量子力學(xué)的路徑積分和退相干詮釋

數(shù)學(xué)算法俱樂部

日期?：?2020年11月20日?? ? ??

正文共?：6868字

來源?：?算數(shù)君

與相對論一出現(xiàn)就用顛覆靜態(tài)時(shí)空觀念給人巨大震撼不同，量子力學(xué)第一次出現(xiàn)時(shí)只是假設(shè)能量不連續(xù)，好像對人們并沒有什么沖擊。但是隨著時(shí)間推移，量子力學(xué)給人們帶來的沖擊越來越大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了相對論，連愛因斯坦都無法接受。

物理學(xué)的精髓是做出預(yù)測，只要能給出公式做精確計(jì)算，只要能自圓其說，所有解釋就都是完全等價(jià)的。量子力學(xué)的正統(tǒng)詮釋是二戰(zhàn)前出現(xiàn)的哥本哈根詮釋，引入了波粒二象性、坍縮、疊加態(tài)等一系列讓人三觀崩潰的概念，路徑積分和以路徑積分為基礎(chǔ)的退相干詮釋出現(xiàn)在二戰(zhàn)后，這個(gè)詮釋向經(jīng)典物理做了一定程度的回歸，根據(jù)這個(gè)詮釋，我們可以扔掉難以理解的波粒二象性，回到熟悉的粒子世界，粒子，也就是可以被當(dāng)做質(zhì)點(diǎn)處理的物體。當(dāng)然，質(zhì)量可以為零，比如光子。

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01

顛覆慣性定律

按照哥本哈根正統(tǒng)詮釋，正如相對論中不只光具有光速一樣，在量子力學(xué)中，也不是只有光具有波粒二象性，而是所有的物體都具有波粒二象性。而路徑積分拋開波粒二象性概念的關(guān)鍵是：顛覆慣性定律。

慣性定律：在不受外力的情況下，物體要么保持靜止，要么保持勻速直線運(yùn)動(dòng)。怎么顛覆呢？慣性定律說的都反對就行了：在不受外力的情況下，物體既不保持靜止，又不做勻速直線運(yùn)動(dòng)。否定容易，還得給出新結(jié)論，新結(jié)論是：在不受外力的情況下，物體做一種非常混亂的運(yùn)動(dòng)。不過，混亂確實(shí)夠混亂，但還是有規(guī)律的，這個(gè)規(guī)律就是波函數(shù)。完整表述：在不受外力的情況下，物體按照波函數(shù)運(yùn)動(dòng)。

物體按照波函數(shù)運(yùn)動(dòng)是什么意思？先看典型的經(jīng)典波動(dòng)——水波，經(jīng)典水波運(yùn)動(dòng)，把水的最小不可分單位當(dāng)做質(zhì)點(diǎn)處理，這些質(zhì)點(diǎn)按照經(jīng)典波動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)起來就形成了水波。要理解量子力學(xué)的波動(dòng)，只要看看和水波之間的區(qū)別就行。

第一點(diǎn)區(qū)別：水波需要波源提供能量輸入，一旦停止能量輸入，波動(dòng)就會(huì)逐漸停止。而量子力學(xué)里面的波動(dòng)不需要波源，不需要能量輸入，是這些質(zhì)點(diǎn)自身的屬性。

運(yùn)動(dòng)的物體都有動(dòng)量，也就是能量，那么質(zhì)點(diǎn)自身在永不停歇的波動(dòng)，豈不是有源源不斷的能量？豈不是可以制造永動(dòng)機(jī)了？原則上說，量子力學(xué)里面的質(zhì)點(diǎn)確實(shí)擁有源源不斷的能量，稱為能級。但是說到永動(dòng)機(jī)，從目前的理論上來說，沒有辦法持續(xù)提取這份能量。

