决定论VS随机论——爱玻之战前传 13

本系列文章预计会有20个章节，这套文献将系统讲述物理学本身，这里是第六季第13篇

--本文较长，预计阅读7min--

上一节我们讲了薛定谔代表的决定论与玻尔代表的随机论的初见锋芒。

这一节我们看看薛定谔的大招——薛定谔的猫。

 埃尔温·薛定谔

面对哥本哈根学派咄咄逼人的气势，随机论一时间甚嚣尘上，压得决定论透不过气来。薛定谔实在无法忍受，为了打击随机论的猖狂，他绞尽脑汁，搞出了一个“薛定谔之猫”，准备用这个猫将玻尔、玻恩送入尴尬的境况。

接下来我们仔细再谈谈薛定谔的猫。

薛定谔之猫

每当我们在听到一个熟悉的概念的时候，如果不去深入了解背后的故事，那么永远都是听到表面的，所以物理学的概念越故事化会越容易理解。

话说薛定谔找到了一只猫，名曰“薛定谔之猫”，他的目的就是让这只猫找回他在玻尔面前丢掉的面子，要用这只猫把玻尔打得满地找牙。

对科学有兴趣的朋友，谁不知道大名鼎鼎的薛定谔之猫，但真正明白这个思想实验的人不多，原因首先是没有搞明白薛定谔之猫要达到一个什么效果，想要打击随机论的哪个部位。

前面说到，哥本哈根学派对电子衍射实验的概率性解释获得了实验的支持，这意味着宇宙其实是随机论而不是决定论的。

这令薛定谔非常不安，因为他是一个决定论的信仰者。

玻尔、玻恩这帮人，竟然用他建立的薛定谔方程、他搞出的波函数胡乱解释一番，将自然规律引向随机论，还获得了实验支持，是可忍孰不可忍。

但薛定谔也明白，他和哥本哈根争论的是科学问题，不是信仰问题，所以必须以逻辑或实验为路径，才能修理玻尔那帮人。

于是他绞尽脑汁，搞了一个思维实验，试图一举击垮哥本哈根，直接把他打成“哈根达斯”。

就这样，薛定谔之猫诞生了。

让我们一起展开想象。

将一只猫密封在一个盒子里，当然盒子里有充足的空气和食物，但还有一个毒药瓶，氰化钾密封在毒药瓶里。毒药瓶上有一个铁锤，铁锤由一个电子开关控制，而电子开关又由一个放射性原子控制。如果原子核发生衰变，则放出α粒子，触动电子开关，铁锤落下，砸碎毒药瓶，释放出其中的氰化钾气体，则猫必死无疑。

那铁锤何时会落下呢？这谁也不知道，因为没有人知道原子核何时衰变。所以只有打开盒子看一眼，才能确定这只猫是生是死。

或许有人会追问，我们为何不计算出这个原子核何时衰变呢？这样不打开盒子，也就能知道猫的生死了啊。

这一点我们在中学学过，没有人知道原子核何时衰变；两个完全一样的原子核，一个衰变了，另一个可能没衰变。

我们只知道这个原子核的半衰期，也就是大量这种原子核衰变一半所用的时间，而无法知道某个具体原子核何时衰变。这样我们只能计算出，在某个时刻，箱子里的这个原子核已经发生衰变的概率。

那么，我们为什么不能算出某个原子核何时衰变？

你若是决定论者，应当这样理解，我们目前还没有完全掌握原子核衰变的内在机制，只好退一步用概率研究其衰变的规律；一旦我们掌握了原子核衰变的内在机制，就可以准确预测某个原子核在何时衰变。

你若是随机论者，看法就完全不一样了，你会认为，一个原子核是否衰变完全是一个随机过程，永远只能用概率来研究它，因为它本身就是随机的。

那么哥本哈根学派会如何解释原子核衰变呢？

那就不只是随机的问题了，还会说得活灵活现、有鼻子有眼。哈哈~

他们会这样解读：在你没有观测这个原子核之前，也就是你没有打开盒子之前，这个原子核处于各种可能状态的叠加，也就是处于衰变和不衰变的叠加态。

只要你一观察，也就是你一打开盒子，这个叠加态就会突然发生坍缩，要么坍缩为衰变，要么坍缩为不衰变。

说到这里，估计有人着急了，那又咋了，不就是你刚才讲的态叠加原理吗。

大家不要忘了箱子里还有一只猫，一只薛定谔精心放置的可怜的猫，这一招很阴险。为啥这样说？

大家想想，按照哥本哈根的说法，盒子在没打开前，控制电子开关的原子核处于衰变和不衰变的叠加态，那箱子里的猫岂不是也处于死与活的叠加态吗？

而一旦打开盒子观察，随着原子核坍缩为衰变或不衰变，处于叠加态的猫也就坍缩为死或生。

那又咋了？

估计还有人不解，这下子薛定谔就着急了。按照哥本哈根的解释，盒子在未打开观测前，猫竟然处于死与活的叠加态。然而基本常识告诉我们，猫要么是活的，要么是死的，怎么能处于既死又活的状态呢？这不是违反了最基本的常识了吗？

为何会出现如此荒谬的结论呢？只能说哥本哈根学派的解读是错误的，态叠加原理，纯粹胡扯。

是的，薛定谔猫的确打了玻尔、玻恩的脸，但科学从来就没有平坦的大道，只有不怕打脸、不怕猫抓的人，才能到达光辉的顶点。

玻尔、玻恩虽然被薛定谔猫抓破了脸，但他们坚持用概率来求解薛定谔方程，所求得的各种结果都获得了实验的完美证实。

于是，大多数物理学家都倒向了哥本哈根学派，也就是倒向了随机论。

难道只有薛定谔一个人在孤军奋战，还在坚守决定论的阵地？

不是的，有一位科学大腕始终坚定地与薛定谔站在一起，不断地向哥本哈根学派的阵地发起一次又一次的冲击，试图打破日益猖獗的随机论。

那就是爱因斯坦！

其实关于爱因斯坦和玻尔之间有名的战争我们在之前季度的专栏已经讲过了，感兴趣的可以查阅。

好，今天就先这样~

Masir 2022/07/25

祝 愉快~

参考文献 

[1]《时空简史》

[2] 《决定论or随机论》

图片来自网络

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