宙是完全不同的。

多元宇宙是這樣的：因為弦論運動中的量子漲落，宇宙在小范圍內(nèi)誕生并形成，隨后爆炸。弦的初始形態(tài)認為，偶然性決定物理參數(shù)，由此形成了完全不同于我們習(xí)慣思維的具備質(zhì)量、能量和電荷值的宇宙景觀。
所以存在一些宇宙，其粒子與我們的完全不同，并非與我們的粒子相反，而是截然不同。與我們相比，這些宇宙中的生命是另一回事。所以我們和我們的宇宙，只是廣袤無垠中的一個偶然事件。

▲ 量子力學(xué)入門公式，反正我也看不懂哈。

“愛麗絲夢境”

小說的主角愛麗絲，14歲父母離婚，母親家暴她，還不讓她見爸爸。

她在高中教物理，因違反學(xué)校規(guī)定，在圣誕假期前被解雇。

28歲，失業(yè)，每天虛度時光，迷茫而憤恨。

當(dāng)你明白世間萬物都是由概率決定，而不是取決于牛頓三大定律，世界便在你手里慢慢塌陷。而我剛剛明白這個道理。

她的人生沒有方向，最熟悉的感覺是痛苦。她離群索居，不談戀愛，覺得成年人的生活法則超出了她的能力。

選擇帶來結(jié)果，結(jié)果帶來選擇，選擇又決定其他結(jié)果……所以她不做選擇。

一個28歲的年輕女孩，生活在一個如同大盒子的世界里，大盒子里裝著小盒子，打開小盒子，發(fā)現(xiàn)里面還有大盒子。而在我自己的生存漩渦中，所有世界同時存在，它們被裝在不同的盒子里，無一例外，同時存在。

自從她丟了工作，她去哪都看到一只貓：一身淺棕色的毛，右眼上有一塊黑斑，她把這只貓叫比爾。她要殺死比爾，比爾想要毀掉她的生活。

新年剛剛開始，我為自己立下了一個目標(biāo)：走出我所在的精神煉獄，我不能永遠像量子物理表達的那樣，既不在這兒，也不在那兒。這是一個生與死的問題。我感覺自己要瘋了。
量子物理使我走向毀滅，同時也讓我得到救贖。人們明白我在說什么。八十多年來，薛定諤的貓在這個世界上，被用來表達一種社會不適感，一種矛盾情緒。兩件相反的事卻同時共存：人們不想面對這件事，以免被迫做出選擇。

在書里，愛麗絲游走在現(xiàn)實和夢境中。

在現(xiàn)實中，愛麗絲拜訪當(dāng)代物理學(xué)家，科學(xué)家都對這個世界保持好奇，想了解其他人的想法，每次交談都讓愛麗絲特別興奮。

▲ 1927年10月，在布魯塞爾召開了第五屆索爾威會議（后期上色）

在夢中，愛麗絲和薛定諤成為好朋友，她遇見很多歷史名人，就像隨馬車穿越回“黃金時代”的《午夜巴黎》（由伍迪?艾倫編劇并執(zhí)導(dǎo)的電影，2011年上映）。

學(xué)物理的人都將哲學(xué)看作救命之錨，愛麗絲在網(wǎng)上找東方哲學(xué)的試聽課。

東方哲學(xué)誕生自佛學(xué)思想，但需要質(zhì)疑翻譯是否靠譜，我們接收到的信息是否經(jīng)過了處理。我對此存疑，但沒有充分的證據(jù)來支持這個結(jié)論。

上課前，有個老太太和她搭訕。老太太問她要什么要封閉自己，建議她保持開放的心態(tài)。老太太的話讓她又迷惑又震驚，后來才發(fā)現(xiàn)這位老太太是今天講課的大師。

老太太告訴愛麗絲，要升維，就要巨大的能量，與能量高的人一起，總會有好事發(fā)生。

您聽我說，不要和剝奪您能量的人或事有牽連。我們所有人在一生中，擁有的能量量子是確定的，但能量會變化，或增或減，這取決于我們的情感狀態(tài)、壓力，以及我們?nèi)绾勿B(yǎng)護自己。

