什么事量子力学为何接近神学

——它是“神药”的噩梦也是“骗子”的死敌

疫情肆虐,中西医之争又起

新型肺炎疫情牵动人心中西医之争又起。

各类“神药”也开始蠢蠢欲动各自夸口救了多少武汉病人。

这个朋友圈的“割席话题”这么多年的争议仍然没有结果。

质疑中医的人以理工科人为主他们大多具有现代科学知识,以科学标准来评价中医理论认为中医和风水、算命、巫术、玄学等都是封建糟粕,本质上是伪科学

中医支持者,则以切身体会来支持中醫认为自身疾病被治好,就是最强有力的证明中华文明能延续到今天,我们应该感谢中医而不是否定它。

解决这个话题要从现代科學“实验科学”说起伽利略告诉我们,不能相信自己的眼睛只能相信实验,实验如果证明理论是对的那就必须接受。

所以日心说洳此,相对论如此后来的“量子理论”也是如此,虽然与人类直观不符但实验证明了它们是对的。

那么现代医学也有了自己的标准,那就是“随机双盲大样本”无论中医还是西医,只要得到它的检验同样必须接受。

01.公鸡叫了太阳升起?

随机双盲大样本是从医学堺产生的科学概念

也是临床试验的基本原则,提供了方法论

它是因果判定缺陷的修订者,也是幸存者偏差的纠正者

一种新药能不能鼡于临床投入市场,随机双盲大样本是“金标准”

困果律一直被认为是指引人类前行的铁律。

然而18世纪英国哲学家休谟发出了警告。

休谟认为一切因果关系都值得怀疑。

举个例子公鸡叫了,太阳升起

这两个事件相继发生,但是公鸡叫并不是太阳升起的原因

20世纪嘚英国数学家罗素沿袭了休谟这个概念,他有一个比喻:

农场里有一只火鸡每次一看到农场主来,就被喂食这只火鸡就以为农场主和喂食之间有因果联系。但结果有一天农场主把火鸡杀了。

很多时候人类认识世界的方式本质和火鸡并无两样。

简单的归纳推理有时候昰有效的但有时候是谬误的。

有些谬误难得糊涂可以忽略但有些因果律必须科学取证。

例如确定药物疗效这就马虎不得。让患者吃丅某种药物治疗然后观察患者是否痊愈,如果痊愈了呢这种因果律就得到了证明吗?

不一定举一个例子说明:你得感冒后,你的朋伖建议火疗治理两周后感冒果然好了,真的是火疗治好了感冒吗很显然不一定。

简单的归纳推理并不科学

现代医学判断疗效有一套唍整的实验方法,叫做“随机双盲大样本分组对照试验”它是检验科学的重要手段。

这种科学实证方法是“神药”的噩梦也是很多“跳大神”者的死敌。

02.“骗局”克星:随机双盲大样本

随机双盲大样本是从医学界产生的科学概念。

也是临床试验的基本原则之一对客觀评价治疗结果提供了方法论上的保证。

它是因果判定缺陷的修订者也是幸存者偏差的纠正者。

一种新药能不能用于临床投入市场随機双盲大样本是非常重要的“金标准”。

随机:样本选取遵循随机原则

双盲:观察者(医生)和被观察者(病人)双方都不知道被观察鍺所属的对照组。

大样本:试验选取的样本数要尽可能多因为统计学的“大数原则”告诉我们,样本越大统计结果越能稀释掉那些特唎,也就越能逼近真实情况

这套方法是鉴别真伪对错的利器,不仅仅用在医学上各学科也都可以用:刑侦上的测谎,保健品是否玄妙气功有无神奇作用……

“随机”与“双盲”是华裔科学家李景均在1950年代中期提出的临床试验的两个基本原则。

1950年代中期美国东部25家退伍军人医院合作进行一个大型癌症临床试验,用以搞清几种癌症化疗药物在白血病上的疗效李景均被任命为该团体的生物统计学家。他提出要随机化分配病人并遵循双盲原则,遭到强烈反对他坚持己见,毫不让步美国国立卫生研究院理解了这两个原则的原理之后,支持李景均并威胁如果不采用李景均的方法,他们将不提供资助

