Friday, August 22, 2014

假如方程里某一项包含波函数的开根号或高次方,就成了非线性方程。那这个方程的两个不同的解Ψ1(活猫)和Ψ2(死猫)叠加起来(Ψ1+Ψ2)就不一定是这方程的解了。

假如方程里某一项包含波函数的开根号或高次方,就成了非线性方程。那这个方程的两个不同的解Ψ1(活猫)Ψ2(死猫)叠加起来(Ψ1+Ψ2)就不一定是这方程的解了。


一代天骄波尔兹曼(Boltzmann)与统计物理(9) 精选
已有 3666 次阅读 2013-10-31 18:22 |个人分类:科学史故事|系统分类:科普集锦|关键词:统计
1935年,一日薛公(Schrodinger)抱病在家,看见自家的黑猫钻进一只箱子里不出来,若有所思,发了一会儿呆,忽然醒悟,以自己的方程为基石的量子理论,被丹麦圣贤波尔(Bohr)的哥本哈根学派奉为完美无暇的圣经天书一卷,竟然有天大一个漏洞。叹了一口气,提笔疾书,不分日夜写了一篇长文,题目是量子力学的现状 The present situation in quantum mechanics。里边有留名青史的一小段文字1),说如果哥本哈根学派对量子力学的诠释是正确的话,那他就能设计一个机关,把他的爱猫和这个机关一起关在那只箱子里。那个机关有一块放射性物质控制。放射性物质有两个可能的行为:放出或不放出α粒子。一个粒子探测器如果发现α粒子,会发出电流,叫那个机关暗杀猫。如果不放射,猫则安然无恙。把箱子关严实,我们看不见里边发生了什么。按照哥本哈根学派对量子力学的解释,放射性原子在还没放射α粒子前,其状态是两个可能的行为的叠加。那就是说,在我们还没打开箱子、并不知道里边发生什么的一段时间里,那只猫同时是死的也是活的。说的术语一点,那只猫是死猫和活猫的叠加物。这便是闻名天下的薛公猫(Schrodinger’s cat)。
这只可怜的叠加猫是量子世界的居民。在那里状态或行为叠加是个基本民法。法网恢恢,犯法者,不叠加者,在劫难逃,不死则亡。什么原因呢?因为薛公的方程是线性方程。(见上节注释1)。方程里的各项只和波函数Ψ的一次方成正比。假如方程里某一项包含波函数的开根号或高次方,就成了非线性方程。那这个方程的两个不同的解Ψ1(活猫)Ψ2(死猫)叠加起来(Ψ1+Ψ2)就不一定是这方程的解了。就不会有叠加猫在量子世界里瞎猫碰死耗子了。 
可惜呀,薛公的方程是线性的,还能解释所有看到的量子现象,很多预言也被验证。不信不行呀。信则有叠加性这个天条大法。Ψ1+Ψ2)必须是基本方程的解。死猫活猫必须叠起来。不死不活一定很难受。要知道,依此法办事,用类似上面薛公设想的机关,什么妖魔鬼怪都叠得出来。比如一个人既是高官又是阶下囚(真不少),一个人即在家又不在家(大有人在),一个女人既爱你又不爱你(可怜的男人)。。。量子叠加世界确实有趣。
废话少说。你在人们看不见摸不着的原子里叠一叠也罢了。大家睁一只眼闭一只眼。反正睁眼也看不见。所以那些原子图形里电子一进去就云山雾罩的,也没人理会。不过,要是把原子放大成那只箱子,让你的爱猫进去云云雨雨的,不知是死是活,可怕的是它既死又活,那就郁闷了。所以后来霍金(Hawking)忍不住大叫一声(是写出来的):谁再提薛公猫我就开枪啦!
今年8月12日薛公诞辰125周年。谷歌用的网徽如下,以纪念这只神猫。一只小猫,竟使量子力学的天下分崩离析,四分五裂,群雄并起。林林总总解释神猫的量子理论和哲学观点能写十本书。这里不能多说。以后有机会。
天下大势,合久必分。分则当然有分的原由。这理论除了不死不活猫,其他鸡飞狗跳的问题层出不穷。所以其开国功臣当中反叛之人也很多。那两个最著名的叛将,一个是25岁时把光波搞成小粒子(photon)的爱因斯坦(Einstein)。另一个是32岁时反其道行之把粒子搞成‘鬼波’的小将德布罗意(De Broglie)。量子力学这动荡不安民不聊生的天下,都是这两个豪杰和佞臣的叠加人物的罪过。忙得丹麦圣贤波尔(Bohr)寝食不安,噩梦连连。实在无法,竟把阴阳老庄请去做成护身符辟邪。
波圣人自制的护身符。阴阳图上面的文字是古罗马文谚语:相反相成。
要想理解量子论,不能不说说这三个天骄。盛传一日开会辩论,爱因斯坦气急败坏,大叫:‘上帝不赌博不玩骰子!’。波圣人也大叫:‘爱卿,你以为你是什么人,竟敢指挥上帝!’。好不热闹。。。

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