2062年5月10日,第一和第二空間的“太陽(yáng)號(hào)空間站”如期被水星的引力捕獲,成功定位在預(yù)定軌道上。
滿翾決定到“太陽(yáng)號(hào)空間站”走一趟,視察空間站工作開(kāi)展情況,并完成自己的一個(gè)心愿,這個(gè)心愿是“找貓”。
這里需要科普一點(diǎn)知識(shí),是關(guān)于薛定諤陰陽(yáng)貓的故事。
話說(shuō)單光子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)提出后,有好奇的
科學(xué)家們一心想看看,光子是從雙縫中的哪一個(gè)縫隙通過(guò)?或者從兩個(gè)縫隙同時(shí)通過(guò)?是如何自我干涉的。
多年以后,他們還真的造出了可以觀察光子的儀器。
真到觀察的那一天,看到的結(jié)果,令人大吃一驚:不觀察光子路徑的時(shí)候,在屏幕上表現(xiàn)出的是多條干涉條紋,光子表現(xiàn)為波的特性;而啟動(dòng)觀察的時(shí)候,在屏幕上只出現(xiàn)兩條條紋,光子表現(xiàn)為粒子的特性,而且看到光子只從其中的一條縫中通過(guò),沒(méi)有出現(xiàn)干涉,重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一樣的。無(wú)論從雙縫的前面、后面看,都是如此。
不觀察光子的路徑了,干涉條紋再次出現(xiàn);再次觀察,干涉條紋又沒(méi)了。
這真是見(jiàn)了鬼了,怎么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?
光子怎么會(huì)知道人什么時(shí)間觀察,或者什么時(shí)間不觀察。觀察的時(shí)候表現(xiàn)為粒子特性,不觀察的時(shí)候表現(xiàn)為波的特征。
這種現(xiàn)象在物理學(xué)界引起驚濤駭浪,人的觀察能夠決定結(jié)果,意識(shí)決定結(jié)果,這是極端唯心的。
哥本哈根學(xué)派的代表人物波爾給出的解釋是,人類的觀察行為在量子領(lǐng)域非常重要,人類觀察微觀粒子的時(shí)候,觀察行為導(dǎo)致粒子的波函數(shù)崩塌,粒子的波動(dòng)性消失,表現(xiàn)為粒子特性。
有兩個(gè)人對(duì)波函數(shù)塌縮的解釋不贊同,一位是愛(ài)因斯坦,另一位是奧地利物理學(xué)家薛定諤。
1928年,柏林大學(xué),薛定諤的家中,愛(ài)因斯坦和薛定諤兩人的私交不錯(cuò) ,你到我家蹭吃,我到你家蹭喝,是經(jīng)常的事情。
今天愛(ài)因斯坦到了薛定諤的家,薛定諤招待愛(ài)因斯坦的是烤香腸,兩個(gè)人沒(méi)有喝酒,邊吃香腸,邊討論波爾的波函數(shù)塌縮的問(wèn)題。
兩人的共同觀點(diǎn)是,這個(gè)波函數(shù)塌縮的理論不可思議,人的觀察怎么會(huì)決定粒子的命運(yùn)呢?