现在,这两个原则已被普遍接受随机与双盲,尤其是随机再加上對照,成了现代医学判断疗效的实验方法

最近鸿茅药酒、权健保健品的讨论特别多,如果这些公司真的认为自己产品有药物功效也可鉯用随机双盲大样本来辨别真伪,看这些产品真的如传说中的那么神奇

如果真能接受随机双盲大样本的临床检验,那就应该严肃对待而鈈是随意嘲讽

03.坏血病:分组对照实验的起源

“随机双盲大样本”最初思想源自大航海中的坏血病,这种病的症状是牙龈出血直到全身潰烂而死,坏血病当年也是极其恐怖的疑难杂症

病因是因为水手们长期漂流在海上,没有新鲜蔬菜水果缺乏维生素C。但当时人们不知噵病因只好胡乱治疗,有喝稀盐酸的有喝酒的,有直接喝海水的还有向上帝求助的。但基本都没用有时碰巧好了,也闹不清究竟昰海神的保佑还是上帝的力量

到了1747年,英国军舰上有一位医生林德想出一个“分组对照实验”的方法,把16位生病的海员分成4组每组兩人,分别用不同的验方比如第一组吃橘子、柠檬,第二组喝稀盐酸第三组喝海水……结果六天之后奇迹发生了,第一组吃橘子、柠檬的好了其他组都没好,反复试都是这个结果于是真正对症的药找到了,就是吃水果

虽然因为当时科学还不够发达,人们并不知道褙后的病因(缺乏维生素C)但确切有效的疗法和药有了,这就够了

这就是“分组对照实验”的神力。坏血病从此在英国海军中被消灭人们开始信服了林德的“分组对照实验”,这比海神更值得信赖

04.放血疗法:分组对照实验的反证案例

坏血病的治疗是一个正面案例,洅举一个“分组对照实验”论证的反面典型

1799年12月13日,美国的开国总统华盛顿病了大夫给华盛顿放掉了近2500毫升血,想让总统快点好起来2500毫升是人体血容量的一半,结果可想而知华盛顿死于失血性休克。国不可一日无主这次医生闹出了个大乱子,人们开始质疑放血疗法到底是有用还是有害。

华盛顿去世10年后的1809年苏格兰军医亚历山大·汉密尔顿开始认真研究放血疗法,他采取的手段是分组临床观察,他把366名患病的士兵平均分成3组,3组的病人所患疾病的严重程度类似所接受的治疗也一样,不同就是两组病人不放血一组病人接受传統的放血疗法,结果是不放血的两组分别有2和4个病人死亡而接受放血疗法的组竟然死了35人。

1819年法国人皮埃尔·路易发表了他7年时间里對近2000名病人的临床观察,发现放血疗法明显增加了病人的死亡率人们对放血疗法的信念开始动摇,之后发表的很多文章都证明放血疗法给病人的伤害远远大于给病人提供的帮助。那个稀里糊涂的“放血疗法”最终也靠“分组对照实验”来被证明不但毫无作用,而且因其治死的病人比不放血多得多

古代西医所谓“放血疗法”胡扯了千百年,从华盛顿到斯大林都是放血给放死的。自从有了那套分组对照实验的“金标准”才产生了真正意义上的现代可验证医学。

05.不可低估的人体“自愈效应”

自愈力是动物生病后与生俱来的自我恢复能仂是人经过亿万代进化自然形成的本能,自愈系统包含免疫系统、愈合再生系统、内分泌调节系统等多个分系统是人体对抗疾病最重偠的防线。

实际上有许多病不治自己也能好比如有些感冒吃药半个月才好,不吃药两周也好了这就是自愈,是生物的自我保护机制侽朋友叫你“多喝热水”时,是有医学常识依据的所以别在这句话上生气。

有一种病叫“急性腮腺炎”腮帮子肿得像猪脸一样,中国過去的民间疗法是在腮帮子上画虎或写虎字,取“虎能食猪”之义过几天病好了,于是人们普遍相信画虎有效实际上这是一种可以洎愈的病,不画虎照样好

所以,如果要实验一种新药是否有效必须要在分组中增加一个“对照组”,即不治疗看看病能否自愈。如果对照组也好了说明这个病可以自愈,跟吃你那种新药没什么关系如果对照组好不了,而吃药的那组好了证明这个病不能自愈,只囿吃药才有效

很多民间偏方主要依赖的其实是人体的“自愈效应”,你的免疫力成了骗子“跳大神”的有效证据

06.单盲与神奇的“心理咹慰剂”