第二點(diǎn)區(qū)別：水波的邊界是明確的，局限在有限范圍內(nèi)。而量子力學(xué)的波動(dòng)，無論是薛定諤方程還是狄拉克方程，都沒有明確邊界，理論上充滿整個(gè)宇宙。

第三點(diǎn)區(qū)別：在水波運(yùn)動(dòng)里面，單個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)遵守牛頓力學(xué)定律，波動(dòng)運(yùn)動(dòng)是大量按照牛頓力學(xué)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，累加后表現(xiàn)出來的現(xiàn)象。而量子力學(xué)里面，單個(gè)質(zhì)點(diǎn)也不遵守牛頓力學(xué)定律，也在做波動(dòng)運(yùn)動(dòng)。給定位置，從單粒子的波函數(shù)可以解出這個(gè)位置的一個(gè)數(shù)值，這個(gè)值的含義是：質(zhì)點(diǎn)出現(xiàn)在這個(gè)位置的概率。

單質(zhì)點(diǎn)波動(dòng)方程的解的意義是概率，這一點(diǎn)非常重要，值得花費(fèi)一個(gè)小節(jié)來說明。先說一下“質(zhì)點(diǎn)”：量子力學(xué)把基本粒子看做不占體積的物體，也就是基本粒子可以看做質(zhì)點(diǎn)。

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02

概率、坍縮、觀測、疊加態(tài)

按照哥本哈根正統(tǒng)詮釋，在不被觀測時(shí)，粒子是不存在的，只有一個(gè)彌散在整個(gè)宇宙空間的波，或者有人喜歡說是場，總之是一個(gè)不能被處理成質(zhì)點(diǎn)的東西。一旦被觀測，也就是想要獲取它的位置、動(dòng)量數(shù)據(jù)，它就變成了能被處理成質(zhì)點(diǎn)的粒子，從波或者說場變成粒子的過程叫做坍縮。當(dāng)然，在物體保持波或者場的狀態(tài)時(shí)，它在空間各點(diǎn)的分布并不均勻，它是按照波動(dòng)方程解出的概率值來分布的。等價(jià)的說法是，它的位置處于空間各點(diǎn)的疊加態(tài)。

物體可以從波或者說場瞬變?yōu)榭梢员惶幚沓少|(zhì)點(diǎn)的粒子，而觸發(fā)條件是觀測！真玄乎啊，還是看看路徑積分詮釋吧。按照路徑積分詮釋，簡單地說，粒子始終是粒子，被觀測前，它在整個(gè)宇宙空間急速運(yùn)動(dòng)。整個(gè)宇宙中間極速運(yùn)動(dòng)？豈不是超光速了？后面再討論超光速的問題，這里先接著說物體在整個(gè)宇宙空間急速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然是按照波函數(shù)運(yùn)動(dòng)的，也就是物體在運(yùn)動(dòng)過程中，經(jīng)過空間各點(diǎn)的次數(shù)是不同的，波動(dòng)方程求出的概率，就是反映物體路過指定位置次數(shù)多少的度量。這個(gè)概率是由頻率得出來的。正統(tǒng)詮釋里面玄玄乎乎的坍縮、疊加態(tài)，都用不著了。本來就是實(shí)在的質(zhì)點(diǎn)粒子，觀測時(shí)它當(dāng)然仍然是粒子形態(tài)了。

繼續(xù)說起來，就要說到測不準(zhǔn)和不確定性的爭辯了。在繼續(xù)之前，先看看雙縫實(shí)驗(yàn)，看看觀測是怎么被牽扯進(jìn)來的。

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03

雙縫實(shí)驗(yàn)

很多文章對雙縫實(shí)驗(yàn)說得令人費(fèi)解，是因?yàn)闆]有從單縫說起。雙縫實(shí)驗(yàn)最初是用光做的，后來改用有質(zhì)量的粒子做，首先用的是電子，之后發(fā)展到各種各樣的粒子，甚至用了質(zhì)量、體積都很大的分子，都能得出同樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這里用電子來描述，如圖所示，經(jīng)典物體過單縫，波會(huì)衍射，粒子走直線，表現(xiàn)截然不同：