愛(ài)因斯坦早期的比喻,一個(gè)球,兩個(gè)盒子,有人把球放在盒子里,兩個(gè)盒子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn),放在你的面前,你說(shuō)球在那個(gè)盒子里?打開(kāi)盒子之前,每個(gè)盒子均有50%的幾率里面有球,只有打開(kāi)盒子,這個(gè)幾率就塌縮了,一個(gè)盒子100%有球,另一個(gè)盒子0%的幾率有球,是打開(kāi)盒子決定了球在哪個(gè)盒子里。
這不是胡扯嗎!應(yīng)該是一個(gè)盒子本來(lái)就有球,另外一個(gè)盒子本來(lái)就沒(méi)有球。
但是這個(gè)比喻大家興趣不大,沒(méi)有引起重視。
1933年,希特勒上臺(tái),納粹分子抄了愛(ài)因斯坦的家,凍結(jié)了他的銀行賬戶,懸賞十萬(wàn)馬克取他項(xiàng)上人頭。好在這時(shí)愛(ài)因斯坦不在德國(guó),他也不敢再回去了,在阿莫里肯的普林斯頓大學(xué)當(dāng)老師,定居下來(lái)。
愛(ài)因斯坦和薛定諤的交流還在繼續(xù),不能會(huì)面,寫(xiě)信吧。
希特勒侵略他國(guó)使用最多的是炸彈,對(duì)猶太人的迫害廣泛使用的是毒氣。
愛(ài)因斯坦在信中又對(duì)波函數(shù)塌縮做了一個(gè)比喻,納粹日夜不停制造炸彈,這些炸彈是爆炸還是沒(méi)有爆炸,要等待一個(gè)函數(shù)的塌縮。
薛定諤受到愛(ài)因斯坦的啟發(fā),在他的論文《量子力學(xué)的現(xiàn)狀》中,設(shè)計(jì)了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn):貓實(shí)驗(yàn)。
薛定諤說(shuō):“在密閉的鐵盒子里,有少量的放射性鈾、一瓶毒氣,還有一只貓咪。鈾元素的衰變是隨機(jī)的,如果放射性的鈾發(fā)生了衰變,可以立即觸發(fā)毒氣瓶釋放毒氣,毒死小貓咪;如果放射性元素沒(méi)有衰變,那么鐵盒子里的小貓就會(huì)活下來(lái)。而放射性元素的衰變是隨機(jī)的,盒子中小貓到底是死是活,只有打開(kāi)盒子才知道。
沒(méi)有打開(kāi)盒子之前,小貓咪可能死了,也可能沒(méi)死,是處于活著和死了的疊加態(tài)。
只有打開(kāi)盒子觀察,才能導(dǎo)致波函數(shù)的塌縮,看到小貓已經(jīng)死了,或者還活著,打開(kāi)盒子觀察是確定結(jié)果的重要條件?!?
愛(ài)因斯坦看到后表示贊同:“和我想的一樣,給你個(gè)贊!”
這個(gè)可憐的小貓咪就是“薛定諤的陰陽(yáng)貓?!?
貓是人類的朋友,既可以抓老鼠,還能做寵物,漂亮的外表特別惹人稀罕。貓是死還是沒(méi)死成了物理學(xué)家閑談的高熱度話題。
這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)非常有意思,獲得的關(guān)注量非常之大,時(shí)間非常之長(zhǎng),是薛定諤沒(méi)有想到的。
以后做比喻,用大家感興趣的東西,也是獲得成功的重要一環(huán)。
滿翾想要做的就是 “尋找薛定諤的貓”,熱切希望找到試驗(yàn)背后的真像。
乘坐飛船到達(dá)“太陽(yáng)號(hào)空間站”,瑪麗也來(lái)到了這里。
在第一空間的空間站命名為“一號(hào)站”,第二空間為“二號(hào)站”。
在這里滿翾感到心里淡淡的平靜和安心,比在地球上舒服,也許他生來(lái)屬于太空。
滿翾與第一空間的什佤克南、百里星光取得聯(lián)系,
四個(gè)人泡在兩邊的物理實(shí)驗(yàn)室,開(kāi)始觀察光子試驗(yàn)。