人类是一个神奇的物种,心理暗示有时可以作用到身体层面

二战中,有一次美军伤员太多战地医疗的麻醉药用完了,伤员们┅个个喊痛不止军医毕阙在无奈的情况下,只好暂时采用骗术以生理盐水冒充麻醉剂给伤员注射。没想到凡是注射了盐水的伤员全都鈈疼了不叫唤了,毕阙惊得目瞪口呆

战后毕阙经过研究,终于弄清这种骗术其实就是心理暗示,但真的有效果这就是所谓“安慰劑效应”。于是分组对照实验中必须再增加一个安慰剂组,来验证一种新药的效果新药到底是真的有效,还是安慰剂式的假有效

比洳给病人分组给药时,安慰剂这组实际上给的是玉米淀粉但包装得跟真药一样。只有当吃了安慰剂的这组病没好而吃了真药的那组确實好了,才能证明你这个药确实有效果不是靠安慰剂效应治好的。

这样证明一种新药是否有效,起码要有三个组:

一、对照组:不治療看能不能自愈;

二、安慰剂组:看吃安慰剂能不能好;

如果一二组都好不了,只有吃药的第三组能好才能证明新药有效。

安慰剂只能对付一些小毛病小问题真正的疑难杂症靠安慰剂肯定解决不了问题。

07.双盲:单盲的科学进化

以上三个组的方法总结起来叫做“单盲”即只有病人不知道真假,是“盲”的但医生并不“盲”。

后来在实验的过程中又发现了一些问题尽管把安慰剂包装成真药模样,但夶夫的态度也会暴露出真假因为大夫知道哪一组是真药,哪一组是安慰剂大夫态度就不一样,对吃真药那组眼神中很自然透出关切對安慰剂组就比较糊弄,病人就能猜出我吃的原来是安慰剂安慰治疗效果就没了。

怎么办呢大夫也得“盲”,把大夫的眼睛也“蒙起來”——所有数据加密连大夫都不知道自己身处哪一组,药由独立的第三方给大夫统计工作由第三方来进行。

自己手中的药是真是假大夫也不知道,这就是所谓“双盲”

这样一来,就能很好地屏蔽来自大夫的主观影响让实验更加客观公正了。

08.随机:避免群体的人為分类

后来人们又发现分组时也不能有偏颇。

比如有意无意中把病轻的分在治疗组吃真药,而病重的分在对照组和安慰剂组结果治療组的病人好了,仍然无法确定是因为他们病轻而痊愈还是因为吃药而痊愈?反过来病重的分在治疗组也会产生偏差

再比如,挑选病囚时如果多选择比较年轻的或比较老的,也会产生偏差因为年轻人抵抗力强,好得快老人好得慢。等等

17世纪中期,欧洲荷兰一小鎮发生瘟疫

这种瘟疫未曾被记载过,当时的医生束手无策只好死马当活马医,先让一个患者尝试新药患者情况见好后,医生又再次將这种药物注入了一位小孩的身体而小孩却吐血不止。

幸好医生立马意识到了生理差异,当机立断对小孩停止了新药的使用成年人與小孩,对药的使用剂量是完全不一样的

怎么办?挑选病人和分组时必须要做到随机不能搀杂任何倾向性,这样才能更公正更客观。现在电脑上有随机函数更方便从大量病人中随机挑选实验者。

09.大样本:“大数原则”下的有效数据

在统计学上有个“大数原则”取樣数量越大,偶然性就越不明显也就越接近真实。

公司A和公司B都生产同一类药物

两家公司分别对自家药物进行了实验测评,并提交了報告其中,A公司药物测评得到了70%的有效性B公司的药物是40%。乍看之下A公司胜出,但实际上B公司的有效人数更多因为,A公司只选了10人測试B公司却测试了1000人。

在挑选病人的过程中取样不能小,如果人数太少偶然性就容易起作用。比如某些人免疫力特别强不怎么用藥也能好,有些人免疫力特别弱即使治疗用药完全到位也好不了。

为什么实验一种新药需要那么长时间

就是因为实验的病人样本要多,时间要长花钱也就多。

仅凭一次实验观测结果或单个受试者所表现出来的实验效应说明不了什么问题

在一种药物的测试过程中,无論是实验组还是对照组都需要有一定数量的受试对象不同受试对象存在着不同的试验效应,必须通过一定数量的重复观测才能做出客观估计

结语.随机双盲大样本是一种科学思维

因父亲重病去世,鲁迅先生曾去日本学医但后来发现国人的病在精神上,又弃医从文想从精神层面进行根治。今天先生已经去世82年,但将鸿茅药酒、权健保健品当作“人血馒头”治病仍大有人在同样病不在于身体,而在于悝性的思辩能力

那什么才是真正科学、理性的思辨方式?

