2062年5月10日,第一和第二空間的“太陽號空間站”如期被水星的引力捕獲,成功定位在預定軌道上。
滿翾決定到“太陽號空間站”走一趟,視察空間站工作開展情況,並完成自己的一個心願,這個心願是“找貓”。
這裡需要科普一點知識,是關於薛定諤陰陽貓的故事。
話說單光子雙縫干涉實驗提出後,有好奇的
科學家們一心想看看,光子是從雙縫中的哪一個縫隙通過?或者從兩個縫隙同時通過?是如何自我干涉的。
多年以後,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,看到的結果,令人大吃一驚:不觀察光子路徑的時候,在屏幕上表現出的是多條幹涉條紋,光子表現爲波的特性;而啓動觀察的時候,在屏幕上只出現兩條條紋,光子表現爲粒子的特性,而且看到光子只從其中的一條縫中通過,沒有出現干涉,重複多次實驗結果是一樣的。無論從雙縫的前面、後面看,都是如此。
不觀察光子的路徑了,干涉條紋再次出現;再次觀察,干涉條紋又沒了。
這真是見了鬼了,怎麼會出現這種現象呢?
光子怎麼會知道人什麼時間觀察,或者什麼時間不觀察。觀察的時候表現爲粒子特性,不觀察的時候表現爲波的特徵。
這種現象在物理學界引起驚濤駭浪,人的觀察能夠決定結果,意識決定結果,這是極端唯心的。
哥本哈根學派的代表人物波爾給出的解釋是,人類的觀察行爲在量子領域非常重要,人類觀察微觀粒子的時候,觀察行爲導致粒子的波函數崩塌,粒子的波動性消失,表現爲粒子特性。
有兩個人對波函數塌縮的解釋不贊同,一位是愛因斯坦,另一位是奧地利物理學家薛定諤。
1928年,柏林大學,薛定諤的家中,愛因斯坦和薛定諤兩人的私交不錯 ,你到我家蹭吃,我到你家蹭喝,是經常的事情。
今天愛因斯坦到了薛定諤的家,薛定諤招待愛因斯坦的是烤香腸,兩個人沒有喝酒,邊吃香腸,邊討論波爾的波函數塌縮的問題。
兩人的共同觀點是,這個波函數塌縮的理論不可思議,人的觀察怎麼會決定粒子的命運呢?
愛因斯坦早期的比喻,一個球,兩個盒子,有人把球放在盒子裡,兩個盒子轉轉轉,放在你的面前,你說球在那個盒子裡?打開盒子之前,每個盒子均有50%的機率裡面有球,只有打開盒子,這個機率就塌縮了,一個盒子100%有球,另一個盒子0%的機率有球,是打開盒子決定了球在哪個盒子裡。
這不是胡扯嗎!應該是一個盒子本來就有球,另外一個盒子本來就沒有球。
但是這個比喻大家興趣不大,沒有引起重視。
1933年,希特勒上臺,納粹分子抄了愛因斯坦的家,凍結了他的銀行賬戶,懸賞十萬馬克取他項上人頭。好在這時愛因斯坦不在德國,他也不敢再回去了,在阿莫里肯的普林斯頓大學當老師,定居下來。
愛因斯坦和薛定諤的交流還在繼續,不能會面,寫信吧。
希特勒侵略他國使用最多的是炸彈,對猶太人的迫害廣泛使用的是毒氣。
愛因斯坦在信中又對波函數塌縮做了一個比喻,納粹日夜不停製造炸彈,這些炸彈是爆炸還是沒有爆炸,要等待一個函數的塌縮。
薛定諤受到愛因斯坦的啓發,在他的論文《量子力學的現狀》中,設計了一個思想實驗:貓實驗。
薛定諤說:“在密閉的鐵盒子裡,有少量的放射性鈾、一瓶毒氣,還有一隻貓咪。鈾元素的衰變是隨機的,如果放射性的鈾發生了衰變,可以立即觸發毒氣瓶釋放毒氣,毒死小貓咪;如果放射性元素沒有衰變,那麼鐵盒子裡的小貓就會活下來。而放射性元素的衰變是隨機的,盒子中小貓到底是死是活,只有打開盒子才知道。
沒有打開盒子之前,小貓咪可能死了,也可能沒死,是處於活着和死了的疊加態。
只有打開盒子觀察,才能導致波函數的塌縮,看到小貓已經死了,或者還活着,打開盒子觀察是確定結果的重要條件。”
愛因斯坦看到後表示贊同:“和我想的一樣,給你個贊!”