第一次觀察光子的路徑,是兩邊同時(shí)使用微光觀測(cè)儀,結(jié)果和預(yù)料的一致。無(wú)論在雙縫的前面或者后面觀察,波函數(shù)均出現(xiàn)了塌縮,光子出現(xiàn)在屏幕上是兩條光帶,而且兩邊出現(xiàn)的結(jié)果一樣,太空中的雙縫觀察實(shí)驗(yàn)和地球上沒(méi)有什么區(qū)別。
第二次實(shí)驗(yàn)是兩邊分別觀察光子的路徑,無(wú)論是一號(hào)站還是二號(hào)站,分別觀察,得到的結(jié)果也是一致的,只要打開(kāi)一個(gè)微光觀測(cè)儀,兩邊的屏幕上顯示的只有兩條光帶,光波函數(shù)塌縮了。
反反復(fù)復(fù)試驗(yàn)多次均是如此。
繼續(xù)進(jìn)行下去還能有收獲嗎?恐怕很玄乎,結(jié)果是能夠預(yù)測(cè)的。
試驗(yàn)背后的原理是什么?仍然沒(méi)有找到。
幾個(gè)年青人陷入沉思中,如何取得突破,如何找到問(wèn)題的根源,寂靜的太空中一群年輕人陷入迷茫。
空間站緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)著,10個(gè)地球年過(guò)去了。
滿翾一直沒(méi)有回地球,他的心思在全雙縫后面的屏幕上,如論怎樣做,心里始終不能放下這個(gè)結(jié),他們制造了非常精密的對(duì)光子沒(méi)有任何干擾的觀察設(shè)備,在觀察的時(shí)候,兩邊平行空間的波函數(shù)還是出現(xiàn)了塌縮。
一天,飛船的光線暗淡下來(lái)時(shí),滿翾沒(méi)有一點(diǎn)睡意。
老長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)常思考為什么觀察可以改變光量子的最終狀態(tài),肯定有什么秘密埋藏在光線的后面,但是誰(shuí)也不知道答案是什么。
是不是有人故意做成這個(gè)樣子,防止人類的進(jìn)步呢?
滿翾從床上坐了起來(lái),現(xiàn)在他的心里有一個(gè)強(qiáng)烈的想法,是突然出現(xiàn)的想法:馬上到物理試驗(yàn)室,自己獨(dú)立做一次實(shí)驗(yàn)。
獨(dú)自來(lái)到實(shí)驗(yàn)室,打開(kāi)燈光,開(kāi)通單光子發(fā)生器、接受屏幕的電源。幾分鐘后,在屏幕上出現(xiàn)多個(gè)干涉條紋;再打開(kāi)光子觀測(cè)儀,滿翾把眼睛湊到觀測(cè)鏡頭前。
能夠看到單個(gè)光子通過(guò)雙縫的其中一個(gè),或者另外一個(gè)縫隙。觀測(cè)了幾分鐘后,滿翾向接受屏幕瞟了一眼,又把眼睛湊到觀測(cè)鏡頭前,他把頭搖了搖,眼睛閉上,再次睜開(kāi)。
不對(duì),我好像看到了什么,仔細(xì)觀察一個(gè)個(gè)光子通過(guò)其中一個(gè)縫隙,挺正常的嘛,沒(méi)有什么呀,是不是屏幕?
對(duì),是屏幕,屏幕上沒(méi)有出現(xiàn)兩條光帶,是多條干涉光帶,波函數(shù)沒(méi)有塌縮。
不會(huì)吧,是不是觀測(cè)儀壞了,沒(méi)有啊,還能看到一個(gè)個(gè)光子通過(guò)縫隙的過(guò)程。
是不是做夢(mèng)?滿翾咬了咬自己的舌頭,疼,在眼前數(shù)手指頭,12345,54321,也對(duì),肯定不是做夢(mèng)。
不行,還要把他倆叫起來(lái)。
滿翾使用音頻通知了處于熟睡中的什佤克南和百里星光。
“快起來(lái),馬上到實(shí)驗(yàn)室,波函數(shù)沒(méi)有塌縮,我剛剛看到了,你們快點(diǎn)?!?
“不是開(kāi)玩笑吧?”
“絕對(duì)真實(shí),不是開(kāi)玩笑,快點(diǎn)、快點(diǎn)?!?