根據(jù)經(jīng)典波動(dòng)和經(jīng)典粒子過單縫的表現(xiàn)來預(yù)測，如果電子是波，那么在單縫后面的檢測板上應(yīng)該檢測到明暗相間的條紋。如果電子是粒子，檢測板上應(yīng)該檢測到一條亮帶，中間最亮，向兩邊逐漸變暗，直到消失。實(shí)驗(yàn)檢測到的電子過單縫是什么表現(xiàn)呢？一條亮帶，是經(jīng)典粒子的表現(xiàn)。

經(jīng)典物體過雙縫仍然有截然不同的表現(xiàn)：

根據(jù)經(jīng)典波動(dòng)和經(jīng)典粒子過雙縫的表現(xiàn)來預(yù)測，跟單縫類似，如果電子是波，那么檢測板上應(yīng)該檢測到明暗相間的條紋。如果電子是粒子，那么檢測板上應(yīng)該檢測到兩條亮帶，中間最亮，向兩邊逐漸變暗，直到消失。實(shí)驗(yàn)檢測到的電子過雙縫是什么表現(xiàn)呢？是明暗相間的條紋，這是經(jīng)典波動(dòng)的表現(xiàn)。

這就是波粒二象性的來源：電子過單縫表現(xiàn)為粒子，過雙縫表現(xiàn)為波。隨后有人設(shè)計(jì)改進(jìn)雙縫實(shí)驗(yàn)，在雙縫后安裝檢測裝置，想看看電子究竟走的哪條路徑，得到了如圖所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

雙縫后的檢測裝置被設(shè)計(jì)為電子必須走直線才能被檢測到，之前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)清楚地表明電子過雙縫應(yīng)該發(fā)生衍射，那么電子應(yīng)該可以繞過檢測裝置，檢測板上仍然應(yīng)該出現(xiàn)干涉條紋，當(dāng)然會(huì)發(fā)生一點(diǎn)變化。然而這次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是，檢測裝置可以檢測到所有電子，而看不到干涉條紋！檢測裝置安裝在縫隙后面，電子到達(dá)檢測裝置時(shí)已經(jīng)通過了雙縫，按理說不影響電子的行為，也就是電子應(yīng)該仍然表現(xiàn)為波，先衍射再干涉。然而事實(shí)卻是檢測裝置居然影響到了電子。這就是哥本哈根正統(tǒng)詮釋引入“觀測”這個(gè)概念的原因。由于做了觀測，波坍縮為粒子了。

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04

測不準(zhǔn)和不確定性

不確定性原理，有人喜歡說是測不準(zhǔn)原理，連有些教材都說成是測不準(zhǔn)原理。兩者的區(qū)別很清楚，不確定性是說在測量前，不存在確定的粒子動(dòng)量、位置。測不準(zhǔn)原理是說在測量前粒子的動(dòng)量、位置是確定的，只是沒辦法測量出來。很明顯，測不準(zhǔn)更符合經(jīng)典物理。那么究竟是不確定還是測不準(zhǔn)呢？

以電子雙縫實(shí)驗(yàn)為例，根據(jù)哥本哈根正統(tǒng)詮釋，在被觀測前，沒發(fā)生坍縮的時(shí)候，電子保持波的狀態(tài)，這種狀態(tài)連粒子都不存在，遑論確定的粒子位置和動(dòng)量，所以是不確定，不是測不準(zhǔn)。只有在遇到檢測裝置的時(shí)候，波才坍縮為粒子，生成位置和動(dòng)量這兩個(gè)信息。