負能量有些來自周圍的人，有些來自舊有觀念、消極理念，有些植根在內(nèi)心而不自知。這些負能量會一點一點地啃食我們，傷害我們，削弱我們的能量。要養(yǎng)護能量級，就要突破限制因素，“重要的是如何在這世上自處”。

但愛麗絲不知該如何自處。

一個因為討厭自己而遍體鱗傷的女人，一個在社會中一無是處的女人。行動對我來說很困難，我異常懶散——不用問，我就知道很多同齡人和我精神狀態(tài)一樣。但我內(nèi)心沒有從容的欣喜，也沒有什么偽裝的借口能讓內(nèi)心獲得解脫。我不怪周圍環(huán)境或原生家庭——我的失敗就是因為我自己，我就是這么平庸。

愛麗絲失業(yè)后整天坐在電腦前玩游戲。有一天，愛麗絲突然被一個新想法打斷了：我們生活在一個真實的游戲中。

有人正在操縱我們的生活，而我們在游戲中操縱的，是其他人的生活。相較于真實生活，游戲中的生活同樣具有價值。我在想：這些人工生物、機器人，未來會掌控世界嗎？機器人最開始和我們差不多，慢慢地，變得和我們一樣，最后比我們厲害，他們會超越我們嗎？我無法回答，但有一件事毋庸置疑：機器人是一種新的生命體，而我們要習(xí)慣這一點。

愛麗絲問薛定諤，人工智能未來會不會超越人類智能？薛定諤回答：不能。因為大腦結(jié)構(gòu)太過復(fù)雜，我們對人類大腦如何運作都未能足夠了解。

你知道的東西越多，就越會明白還有很多東西有待發(fā)現(xiàn)；你發(fā)現(xiàn)的答案越多，就會有越來越新的問題被開啟……有知和無知是分不開的，就像一枚硬幣的正反面。

▲ 1944年薛定諤出版《生命是什么》，把物理學(xué)和生物學(xué)聯(lián)系起來。

愛麗絲也和薛定諤談“那只貓”，薛定諤說，主體和客體之間的神秘邊界將會被打破。

區(qū)分主體和客體是錯誤的，說觀測會改變環(huán)境也是錯誤的，因為這個屏障由我們自己構(gòu)建，而并非真實存在。
還有一個重點需要考慮：我們用來實施觀測行為的工具，并不等于觀察者，也不能完全替代觀察者，因為觀察者的認知是以工具獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)從來不是純粹的，它們一定與觀察者的感官認知有關(guān)，甚至與工具本身的發(fā)明者有關(guān)，這取決于使用的工具復(fù)雜多樣性。
科學(xué)理論不是對數(shù)據(jù)的簡單收集，而是對數(shù)據(jù)的組織和詮釋，使得其連貫、有意義、便于記憶。科學(xué)家們創(chuàng)造的理論是純粹赤裸的數(shù)據(jù)的一種媒介，與制定理論而實施的觀測無關(guān)。

在一次夢里，愛麗絲和薛定諤關(guān)在一個盒子里，愛麗絲想打電話求助，但電話沒電了。薛定諤告訴她要“活在當(dāng)下”。

你的生活要有一個目標(biāo)，每天都要有儀式感，就像貓似的。它們會出于本能這樣做，并且心滿意足。

愛麗絲問薛定諤，想過自殺嗎？薛定諤說當(dāng)然了，這很正常，他舉幾個物理學(xué)家自殺的例子。

愛麗絲告訴薛定諤，她從小就討厭媽媽，她曾計劃如何把媽媽送走。薛定諤說不用為此感到羞愧，“你經(jīng)歷的一切都沒有什么好羞愧的。”