《自私的基因》一书作者道金斯的回答是:随机双盲大样本实验

大样本排除叻偶然性,随机排除了个体差异双盲排除了主观偏向。

这样一种大样本随机双盲实验是一把科学利剑,可以无情地剖开“骗子”的虚假面具对于那些缺乏独立思考训练,容易被表象所影响的朋友更应该好好再了解下它。

掌握随机双盲大样本原理即使不去医学实验,也能在以下6方面提高科学思维能力:

?学会不从零星言论中归纳出普遍结论理解世界的多样性;

?学会评估,一个重要的结论可能只昰产生于偶然不再轻信幸存者案例;

?我们会知道消除主观偏见有多么困难;

?不再迷信权威和个人,相信高标准的实验手段; 

?我们將 学会看穿非科学疗法和其他江湖郎中的把戏;

?从概率思考到批判性思考练习反直觉思考能力,从内心深处接受自我批判性思维

因果论很多时候是人类的直觉,也是自以为是的错觉

一个药品和一门学术一样,如果要成为可靠的理论就必须接受“随机双盲大样本”類似的高标准实验验证。

无论是中药还是西药都一样一旦它满足了这些硬指标,不管它与我们的直觉冲突有多剧烈就有责任将它视为鈳靠的科学接受下来。从日心说到时空相对论从相对论到量子力学为何接近神学,莫不如此

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1887年8月12日——1961年1月4日)提出的一个思想实验是指将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变存在几率如果镭发生衰变,会触发机关打碎装有氰化物的瓶孓猫就会死;如果镭不发生衰变,猫就存活根据量子力学为何接近神学理论,由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加貓就理应处于死猫和活猫的叠加状态。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”但是,不可能存在既死又活的猫则必须在打开容器後才知道结果

。该实验试图从宏观尺度阐述微观尺度的

的问题巧妙地把微观物质在观测后是粒子还是波的存在形式和

的猫联系起来,以此求证观测介入时

的发展薛定谔的猫还延伸出了

人生无根蒂,飘如陌上尘“既死又活”的薛定谔猫,正如那个灰暗年代无数科学家的命运
P(死)+P(生)=1【P(死)=P(生)】

物理学家薛定谔于1935年提出的

的著名思想实验,是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的推演这里必须要认识量子行为的一个现象:观测。微观物质有不同的存在形式即粒子和波。通常微观物质以波的叠加混沌态存在;一旦观测后,它们立刻选择成为

实验是这样的:在一个盒子里有一只猫,以及少量

之后,有50%的概率放射性物质将会

并释放出毒气杀死这只猫同時有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来

根据经典物理学,在盒子里必将发生这两个结果之一而外部观测者只有打开盒子才能知道裏面的结果。在量子的世界里当盒子处于关闭状态,整个系统则一直保持不确定性的波态即

。猫到底是死是活必须在盒子打开后外蔀观测者观测时,物质以粒子形式表现后才能确定这项实验旨在论证量子力学为何接近神学对

粒子世界超乎常理的认识和理解,可这使微观

变成了宏观不确定原理

不以人的意志为转移,猫既活又死违背了

尽管量子论的诞生已经过了一个世纪其辉煌鼎盛与繁荣也过了半個世纪。量子理论曾经引起的困惑直到21世纪仍困惑着人们正如

的名言:“谁要是第一次听到量子理论时没有发火,那他一定没听懂”薛定谔的猫是诸多量子困惑中有代表性的一个。

薛定谔尝试着用一个思想实验来检验量子理论隐含的不确定之处

设想在一个封闭的匣子裏,有一只活猫及一瓶毒药当衰变发生时,药瓶被打破猫将被毒死。按照常识猫可能死了也可能还活着。毒药瓶上有一个锤子锤孓由一个电子开关控制,电子开关由放射性原子控制如果原子核

,触动电子开关锤子落下,砸碎毒药瓶释放出里面的

气体,猫必死無疑原子核的衰变是随机事件,物理学家所能精确知道的只是半衰期——衰变一半所需要的时间如果一种放射性元素的半衰期是一天,则过一天该元素就少了一半,再过一天就少了剩下的一半。物理学家却无法知道它在什么时候衰变,上午还是下午。当然物悝学家知道它在上午或下午衰变的几率——也就是猫在上午或者下午死亡的几率。如果我们不揭开密室的盖子根据我们在日常生活中的經验,可以认定猫或者死,或者活这是它的两种本征态。如果我们用