再來看路徑積分詮釋。在路徑積分詮釋里面，粒子始終是粒子，但是由于粒子在按照波函數(shù)永不停歇地運(yùn)動(dòng)，我們只能得到粒子出現(xiàn)在各個(gè)位置的概率，不能百分百得出粒子下一刻將會(huì)運(yùn)動(dòng)到哪里，也就沒辦法得到物體精確的運(yùn)動(dòng)速度，更無從談起動(dòng)量了。為什么加裝檢測裝置后，電子就走直線了呢？因?yàn)楦鶕?jù)波函數(shù)計(jì)算，電子進(jìn)入檢測裝置這個(gè)概率接近一。這個(gè)描述，看起來似乎更像是測不準(zhǔn)，而不是不確定。

用猜骰子來舉例，用扣碗把量子態(tài)的骰子扣到桌子上讓你猜點(diǎn)數(shù)。根據(jù)正統(tǒng)詮釋，在你打開扣碗看到骰子的點(diǎn)數(shù)之前，骰子并不是一個(gè)實(shí)在的骰子，而是一個(gè)波。連骰子都不存在，當(dāng)然談不上點(diǎn)數(shù)了。只有在你看到骰子的一瞬間，骰子才變成骰子，顯示出它的點(diǎn)數(shù)。

根據(jù)路徑積分詮釋，骰子還是骰子，只不過這個(gè)骰子在按照波函數(shù)急速運(yùn)動(dòng)，急速運(yùn)動(dòng)中的骰子自然是沒有確定的點(diǎn)數(shù)的，觀測相當(dāng)于給骰子拍一個(gè)快照，可以得到骰子在觀測瞬間的點(diǎn)數(shù)。從這例子來說，骰子在每個(gè)瞬間都是有確定的點(diǎn)數(shù)的，只是測不準(zhǔn)。

不過，還有個(gè)骰子例子沒辦法體現(xiàn)出來的重要的一點(diǎn)，粒子的位置和動(dòng)量這兩個(gè)信息之間是不對易的，沒辦法在同時(shí)得出精確結(jié)果。大概可以理解為獲取粒子位置和動(dòng)量總有個(gè)先后順序，每一個(gè)獲取動(dòng)作都會(huì)改變這個(gè)粒子的狀態(tài)，所以先獲取位置還是先獲取動(dòng)量，得到的兩個(gè)信息是不一樣的。這個(gè)不對易關(guān)系是哥本哈根正統(tǒng)詮釋和路徑積分詮釋的共同點(diǎn)。這一層意思，嗯還是更像測不準(zhǔn)，不像不確定。好，繼續(xù)看下一節(jié)。

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05

從薛定諤方程到狄拉克方程

波函數(shù)經(jīng)歷了從薛定諤方程到狄拉克方程的發(fā)展過程，這兩個(gè)方程的區(qū)別是狄拉克方程引入了洛倫茲變換，這一點(diǎn)區(qū)別決定了薛定諤方程是非相對論的，或者說不含時(shí)的，而狄拉克方程是相對論的，或者說是含時(shí)的。什么叫含時(shí)？就是包含了時(shí)間這個(gè)因素，薛定諤方程是基于三維空間，狄拉克方程基于四維時(shí)空。

包含了時(shí)間，或者說引入相對論，就又可以引出一些新結(jié)論了。前面說到，粒子波動(dòng)運(yùn)動(dòng)的范圍是整個(gè)宇宙，換句話說，甚至有概率瞬間跨越上百億光年，嚴(yán)重超光速啊！相對論的公式都是基于有質(zhì)量物體無法達(dá)到光速得出來的，現(xiàn)在這些粒子超光速了，代入相對論的公式能得到什么結(jié)果呢？通常的結(jié)果是：時(shí)間、空間變成了虛數(shù)。也有物理學(xué)家加入一些其他條件，可以借助超光速得出負(fù)數(shù)時(shí)空。虛數(shù)、負(fù)數(shù)的時(shí)空，代表了什么物理含義？

