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现实是量子镜游戏?新理论助解薛定谔猫难题

最近一本名为《黑尔戈兰岛》(Helgoland)的科学普及读物出版,引来很多读者的兴趣。这本书由意大利著名理论物理学家卡洛·罗威利(Carlo Rovelli)撰写,用量子理论提出了“这个现实世界的一切其实都是幻像”的观点。

现实是量子镜游戏?新理论助解薛定谔猫难题意大利著名理论物理学家卡洛·罗威利最近发表了一本名为“黑尔戈兰岛”的科普读物,利用量子理论提出了“这个现实世界的一切其实都是幻像”的观点,并对著名量子思想实验“薛定谔猫”给出新的诠释。黑尔戈兰岛是位于北海东部的小岛。上世纪20年代,德国物理学家维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg)在岛上度假期间发展出了他的量子理论。澳洲昆士兰大学的埃文斯(Peter Evans)撰文解释这本书的内容说,这就像你捧着一本书阅读,鼻子闻到纸张和油墨熟悉的味道,指尖感受到书本纸张的质地,耳朵听到翻动书页的声音。人们都认为这就是书本真实的物质形态。可是从量子理论来看,这本书在宇宙中实际的形态根本不是这样,人们所感受到的这一切,只不过都是因我们而存在,与我们产生联系才展现这些特性。罗威利在这本书中介绍了这种名为“关系论世界观”(relational worldview)。他说,与关系论世界观相对的是传统的绝对论世界观(absolute worldview)。两种世界观主要在如何理解时空的概念上存在差别。绝对论世界观的主要代表人物是物理学家牛顿(Isaac Newton)。他的理论把时空的概念描述为一个容器,里面有星体、星系,如果把所有这些物体都移走,时空这个容器仍然存在,是一个空的容器。现实是量子镜游戏?新理论助解薛定谔猫难题关系论世界观的主要代表人物是德国哲学家莱布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz)。他认为时空不过是所有这些天体之间的距离、它们之间互动事件时间的长度等一切特性加总的效果。如果把所有物体都移走,时空也不复存在。也就是说从关系论看起来,时空只不过是物体和天体事件在空间和时间上的联系。罗威利对关系论做了引申理解:物体的特性构成了这个物体的全部,而并不存在独立于这些特性的一个物体去拥有这些特性。他用这种理论解释了薛定谔猫的概念。薛定谔猫有新解现实是量子镜游戏?新理论助解薛定谔猫难题薛定谔猫(Schrödinger’s cat)是一个用于描述量子叠加态的著名思想实验。把一只猫、一个装有氰化氢气体的玻璃烧瓶和放射性物质放进封闭的盒子里。当盒子内的监控器侦测到衰变粒子时,就会打破烧瓶,杀死这只猫。根据传统量子力学诠释,在盒子打开之前,猫处于一种既非死亡又非活着的奇特状态,直到人们打开盒子观测到里面的状态,猫的状态才确定下来。这种解释一个难以理解的地方在于,到底什么才是既非死亡又非活着的状态?可是关系论对此提出了一个完美的解释:对于我们——观测者来说,猫才展现出所谓的既非死亡又非活着的状态;对于猫来说,它自己一直都是一个确定的状态。也就是说,对于我们来说,猫的神奇状态是真实的;对于猫来说,它确定的状态也是真实的。而且,两方面是同时存在的特性。当观测者打开盒子的时候,对于观测者来说猫的状态又确定了,其实,对于猫来说,它从来就不存在一个不确定的状态。对现实的理解有何意义?罗威利说,既然我们的世界归根到底是一个量子世界,我们可以从这种理论推理出对世界的新的认知。就好比说,前面提到的这本书,它的所有特性都是因为和我们发生联系才展现为这般景象。如此看来,这个世界是一个因为事物之间的联系而产生的复杂的网络,任何事物如果脱离了其它事物而单独存在,它们本身便不复存在。

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