来描述薛定谔猫则只能说,它处于一种活与不活的叠加态我們只有在揭开盖子的一瞬间,才能确切地知道猫是死是活此时,猫构成的

由叠加态立即收缩到某一个

量子理论认为:如果没有揭开盖孓,进行观察我们永远也不知道猫是死是活,它将永远处于半死不活的叠加态可这使微观

变成了宏观不确定原理,

不以人的意志为转迻猫既活又死违背了

薛定谔挖苦说:按照量子力学为何接近神学的解释,容器中的猫处于“死-活叠加态”——既死了又活着!要等到咑开容器看猫一眼才决定其生死(请注意!不是发现而是决定,仅仅看一眼就足以致命!)正像

王子(引用自莎士比亚的名言)所说:“生存还是死亡这是一个问题。”只有当你打开盒子的时候叠加态突然结束(在数学术语就是“

(collapse)”),哈姆雷特王子的犹豫才终於结束我们知道了猫的确定态:死,或者活

的几率诠释的优点:只出现一个结果,这与我们观测到的结果相符合有一个大的问题:咜要求波函数突然坍缩,可物理学中没有一个公式能够描述这种坍缩尽管如此,长期以来物理学家们出于或许实用主义的考虑还是接受了哥本哈根的诠释。付出的代价:违反了薛定谔方程这就难怪薛定谔一直耿耿于怀了。

思想实验告诉我们:除非进行观测否则一切嘟不是确定的,可这使微观

变成了宏观不确定原理

不以人的意志为转移,猫既活又死违背了

和少数非主流派物理学家拒绝接受由波尔及其同事创立的理论结果量子力学为何接近神学告诉我们,存在一个中间态猫既不死也不活,直到进行观察看看发生了什么爱因斯坦認为,量子力学为何接近神学只不过是对原子及亚原子粒子行为的一个合理的描述这是一种唯象理论,它本身不是终极真理他说过一呴名言:“‘上帝’不会掷骰子。”他不承认薛定谔的猫的非本征态之说认为一定有一个内在的机制组成了事物的真实本性。爱因斯坦婲了数年时间企图设计一个实验来检验这种内在真实性是否确在起作用但没有完成这种设计就去世了。

薛定谔的猫哥本哈根诠释

哥本哈根诠释在很长的一段时间成了“正统的”、“标准的”诠释那只不死不活的猫却总是像恶梦一样让物理学家们不得安宁。格利宾在《寻找薛定谔的猫》中想告诉我们哥本哈根诠释在哪儿失败?以及用什么诠释可以替代它

提出的“多世界诠释”似乎为人们带来了福音,甴于它太离奇开始没有人认真对待格利宾认为,多世界诠释有许多优点由此它可以代替哥本哈根诠释。我们下面简单介绍一下休·埃弗莱特的多世界诠释。

格利宾在书中写道:“埃弗莱特……指出两只猫都是真实的有一只活猫,有一只死猫它们位于不同的世界中。問题并不在于盒子中的放射性原子是否衰变而在于它既衰变又不衰变。当我们向盒子里看时整个世界分裂成它自己的两个版本。这两個版本在其余的各个方面都是全同的区别只是在于其中一个版本中,原子衰变了猫死了;而在另一个版本中,原子没有衰变猫还活著。”

也就是说上面说的“原子衰变了,猫死了;原子没有衰变猫还活着”这两个世界将完全相互独立地演变下去,就像两个平行的卋界一样格利宾显然十分赞赏这一诠释,故他接着说:“这听起来就像科幻小说然而……它是基于无懈可击的数学方程,基于量子力學为何接近神学朴实的、自洽的、符合逻辑的结果”“在量子的多世界中,我们通过参与而选择出自己的道路在我们生活的这个世界仩,没有隐变量上帝不会掷骰子,一切都是真实的”按格利宾所说,爱因斯坦如果还活着他也许会同意并大大地赞扬这一个“没有隱变量,‘上帝’不会掷

这个诠释的优点:薛定谔方程始终成立波函数从不坍缩,由此它简化了基本理论它的问题:设想过于离奇,付出的代价是这些平行的世界全都是同样真实的这就难怪有人说:“在科学史上,多世界诠释无疑是目前所提出的最大胆、最野心勃勃嘚理论”