基本粒子的距離可以無限小，使得粒子相互間的作用力無窮大。其中電磁力、強(qiáng)力和弱力的無窮大可以通過重整化技巧消除掉，但是引力卻是特殊的，引力來自時(shí)空彎曲，而重整化要求平直時(shí)空，所以無法用重整化技巧消除掉引力的無窮大。超弦理論通過引入高維空間解決了這個(gè)問題，不過由于超弦理論迄今還沒有被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，我們這里先不管超弦，仍然在量子力學(xué)的范圍內(nèi)討論：無窮大的引力會(huì)引起什么？把無窮大的引力代入廣義相對論方程，得到了跟超光速一樣的東西：虛數(shù)和負(fù)數(shù)的時(shí)空，它們的物理含義被解釋為黑洞、蟲洞、時(shí)間倒流等。基本粒子制造的黑洞蟲洞，當(dāng)然是跟基本粒子量級的微型黑洞、蟲洞，只允許基本粒子通過，只有基本粒子的時(shí)間能倒流。

回頭看看粒子超光速引起的虛數(shù)和負(fù)數(shù)時(shí)空，既然都是虛數(shù)和負(fù)數(shù)時(shí)空，那應(yīng)該是一樣的物理含義，也就是黑洞、蟲洞、時(shí)間倒流。其實(shí)這些東西歸根結(jié)底都是同一個(gè)效果：使基本粒子能在時(shí)空中跳躍。好我們就拋開這些中間概念，直接說引入相對論后，基本粒子獲得了時(shí)空跳躍能力。

費(fèi)曼是這樣用時(shí)間倒流來解釋反粒子的：以電子和正電子相遇后湮滅并釋放出一個(gè)光子這個(gè)現(xiàn)象為例，費(fèi)曼認(rèn)為這正負(fù)兩個(gè)電子其實(shí)是同一個(gè)電子，這個(gè)電子釋放出光子，然后變成正電子，再逆著時(shí)間往回運(yùn)動(dòng)，從我們正常的時(shí)序看起來就感覺是正負(fù)兩個(gè)電子發(fā)生了湮滅。

量子漲落、量子隧穿也可以用時(shí)空跳躍來解釋。量子漲落是說，在一無所有的真空中，可以憑空出現(xiàn)基本粒子，很快又消失，復(fù)歸于一無所有。量子隧穿是說，在粒子旁邊設(shè)置一個(gè)叫做勢壘的障礙，直觀理解的話可以當(dāng)做一堵墻，本來以粒子的能量打不破這堵墻，但是實(shí)際發(fā)現(xiàn)粒子居然有時(shí)候可以穿過勢壘。這兩個(gè)現(xiàn)象都是從不確定性原理直接推導(dǎo)出來的，但是物理含義呢？一種解釋是從宇宙中臨時(shí)借到了能量。量子漲落是用借到的能量生成粒子，粒子瞬間又變回能量還給宇宙。量子隧穿是用借到的能量提升了粒子能級，穿過勢壘后再降低能級，釋放能量還給宇宙。

從宇宙中借能量？說得好像宇宙中有一個(gè)能量管理機(jī)構(gòu)一樣，太玄乎了。如果把時(shí)空跳躍引入，解釋起來就自然多了：量子漲落是粒子跳躍到了真空中，瞬間又跳了回去。量子隧穿更簡單，粒子跳過了勢壘。

用時(shí)空跳躍也可以很自然地解釋量子糾纏。一對處于糾纏態(tài)的粒子，它們的波函數(shù)是互相關(guān)聯(lián)的，比如兩個(gè)粒子的自旋方向相反，不論把它們分開多遠(yuǎn)，哪怕距離以光年計(jì)，只要觀測到了其中一個(gè)粒子的狀態(tài)，比如觀測到是上旋，那么另一個(gè)就會(huì)立即變成下旋狀態(tài)。根據(jù)哥本哈根正統(tǒng)詮釋，在觀測前，這一對糾纏態(tài)粒子是一個(gè)整體，可以認(rèn)為是一個(gè)擁有兩份粒子能量的波，哪怕相隔光年級的距離，它也是只有一個(gè)波，當(dāng)然也就只能坍縮一次，一次坍縮為兩個(gè)粒子。

