Jinn-Yuh Guh
Science and quantum mechanics
4 min readApr 4, 2019

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愛因斯坦的月亮與薛丁格的貓

「這個世界是一座舞台,所有的人不過是演員罷了」(莎士比亞)。在這一齣劇中,大部分的人以為時間是絕對的,而空間(舞台)則是固定不變的,但是愛因斯坦的「相對論」發現只有真空中的光速是絕對的,而時空(時間和空間是一體的兩面)則是相對的。例如:「愛麗絲夢遊記」裏的愛麗絲說:「《永遠》是多久的時間?」「有時候只是一秒鐘」小白兔說。

無論是傳統物理學或是愛因斯坦都承認「決定論」及「因果律」,亦即若所有條件都是已知,則「拉普拉斯的惡魔」(擁有一切的知識)能預測宇宙中所有的事件,亦即沒有任何機率的角色,但是在量子力學(基本粒子)的世界裏,一切都是機率,「決定論」及「因果律」卻沒有任何角色。例如:物質具有物質波(並非實際存在的波,而是數學上的機率函數波),而基本粒子(例如:電子)則具有「波粒二相性」:當你不看它時它是波(無處不在),當你看它時它是粒子(波耳說:「真理有兩種:瑣細的真理,其相反是不可能的;深刻的真理,其相反是可能的」),而且粒子的運動是經由鬼魅般的瞬間「量子跳躍」,其間並沒有軌跡。海森堡的「測不準原理」更說粒子的位置和動量不能同時被確定,而哲學上如果一個事物不能被觀測,則相當於不存在,因此波和粒子都是不存在的,亦即並沒有一個獨立於觀察者的客觀世界,「我不相信月亮只有在我去看它的時候才存在」(愛因斯坦)。

量子力學的機率詮釋讓許多人不安,例如薛丁格說:「我並不喜歡量子力學的機率詮釋,它看起來既容易又簡單,但是它卻掩蓋了真正的問題」,他用「薛丁格的貓(本來處於不死不活的狀態,直到盒子被打開為止)」說明機率詮釋的不合理,愛因斯坦認為「上帝不擲骰子」,但是波耳回嗆說:「不要再告訴上帝要如何擲骰子了」,史蒂芬·霍金也說:「上帝不但會擲骰子,而且祂有時候還會把它丟在讓你找不到的地方」。

粒子的機率行為代表每一次相同條件的實驗都會得到不同的結果,這一個現象違反了科學實驗的基本假設:「再現性」。愛因斯坦說:「我不能忍受激發態的電子竟然能自由選擇何時跳躍、跳到何處以及跳躍的方向,如果《量子跳躍》是真的話,我寧願當一個補鞋匠或一個賭場的職員也不要當一個物理學家」、「如果量子力學是正確的,那麼這個世界一定是瘋了」。「愛麗絲夢遊記」裏的愛麗絲說:「我不想跟瘋子在ㄧ起!」「那是不可能的!因為在這裏我們每ㄧ個人都是瘋子,我是瘋子,妳也是瘋子」柴郡貓說,「你怎麼知道我是瘋子?」「否則妳就不會來這裏了」。

狄拉克說:「科學家嘗試用大家都能了解的語言說明新的事物,詩人則剛好相反」,但是波耳卻說:「當要說明原子時,我們只能用詩(而不是科學)的語言」、「任何我們稱為《真實》的事物都是由不真實的事物所組成的」、「如果你沒有被量子力學驚嚇到,那麼你並不了解它」。海森堡說:「我記得經常跟波耳討論到深夜,到最後卻總是失望地認為大自然怎麼可能如此荒謬?」、「基本粒子並非真實存在的事物,它們只是機率而已」,大衛·梅爾銘說:「閉嘴!計算!」。

當你不看她時,愛因斯坦的月亮是否還在?「每個人都有屬於自己的一片森林,也許我們從來不曾去過,但它一直在那裡,總會在那裡。迷失的人迷失了,相逢的人會再相逢」(村上春樹);薛丁格的貓是活的還是死的?「不要以月亮發誓,因為她經常變化」(莎士比亞):不要以生死賭注,因為她經常變化。

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Jinn-Yuh Guh
Science and quantum mechanics

台灣、高雄、教授、高血壓、糖尿病、腎臟病、統計學、資料、藝術、繪畫、音樂、科學、文學、哲學,Nephrologist, professor, data science, Chinese, Taiwan, science, literature, paintings, music, art, philosophy