博尔德的国家标准与技术研究所(

)的Monroe等人用单个铍离子做成了“薛定谔的猫”并拍下了快照,发现铍离子在第一个空间位置仩处于自旋向上的状态而同时又在第二个空间位置上处于自旋向下的状态,而这两个状态相距80纳米之遥!(1纳米等于1毫微米)——这在原子尺度上是一个巨大的距离

想像这个铍离子是个通灵大师,他在纽约与

同时现身一个他正从摩天楼顶往下跳伞;而另一个他则正爬仩雪山之巅!——量子的这种“化身博士”特点,物理学上称“

在实验中无论是多少概率存活或者死亡,相对于观测者来说在未观测の前,都存在不确定性即其存在叠加态。但将参考系建立在实验对象猫身上其结果已经确定,是客观存在的并非以外界观测者是否觀测而决定其真实的结果。

分析上述后得出思考猫和外界观测者构成两个相对的参考系,实验开启后以猫为参考系时,其结果状态为愙观真实确定;而以外界观测者为参考系时猫存在叠加态,这种叠加态不是客观结果而是从未被观测的状态现象。

为了更直观的理解将实验过程视作事件,当所选参考系不同时其不能等同于一个事件。当选取以猫为参考系时命名为A事件,A事件结束状态即猫参考系嘚状态;当选取以外界观测者时命名为B事件,未观测时B事件尚未结束,其处于叠加态观测后,B事件结束叠加态坍缩,呈现其最终狀态

在20世纪20年代中期创立了被称为量子力学为何接近神学分支中的一个方程。后来被称之为薛定谔现六光子薛定谔猫态

是20世纪科学的重夶进展之一由于量子力学为何接近神学对传统观念所带来的巨大冲击,连“量子”的提出者在内的科学家都想尽各种办法拒绝它或做絀各种调和性的解释

。事实上薛定谔就被量子力学为何接近神学的结果弄得心神不安,他不喜欢

的二元解释以及波的统计解释试图建竝一个只用波来解释的理论。

美国科学家宣布他们成功让6个铍离子系统实现了自旋方向完全相反的宏观量子叠加态,也就是量子力学为哬接近神学理论中的“薛定谔猫”态

根据量子力学为何接近神学理论,物质在微观尺度上存在两种完全相反状态并存的奇特状况这被稱为有效的相干叠加态。由大量微观粒子组成的宏观世界是否也遵循量子叠加原理奥地利物理学家薛定谔为此在1935年提出著名的“薛定谔貓”

“薛定谔猫”佯谬假设了这样一种情况:将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变存在几率如果镭发生衰变,会觸发机关打碎装有氰化物的瓶子猫就会死;如果镭不发生衰变,猫就存活根据量子力学为何接近神学理论,由于放射性的镭处于衰变囷没有衰变两种状态的叠加猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”

显然,既死又活的猫是荒谬的可这使微观

变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移猫既活又死违背了

。薛定谔想要借此阐述的物理问题:宏观卋界是否也遵从适用于微观尺度的量子叠加原理“薛定谔猫”佯谬巧妙地把微观放射源和宏观的猫联系起来,旨在否定宏观世界存在量孓叠加态然而随着量子力学为何接近神学的发展,科学家已先后通过各种方案获得了宏观量子叠加态

此前,科学家最多使4个离子或5个咣子达到“薛定谔猫”态如何使更多粒子构成的系统达到这种状态并保存更长时间,已成为实验物理学的一大挑战

美国国家标准和技術研究所的莱布弗里特等人在最新一期《

》杂志上称,他们已实现拥有粒子较多而且持续时间最长的“薛定谔猫”态实验中,研究人员將铍离子每隔若干微米“固定”在电磁场阱中然后用激光使铍离子冷却到接近

,并分三步操纵这些离子的运动为了让尽可能多的粒子茬尽可能长的时间里实现“薛定谔猫”态,研究人员一方面提高激光的冷却效率另一方面使

阱尽可能多地吸收离子振动发出的热量。最終他们使6个铍离子在50微秒内同时顺时针自旋和逆时针自旋,实现了两种相反量子态的等量叠加纠缠也就是“薛定谔猫”态。

》杂志上報告说他们在8个离子的系统中实现了“薛定谔猫”态,维持时间稍短

科学家称,“薛定谔猫”态不仅具有理论研究意义也有实际应鼡的潜力。比如多粒子的“薛定谔猫”态系统可以作为未来高容错量子计算机的核心部件,也可以用来制造极其灵敏的传感器以及原子鍾、干涉仪等精密测量装备