如果換成用時(shí)空跳躍來解釋，那就是這兩個(gè)粒子一直在進(jìn)行時(shí)空跳躍，互相跳到對方的時(shí)空，所以看起來距離以光年計(jì)，實(shí)際上在同一處，所以它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一直關(guān)聯(lián)在一起。

當(dāng)粒子可以進(jìn)行時(shí)空跳躍，能夠在整個(gè)宇宙空間，過去未來隨意穿行，還能說它具有確定的位置和動(dòng)量嗎？

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06

重新認(rèn)識“力”：顛覆加速度定律和反作用力定律

加速度定律和反作用力定律是牛頓第二和第三定律，加速度定律是說物體受到外力后會(huì)沿著力的方向產(chǎn)生一個(gè)加速度。反作用力定律是說給物體施加一個(gè)力，施力物體會(huì)受到大小相等方向相反的力。

加速度定律和反作用力定律的共同點(diǎn)是，都在描述“力”。那么，“力”是什么東西？按照牛頓的定義，力是物體間的相互作用。怎么判斷物體受力了呢？這要通過物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變來判斷。也就是說，質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是基礎(chǔ)定義，力是建立在基礎(chǔ)定義上的派生定義。

在量子力學(xué)創(chuàng)立的時(shí)代，物體間的相互作用只有兩種，一種是引力，另一種是電磁力，后來在轟開原子核得到的粒子上面又發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)力和弱力。宏觀上，除引力之外的力，比如人去推或拉一個(gè)物體，物體之間的碰撞，等等，都是電磁力。相對論用時(shí)空彎曲完美解釋了引力的成因，引力符合加速度定律和反作用力定律。但是電磁力、強(qiáng)力和弱力就不同了，這三種力的成因都是交換信使粒子。以最先發(fā)現(xiàn)的電磁力為例，電磁力是帶電粒子通過交換光子產(chǎn)生的。

通過交換信使粒子產(chǎn)生的這三種力就不符合加速度定律和反作用力定律了。還是以電磁力為例，給電子施加電磁力，也就是電子釋放或吸收光子后，它運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變是修改波函數(shù)的一些參數(shù)，參數(shù)變動(dòng)后的運(yùn)動(dòng)軌跡仍然要用波函數(shù)來描述。與其說是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變了，更準(zhǔn)確的說法是動(dòng)量改變了，換個(gè)說法是：能級躍遷。那么，這個(gè)電磁力的施力者情況怎么樣呢？電磁力施力者，同樣是釋放或者吸收光子，當(dāng)然也就產(chǎn)生了同樣的能級躍遷。強(qiáng)力、弱力也都是類似情況，數(shù)學(xué)上說是波函數(shù)參數(shù)變化，物理上說是產(chǎn)生了能級躍遷。

需要特別指出的是，這里說的“同樣的能級躍遷”，指的是施力和受力的粒子都產(chǎn)生了能級躍遷，并不是說它們的狀態(tài)變化完全一樣。其實(shí)，這里也不存在經(jīng)典意義上的“施力者”“受力者”。歸根到底，之所以加速度定律和反作用力定律不再使用，如果按照路徑積分詮釋，那么本質(zhì)原因還是因?yàn)榱Ｗ釉谟啦煌Ｐ匕凑詹ê瘮?shù)高速運(yùn)動(dòng)，這種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)無法進(jìn)行簡單的速度合成，也無法簡單計(jì)算反作用力，只能描述整體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果按照哥本哈根正統(tǒng)詮釋，那么本質(zhì)原因是因?yàn)椴淮嬖谀軌虮缓喕癁橘|(zhì)點(diǎn)的粒子。