這個可憐的小貓咪就是“薛定諤的陰陽貓。”
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。貓是死還是沒死成了物理學家閒談的高熱度話題。
這個思想實驗非常有意思,獲得的關注量非常之大,時間非常之長,是薛定諤沒有想到的。
以後做比喻,用大家感興趣的東西,也是獲得成功的重要一環。
滿翾想要做的就是 “尋找薛定諤的貓”,熱切希望找到試驗背後的真像。
乘坐飛船到達“太陽號空間站”,瑪麗也來到了這裡。
在第一空間的空間站命名爲“一號站”,第二空間爲“二號站”。
在這裡滿翾感到心裡淡淡的平靜和安心,比在地球上舒服,也許他生來屬於太空。
滿翾與第一空間的什佤克南、百里星光取得聯繫,
四個人泡在兩邊的物理實驗室,開始觀察光子試驗。
第一次觀察光子的路徑,是兩邊同時使用微光觀測儀,結果和預料的一致。無論在雙縫的前面或者後面觀察,波函數均出現了塌縮,光子出現在屏幕上是兩條光帶,而且兩邊出現的結果一樣,太空中的雙縫觀察實驗和地球上沒有什麼區別。
第二次實驗是兩邊分別觀察光子的路徑,無論是一號站還是二號站,分別觀察,得到的結果也是一致的,只要打開一個微光觀測儀,兩邊的屏幕上顯示的只有兩條光帶,光波函數塌縮了。
反反覆覆試驗多次均是如此。
繼續進行下去還能有收穫嗎?恐怕很玄乎,結果是能夠預測的。
試驗背後的原理是什麼?仍然沒有找到。
幾個年青人陷入沉思中,如何取得突破,如何找到問題的根源,寂靜的太空中一羣年輕人陷入迷茫。
空間站緩慢轉動着,10個地球年過去了。
滿翾一直沒有回地球,他的心思在全雙縫後面的屏幕上,如論怎樣做,心裡始終不能放下這個結,他們製造了非常精密的對光子沒有任何干擾的觀察設備,在觀察的時候,兩邊平行空間的波函數還是出現了塌縮。
一天,飛船的光線暗淡下來時,滿翾沒有一點睡意。
老長時間經常思考爲什麼觀察可以改變光量子的最終狀態,肯定有什麼秘密埋藏在光線的後面,但是誰也不知道答案是什麼。
是不是有人故意做成這個樣子,防止人類的進步呢?
滿翾從牀上坐了起來,現在他的心裡有一個強烈的想法,是突然出現的想法:馬上到物理試驗室,自己獨立做一次實驗。
獨自來到實驗室,打開燈光,開通單光子發生器、接受屏幕的電源。幾分鐘後,在屏幕上出現多個干涉條紋;再打開光子觀測儀,滿翾把眼睛湊到觀測鏡頭前。
能夠看到單個光子通過雙縫的其中一個,或者另外一個縫隙。觀測了幾分鐘後,滿翾向接受屏幕瞟了一眼,又把眼睛湊到觀測鏡頭前,他把頭搖了搖,眼睛閉上,再次睜開。
不對,我好像看到了什麼,仔細觀察一個個光子通過其中一個縫隙,挺正常的嘛,沒有什麼呀,是不是屏幕?
對,是屏幕,屏幕上沒有出現兩條光帶,是多條幹涉光帶,波函數沒有塌縮。
不會吧,是不是觀測儀壞了,沒有啊,還能看到一個個光子通過縫隙的過程。
是不是做夢?滿翾咬了咬自己的舌頭,疼,在眼前數手指頭,12345,54321,也對,肯定不是做夢。
不行,還要把他倆叫起來。
滿翾使用音頻通知了處於熟睡中的什佤克南和百里星光。
“快起來,馬上到實驗室,波函數沒有塌縮,我剛剛看到了,你們快點。”
“不是開玩笑吧?”
“絕對真實,不是開玩笑,快點、快點。”
兩個人飛快的跑到實驗室,打開燈,接通幾個儀器,再看看光子接受屏幕。
“還是兩條光帶,波函數塌縮了。”
“怎麼會?我這裡明明是干涉的條紋。耶?我這裡也是兩條光帶,怎麼變了?”
“我們還想問你呢,剛纔你是不是看錯了?”
“不會錯!條紋的變化是剛剛變成兩條的。”
“難道說還要怪我們倆?難道是我們兩人的出現,影響了你的實驗結果?”
“ 等等,我想想。” 什佤克南右手敲打着自己的腦袋說。
過了幾分鐘,什佤克南接着說:“還真有可能,我倆的出現,影響了滿翾的試驗結果。可能我們的身體和滿翾的結構有不同,它能夠看到光子的運動軌跡,而且波函數不塌縮;我們正好相反,可以引起塌縮。”
“怎麼證明呢?”
“這樣吧,我們兩個人離開,回到自己的房間,你繼續觀察,看看還能看到什麼?”
“好的,試試吧。”
一號站的試驗儀器繼續打開,什佤克南和百里星光回到自己的房間。
滿翾繼續觀察光子的運動,不可思議,屏幕上再次出現干涉條紋。
“難道我和他倆真的不同?”
滿翾再次把兩人叫了回來觀察光子的路徑,屏幕上出現的又是兩條光帶。
“我回到自己的房間,你們兩人分別觀察,看波函數還塌縮嗎?”
“好的。”
滿翾回到房間後,在牀上躺了下來。不過心臟“砰砰”跳動的聲音自己能夠聽到,心裡有點小激動。
半小時後,什佤克南通知滿翾:“回來吧,我們兩個人,看到的全是塌縮後波形,沒有看到干涉條紋。”
“看來,我們真的有差別。”滿翾心想。
“這樣吧,你們把光子接受屏幕的記錄功能處於打開狀態,你們兩人再回去,我重新觀察,並把結果記錄下來,再回放看。”
“這個方式不錯,希望能夠成功。”
`兩個人回去後,滿翾再次觀測光子的運動軌跡,並看到屏幕上的條紋呈現干涉狀態,35分鐘後,在電腦上新建一個圖像文件,把干涉條紋形成過程的視頻保存下來,反覆重看兩遍,沒有錯誤,把他兩個人再次叫回實驗室。
屏幕上又出現了兩條光帶,波函數又塌縮了。
“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?”
“好的,正在回放。不過還是呈現塌縮後的波形。”
“再向前看看。”
太空中的時間過得本來就慢,回放的過程感覺時間更慢了。
“回放到40分鐘之前了,依然沒有干涉條紋出現。”
“真是見鬼了,我這裡有保存的視頻記錄,明明是干涉條紋嗎!壞了,我保存的文件裡面的圖像怎麼也是兩條光帶?我的天哪!!!”