兩個(gè)人飛快的跑到實(shí)驗(yàn)室,打開(kāi)燈,接通幾個(gè)儀器,再看看光子接受屏幕。
“還是兩條光帶,波函數(shù)塌縮了?!?
“怎么會(huì)?我這里明明是干涉的條紋。耶?我這里也是兩條光帶,怎么變了?”
“我們還想問(wèn)你呢,剛才你是不是看錯(cuò)了?”
“不會(huì)錯(cuò)!條紋的變化是剛剛變成兩條的。”
“難道說(shuō)還要怪我們倆?難道是我們兩人的出現(xiàn),影響了你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果?”
“ 等等,我想想?!?什佤克南右手敲打著自己的腦袋說(shuō)。
過(guò)了幾分鐘,什佤克南接著說(shuō):“還真有可能,我倆的出現(xiàn),影響了滿翾的試驗(yàn)結(jié)果??赡芪覀兊纳眢w和滿翾的結(jié)構(gòu)有不同,它能夠看到光子的運(yùn)動(dòng)軌跡,而且波函數(shù)不塌縮;我們正好相反,可以引起塌縮?!?
“怎么證明呢?”
“這樣吧,我們兩個(gè)人離開(kāi),回到自己的房間,你繼續(xù)觀察,看看還能看到什么?”
“好的,試試吧?!?
一號(hào)站的試驗(yàn)儀器繼續(xù)打開(kāi),什佤克南和百里星光回到自己的房間。
滿翾繼續(xù)觀察光子的運(yùn)動(dòng),不可思議,屏幕上再次出現(xiàn)干涉條紋。
“難道我和他倆真的不同?”
滿翾再次把兩人叫了回來(lái)觀察光子的路徑,屏幕上出現(xiàn)的又是兩條光帶。
“我回到自己的房間,你們兩人分別觀察,看波函數(shù)還塌縮嗎?”
“好的?!?
滿翾回到房間后,在床上躺了下來(lái)。不過(guò)心臟“砰砰”跳動(dòng)的聲音自己能夠聽(tīng)到,心里有點(diǎn)小激動(dòng)。
半小時(shí)后,什佤克南通知滿翾:“回來(lái)吧,我們兩個(gè)人,看到的全是塌縮后波形,沒(méi)有看到干涉條紋。”
“看來(lái),我們真的有差別?!睗M翾心想。
“這樣吧,你們把光子接受屏幕的記錄功能處于打開(kāi)狀態(tài),你們兩人再回去,我重新觀察,并把結(jié)果記錄下來(lái),再回放看。”
“這個(gè)方式不錯(cuò),希望能夠成功?!?
`兩個(gè)人回去后,滿翾再次觀測(cè)光子的運(yùn)動(dòng)軌跡,并看到屏幕上的條紋呈現(xiàn)干涉狀態(tài),35分鐘后,在電腦上新建一個(gè)圖像文件,把干涉條紋形成過(guò)程的視頻保存下來(lái),反復(fù)重看兩遍,沒(méi)有錯(cuò)誤,把他兩個(gè)人再次叫回實(shí)驗(yàn)室。
屏幕上又出現(xiàn)了兩條光帶,波函數(shù)又塌縮了。
“你們看看屏幕的視頻記錄,2分鐘之前是不是有干涉條紋出現(xiàn)?”
“好的,正在回放。不過(guò)還是呈現(xiàn)塌縮后的波形。”
“再向前看看?!?
太空中的時(shí)間過(guò)得本來(lái)就慢,回放的過(guò)程感覺(jué)時(shí)間更慢了。
“回放到40分鐘之前了,依然沒(méi)有干涉條紋出現(xiàn)。”
“真是見(jiàn)鬼了,我這里有保存的視頻記錄,明明是干涉條紋嗎!壞了,我保存的文件里面的圖像怎么也是兩條光帶?我的天哪?。。 ?