這段描述是針對單個(gè)粒子的。對于多粒子系統(tǒng)怎么處理呢？只能一個(gè)個(gè)計(jì)算。隨著粒子數(shù)量增加，計(jì)算量也會(huì)急劇增加，很快計(jì)算機(jī)都算不出來了。不過好在，粒子數(shù)目足夠多的時(shí)候就會(huì)變成宏觀物體，可以用牛頓力學(xué)來計(jì)算了。微觀和宏觀之間當(dāng)然不存在明確的界限。這個(gè)從微觀量子力學(xué)計(jì)算得到宏觀結(jié)論的過程，就要用以路徑積分為基礎(chǔ)的退相干來解釋了。

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07

退相干詮釋薛定諤的貓

薛定諤的貓可能是量子力學(xué)里面最為大眾熟知的名詞了。一只貓待在一個(gè)黑箱子里，黑箱子里有個(gè)毒氣開關(guān)，這個(gè)毒氣開關(guān)由一個(gè)放射性原子控制。如果原子核衰變則放出毒氣毒死貓，如果原子核不衰變則不釋放毒氣，貓就可以活著。在打開箱子觀測前，貓是死還是活？

原子核衰變是由于原子核內(nèi)部粒子的運(yùn)動(dòng)和相互作用，引起粒子從原子核內(nèi)跑到外面的過程。而原子核內(nèi)部粒子的運(yùn)動(dòng)用波函數(shù)描述，這是一個(gè)典型的量子事件，只能得到概率，不能得出確定的結(jié)果。根據(jù)哥本哈根正統(tǒng)詮釋，在觀測前，原子核的狀態(tài)處于衰變和不衰變的疊加態(tài)。那么由此導(dǎo)致，貓也處于死和活的疊加態(tài)。

死活疊加態(tài)的貓？這正是薛定諤貓的驚世駭俗之處，它連通了微觀和宏觀。人們對微觀世界沒有直觀體驗(yàn)，還可以接受波函數(shù)、疊加態(tài)這些概念描述。但是宏觀世界是可以直觀感受的，從來沒人感受到過波函數(shù)、疊加態(tài)這樣的東西，處于生死疊加態(tài)的貓就實(shí)在太難以想象了，所以薛定諤本人認(rèn)為死活疊加態(tài)的貓是謬論，進(jìn)而他認(rèn)為微觀粒子的疊加態(tài)也是謬論。

基于路徑積分的退相干詮釋，讓我們可以平穩(wěn)地從量子態(tài)的微觀粒子過渡到經(jīng)典的宏觀物體。退相干詮釋認(rèn)為，如果只有單個(gè)原子核，粒子留在原子核內(nèi)部，或者跑到原子核外面的概率由波函數(shù)解出，其中跑出來的粒子有可能再跑回去，也有可能再跑出來，總之粒子各種運(yùn)動(dòng)路徑都是有可能的，我們能得到的只有最終的概率。但是現(xiàn)在跑出來的粒子要跟毒氣開關(guān)發(fā)生相互作用，毒氣開關(guān)要跟毒氣相互作用，進(jìn)而再把跟貓牽扯進(jìn)來，這些東西都包含巨量的粒子，他們已經(jīng)變成了一個(gè)整體系統(tǒng)，必須把這巨量粒子的波函數(shù)和他們之間的相互作用全部拉進(jìn)來，得出一個(gè)統(tǒng)一的波函數(shù)，這個(gè)最終的波函數(shù)，就退化成了經(jīng)典物理的確定值。退相干詮釋的核心要點(diǎn)是，宏觀世界的經(jīng)典物理規(guī)律，可以從微觀粒子按照量子力學(xué)規(guī)律計(jì)算得到，他們是等價(jià)的。而薛定諤的貓，由于粒子數(shù)目已經(jīng)足夠多，完全是個(gè)宏觀系統(tǒng)了，所以在打開箱子觀測前，它是死是活都是確定的，不存在處于生死疊加態(tài)的貓。

—?THE END —

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