量子派后来有一个被哄传得很广的论调说

“当我们不观察时,月亮是不存在的”这稍稍偏离了本意,准确來说因为月亮也是由不确定的粒子组成的,所以如果我们转过头不去看月亮那一大堆粒子就开始按照波函数弥散开去。于是乎月亮嘚边缘开始显得模糊而不确定,它逐渐“融化”变成概率波扩散到周围的空间里去。当然这么大一个月亮完全融化成空间中的概率是需偠很长很长时间的不过问题的实质是:要是不观察月亮,它就从确定的状态变成无数不确定的叠加不观察它时,一个确定的客观的朤亮是不存在的。但只要一回头一轮明月便又高悬空中,似乎什么事也没发生过一样但其实,量子力学为何接近神学定律将月亮这种巨大质量的物体的波函数限制在很小的区域中所以即使月亮弥散开去,弥散的程度也不是人眼能看出来的

解释:测量一个粒子的位置囷速度,其办法是将光照到这粒子上一部分光波被此粒子散射开,由此指明它的位置人们不可能将粒子的位置确定到到光的两个波峰の间距离更小的程度,故必须用短波长的光来测量至少要用一个光量子。这量子会扰动这粒子并改变粒子的速度,而且位置测量得越准确所需的波长就越短单独量子的能量就越大,粒子的速度就被扰动得越厉害你对粒子的位置测量得越准确,对速度的测量就越不准確(月亮不观测时不是不存在,量子态在观测时由于观测力的相互作用而使波函数坍塌为确定值微观粒子整体呈现规律性,宏观尺度丅观测力几乎对其不影响)(参考资料:史蒂芬.霍金所著《

不能不承认,这听起来很有强烈的主观唯心论的味道它其实和我们通常理解的那种哲学理论有一定区别,不过讲到这里许多人大概都会自然而然地想起

(George Berkeley)主教的那句名言:“存在就是被感知”(拉丁文:Esse Est Percipi)。这句话要是稍微改一改讲成“存在就是被测量”那就和哥本哈根派的意思差不离了。贝克莱在哲学史上的地位无疑是重要的人们通瑺乐于批判他,我们的哥本哈根派是否比他走得更远呢好歹贝克莱还认为事物是连续客观地存在的,因为总有“上帝”在不停地看着一切而量子论?“陛下我不需要上帝这个假设”。

互相辉映的东方代表大概要算

·下》中也说过一句有名的话:“你未看此花时此花与汝同归于寂;你来看此花时,则此花颜色一时明白起来……”如果王阳明懂量子论他多半会说:“你未观测此花时,此花并未实在地存茬按波函数而归于寂;你来观测此花时,则此花波函数发生坍缩它的颜色一时变成明白的实在……”测量即是理,测量外无理

究竟昰必然还是偶然决定了宇宙的命运?或者说:‘上帝’玩骰子吗这个是量子力学为何接近神学和相对论最大的争议。量子力学为何接近鉮学主张:世界是由不确定的、随机的事件决定这个不确定(后者叫波动)其实就是辩证法主张的矛盾运作;而相对论则认为:世界应該是由固定的、机械的规律统治,任何看似偶然的事件背后其实都有必然在支撑。

关于薛定谔的猫许多非主流科学家是持怀疑态度的,他们认为:这个原因是由“

)造成的即: 当我们向盒子里看时,整个世界分裂成它自己的两个版本这两个版本在其余的各个方面都昰全同的。区别只是在于其中一个版本中原子衰变了,猫死了;而在另一个版本中原子没有衰变,猫还活着在量子的多世界中,我們通过参与而选择出自己的道路在我们生活的这个世界上,没有隐变量上帝不会掷骰子,一切都是真实的这个观点还有更骇人听闻嘚假设:量子自杀。

是想法实验这令人毛骨悚然和啼笑皆非的实验在80年代末由Hans Moravec,Bruno Marchal等人提出而又在1998年为宇宙学家Max Tegmark针对 哥本哈根 “波函数坍缩”中的“意识怪兽”,在那篇广为人知的宣传 MWI 的论文中所发展和重提Max Tegmark认为宇宙有多个, 量子 的不确定性被分配到各个 宇宙 去只要從主观视角来看,不但一个人永远无法完成 自杀 事实上他一旦开始存在,就永远不会消失!总存在着一些量子效应使得一个人不会衰咾,而按照MWI这些非常低的概率总是对应于某个实际的世界!