你只想今天，只想現(xiàn)在。你就只想此刻，只想此時此刻。這種感受很重要。但你要經(jīng)歷這種感覺，相比用大腦思考，你應(yīng)該在心里放下這件事。

看到這，你會不會覺得這本書其實是“愛麗絲的救贖”呢？某種意義上是的。

她在夢中見到很多歷史人物，和物理學(xué)家交談，參加他們的宴會。畢竟，愛麗絲是“回到過去”，知道所有時代發(fā)生的事，參加這些宴會很輕松，也很好玩。

在一次宴會中，愛麗絲和阿達（英國數(shù)學(xué)家，詩人拜倫之女）傾訴了母親對她施暴的往事，阿達說“錯的是她，而不是你。你不用原諒你的媽媽，你要原諒的是自己。”

愛麗絲想，她從未適應(yīng)過這個世界，從另一個角度，她也從未實現(xiàn)或放棄過融入世界這件事。

總之，薛定諤的貓完美地解釋了人類關(guān)系中錯綜復(fù)雜的現(xiàn)實。
多年來我一直問自己，如果我真的遇到一個喜歡的男孩會怎么樣，但我會繼續(xù)延伸：那就是說，我與世界上其他人也能和睦相處。但如果我喜歡一個人，我就會像得了運動型偏癱一樣停滯不前。我常常經(jīng)歷這種事，就像是心里有一個東西被激活了，但卻無法控制它，而它亦會妨礙我的正常表現(xiàn)。
所以，最后我也不知道我是不是真的喜歡他，因為實際上我從未嘗試過，也從沒有打開過這個盒子。但只要我處于中間地帶，我便同時處于好與不好兩種狀態(tài)里。甚至我整個人生都處在這個過渡階段里。因為有無數(shù)個我應(yīng)該做卻從未做的決定。

愛麗絲問薛定諤，為什么生命只有一次？薛定諤引用了哲學(xué)家榮格的一句話。

榮格說：“整個科學(xué)就是一個靈魂的函數(shù)，所有的知識都在這里扎了根；靈魂是最偉大的宇宙奇跡，這是世界作為一個主體存在的必要條件；令人驚訝的是，除了極少數(shù)的例外，西方世界似乎對這種存在少有贊譽；洪水誕生自萬物一體。”

愛麗絲說，她總是害怕選擇，遇到岔路，她就會止步不前。薛定諤說，其實不需要在岔路口選擇方向，而是要睜開眼睛看清楚，其實沒有任何分岔口。

你覺得這個觀點太大，無法理解嗎？那你就錯了，因為這根本不是一個觀點，這只不過是你所處的現(xiàn)實，你認為自己在水中游泳，卻沒有意識到自己就是河流本身。你可以引領(lǐng)自己到它想去、你想去、你之前想要到達的地方。

薛定諤向愛麗絲揭示了一個偉大的真相：愛麗絲總是拒絕接受一個明確、自由意志的現(xiàn)實，她永遠殺不死“比爾”這只貓。

你不能殺死比爾，因為比爾已經(jīng)死了。比爾也依舊活著，它便是你自己。

薛定諤在生命的最后時刻投身于詩歌和哲學(xué)，他戲謔地提出“薛定諤第二方程”：“萬物皆為一物”。他認為，存在一個不再區(qū)分主觀和客觀的唯一世界。在這個世界中，自我與其所屬的一切混為一談，眾生皆為同一存在。宇宙是你。宇宙也是我。

“薛定諤的貓”拯救了愛麗絲的矛盾人生：在生命的十字路口，我們同時活著和死去，直到我們做出決定，離開一條路去另一條路。

這是一個虛構(gòu)的現(xiàn)實，假設(shè)它是真的，可以從假設(shè)來看待世界，就像是一個可以拆解和重組的謎語，就像物理教給我們的，偉大的科學(xué)思想實驗教給我們?nèi)绾未嬖谝粯印！澳銈円獙o限可能心懷畏懼”，這應(yīng)該是最適合總結(jié)的一句話。

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