科學史上最離奇的佯謬

楊建鄴

前十來年有一個很受歡迎的電視連續劇《時光隧道》，讓觀眾大大地享受了一下幻想的樂趣。劇中的主人公通過一種叫“時光隧道”的機器，可以隨心所欲地回到過去任何一個時代（也有一次由于不小心弄錯了，回到一個與預先設計不同的時代）。于是發生了種種有趣的事情。類似的幻想故事還多得很，其中最迷人的地方也許是由于主人公偶然干預了幾百年前的事件過程，結果出現了與歷史課本上完全不同的歷史。打個比方：由于主人公偶然的干預，武媚娘沒有被皇帝寵幸，于是唐朝出現了一個與現在中國歷史不同的，沒有武則天的歷史……。

這很有趣，可以充分發揮和滿足人的想象力，讓人海闊天空、天南海北地遐想。但是人人都知道這是科學幻想，不是事實，因此不會信以為真。但是在1957年，美國普林斯頓大學有一位叫埃弗雷特（Hugh Everett）的著名物理學家在一篇文章中卻說，在我們這個“現實的”宇宙之外，本來就存在著與我們這個宇宙不同的許許多多彼此“平行的”、不連通的宇宙，而且它們都是同樣的真實。

這是真的嗎？該不又是一個科幻故事吧？是真的，不是科幻故事。埃弗雷特的這個假說現在被正兒八經地稱之為“多世界詮釋”（或“多世界理論”）。盡管目前還有許多科學家對這個理論持一定的懷疑態度，但是這個詮釋卻似乎越來越被人們看好。

你也許想知道這個過于離奇的詮釋？那你就得知道科學史上最離奇的佯謬——薛定諤的貓。這可真是不太容易，因為這涉及到最難懂的量子力學。但是，現在有一本書，也許可以比較容易地和最大限度地滿足你的這一個要求。這就是英國的科學家約翰·格里賓寫的科普著作：《尋找薛定諤的貓》。格里賓是一位著名的科學家和科普作家，他的著作在我國翻譯出版了好幾本，例如上海科技教育出版社出版的《大爆炸探秘》、《迷人的科學風采——費恩曼傳》（與他的夫人合著）等等。

在《尋找薛定諤的貓》這本書中，格里賓通俗而又準確地向我們介紹了1935年“薛定諤的貓”這個最離奇的佯謬提出的原因，以及六十多年來為解決這一佯謬科學家付出的努力，最后討論了1957年埃弗雷特的“多世界詮釋”和對未來的展望。

一切都起因于愛因斯坦提出的光子說。

把光看成是一種粒子（即“光子”），可惹出了大麻煩！如果我們承認光是一種粒子，那么我們如何來解釋光的衍射？要知道，光的衍射效應可是區別“光是粒子還是波”的一個關鍵性實驗呀！但后來的實驗的的確確證明了：光既是一種波，又同時是一種粒子。這個圖像真是太離奇了。薛定諤的貓以及其他許多佯謬，都起源于這一矛盾而離奇的圖像。為了解決這一矛盾離奇的圖像，哥本哈根學派的物理學家提出了一種解釋（即“幾率波”的解釋）：我們說光是一種波動，是指光是一種“幾率波”；是指在衍射圖像上光子（或者電子、原子等等）出現的幾率：在衍射明條紋上發現粒子的幾率大，在衍射暗條紋上發現粒子的幾率小。顯然，這一解釋表明自然法則中存在著一種根本的隨機性。愛因斯坦對這一解釋很是不滿，并且說了一句很有名的話：“我不相信上帝會玩擲骰子。”后來愛因斯坦還提出一個“EPR佯謬”來反駁哥本哈根的解釋。但是，現在實驗已經證明愛因斯坦的這一反駁失敗了。

與愛因斯坦提出反駁的同時，薛定諤也提出“薛定諤的貓”這一佯謬來反對哥本哈根的解釋。這一佯謬簡單地說是這樣的：在一個盒子里，用一個放射性原子的衰變來觸發一個裝有毒氣的瓶子的開關，毒氣可以毒死同時放在盒子里的貓。按哥本哈根學派的解釋，放射性原子的衰變可以用波函數來描述；當用波函數描述不同狀態的組合時（如放射性元素“衰變了”或“沒有衰變”這兩種狀態的組合），我們稱之為“波的迭加態”；在沒有打開盒子時，放射性原子進入了衰變與不衰變的迭加態，由此貓也成了一只處于迭加態的貓，即又死又活、半死半活、處于地獄邊緣的貓。正像哈姆雷特王子所說：“是死，還是活，這可真是一個問題。”只有當你打開盒子的時候，迭加態突然結束（在數學術語就是“坍縮（collapse）”），哈姆雷特王子的猶豫才終于結束：我們知道了貓的確定態：死，或者活。哥本哈根的幾率詮釋的優點是：只出現一個結果，這與我們觀測到的結果相符合。但是有一個大的問題：它要求波函數突然坍縮。但物理學中沒有一個公式能夠描述這種坍縮。盡管如此，長期以來物理學家們出于實用主義的考慮，還是接受了哥本哈根的詮釋。付出的代價是：違反了薛定諤方程。這就難怪薛定諤一直耿耿于懷了。