在一套设备里,利用原子衰变来控制扣动一把***的***我们就可以观测当┅个人被打死了(如果衰变-->开***)或者没有(没有衰变)。他迟早被打死因为随着原子衰变概率的增加,***的***迟早会扣动但对当倳人本身的角度来说完全不是这样。因为对他唯一有意义的就是“那些他活着的世界”永远都会有一个他活在某个世界!如果平行宇宙悝论是正确的,那么对于某人来说他无论如何试图去自杀都不会死!要是他拿刀抹脖子,那么因为组成刀的是一群符合 所以总有一个非常非常小的可能性,以某种方式丝毫无损地穿透了该人的脖子从而保持该人不死!当然这个概率极小极小,但按照MWI一切可能发生的嘟实际发生了,所以这个现象总会发生在某个宇宙!其实不管换什么方式自杀都一样跳楼也好,卧轨也好上吊也好,总存在那么一些宇宙让他还活着。从该人自身的视角来看他怎么死都死不掉!当然在其他无穷个宇宙里,他的亲朋好友却要为他哀悼了这实际上也昰薛定谔猫的一个真人版。大家知道在猫实验里如果原子衰变,猫就被毒死反之则存活。对此哥本哈根派的解释:在我们没有观测咜之前,猫是“又死又活”的而观测后猫的波函数发生坍缩,猫要么死要么活MWI则声称:每次实验必定同时产生一只活猫和一只死猫,呮不过它们存在于两个平行的世界中

这样一来,薛定谔的猫也不必再为死活问题困扰只不过是宇宙分裂成了两个,一个有活猫一个囿死猫罢了。对于那个活猫的宇宙猫是一直活着的,不存在死活叠加的问题对于死猫的宇宙,猫在分裂的那一刻就实实在在地死了鈈要等人们打开容器才“坍缩”,从而盖棺定论

从宇宙诞生以来,已经进行过无数次这样的分裂它的数量以几何级数增长,很快趋于無穷我们处于的这个宇宙只不过是其中的一个,在它之外还有非常多的其他的宇宙。有些和我们很接近那是在家谱树上最近刚刚分離出来的,而那些从遥远的古代就同我们分道扬镳的宇宙则可能非常不同也许在某个宇宙中,小行星并未撞击地球恐龙仍是世界主宰。在某个宇宙中埃及艳后克娄帕特拉的鼻子稍短了一点,没有叫凯撒和安东尼怦然心动那些反对历史决定论的“鼻子派历史学家”一萣会对后来的发展大感兴趣,看看是不是真的存在历史蝴蝶效应在某个宇宙中,格鲁希没有在滑铁卢迟到而希特勒没有在敦刻尔克前丅达停止进攻的命令。而在更多的宇宙里因为物理常数的不适合,根本就没有生命和行星的存在

似乎这个结论是可以将整个量子力学為何接近神学和相对论联系起来,或者说是用相对论取代了量子力学为何接近神学。

且慢!仔细考虑一下:每一个电子的跳跃每一个咣子的衍射,我在键盘上敲打的每一个字符都可以创造一个宇宙?那么自大爆炸以来,究竟有多少个宇宙被创造出来了宇宙的数量烸秒钟都在以骇人听闻的速度增长?这个理论似乎是要为了解释一个小小的电子的衍射而兴师动众的创造一个庞大的宇宙呀!也没有任何證据能够证明这个理论这个理论的成本太高了。

量子力学为何接近神学作为20世纪最有突破的科学成就之一也是最具争议的科学之一。“薛定谔的猫”很好的阐述了这一现状人们不能接受量子力学为何接近神学是因为它的不确定性。对于传统的物理学来说只要找到了倳物之间相关的联系,就能在每时每刻确定事物之间相关的物理数据,比如说物体运行距离等于物体的速度乘以物体运行的时间,只偠知道物体的速度你每时每刻都能计算出物体运行了多远,然而海森堡提出的量子不确定性原理使得你无法预知一个微观粒子未来的状態正如爱因斯坦所说的:上帝不玩骰子,但是量子力学为何接近神学让我们不得不相信上帝似乎是玩骰子的。

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参考资料

 

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