2014年9月
文／黃小石
摘要
量子力學是二十世紀物理學上最重要的成就之一，讓人略窺宇宙的奧秘遠超過人能想像。在微觀世界中（原子、電子、光子）似乎不再有任何固定不變的實存，只有各種可能的狀態，而這些所有可能的狀態在實際觀察的時候，才按照或然率隨機決定是處在那個狀態裡，是不能預知的。量子力學大師薛丁格對此說法不滿，他建議一個想像的實驗，把微觀世界裡的不可決定性，藉著一隻貓帶進日常的宏觀世界裡，想要突顯對量子力學解釋的荒謬性，但是卻沒有這麼簡單，「觀測」這舉動在量子力學中是個決定性的關鍵。筆者竊以為：若考慮一位全知上帝的存在，量子力學的解釋就可能會不同了。
量子力學的成就
愛因斯坦到死都不相信量子力學，他說：「（量子論）有蠻多的論述，但是並不讓我們更接近上帝的秘密，我深信上帝不賭骰子。」愛因斯坦曾千方百計地想出一些「思想實驗」，刻意挑起量子力學的矛盾，但就是找不哪裡有錯。量子論的預測與所有的實驗結果，至今都是相容的，比方說：與電子旋磁比相關的常數 g-factor，量子動力學的預計是 2.002319304361，而實際測量的數值為2.00231930436146，這超過一兆分之一的準確度真是令人難以思議。基於科學的「證偽不證實」的原則（只要有一個反例，理論就不能成立），我們只能說量子力學不單沒有錯誤，而且是物理學到現在為止最好的理論。
我們所處的世界比我們祖父所處的世界神秘多了，主要是歸功於量子力學的發展。愛因斯坦不信量子力學的基本立論是有他的道理的，但是他也不能指出到底哪裡不對，即使享有「量子力學之父」盛名的薛丁格 ，對量子力學的解釋，也有許多保留。筆者負笈來美一年後，在1964年十一月，有幸參加費曼博士的一個極有名氣的演講系列，並由英國廣播公司現場轉播，演講廳（大學室內運動場）裡擠得人山人海，要來聽他講「物理定律的特質」。這是我這鄉下佬從來沒有見過的場面。在費曼的演講中，他講了一句讓我印象深刻的話：「我可以很放心的說：沒有人瞭解量子力學。」次年，費曼因他在量子電動力學的成就與貢獻，榮獲1965年諾貝爾物理獎。若他尚且這麼說，我想真的是沒有人了解量子力學是什麼了。
問題是：到底量子力學是不是無誤地描述我們的世界，忠實地反映出實存的真相？若是如此，物質有許多的性質不單是不能同時測量，而且基本上是不能知道的。量子力學只能告訴我們一個物理狀態存在的可能性（或然率），根據哥本哈根學派對薛丁格波動方程的解釋，在我們實際測量之前，這物理系統是存在於某種所有可能性同時存在的混合狀態。薛丁格（愛因斯坦亦然）對這種看法不同意，於是提出一個現在稱為「薛丁格的貓」的悖論：
薛丁格的貓
他說：設想把一隻貓關在一個不透光的箱子（盒子）裡，其中還有一些放射性元素，其衰變的可能性是50％（就是說：在一小時之內，有一個原子會發生衰變而產生放射線的可能性是50％），此外另外還有一個蓋革計數器、一把榔頭、一瓶極毒的氰化氫。若是真的發生衰變，蓋革計數器偵測到放射線，.動榔頭打碎氰化氫瓶子，放出毒氣而毒死小貓。但是也有同樣可能性原子不發生衰變，使小貓無恙。過了一個小時，在打開箱子察看這貓是否還活著之前，請問按照量子力學的觀念，這貓是處在什麼狀態裡？
哥本哈根學派認為在實際觀察之前，這貓是處在一種死貓與活貓並存的狀態中，只有在實際觀察的時候，這貓的或然率波方程就「塌陷」為所有可能性中的一種特定狀態。這仍是目前量子力學的主流看法，認為意識（觀察）與實存是分不開的，似乎這貓對牠的生死狀態不能辨識，所以不能產生「塌陷」現象，故此這貓在人觀察之前，是處在一種又死又活的狀態；以「多重宇宙」學派的看法，活貓與死貓都同時實際存在，只不過存在於不同（但是與量子力學相合）的宇宙中。這僅代表人對於量子波方程的詮釋，我們本來就不知道為什麼自然需要符合薛丁格的波方程的敘述，我們只知道這波方程式的解，至今都全然合乎觀測的結果。至於這數學方程式是不是代表宇宙的實存真相，沒有人知道。是不是這方程式所有的解釋都是實存，我們也不知道。不過我們知道除非有了有意識的觀察，否則我們不能確定任何一個物理狀態的存在，目前的看法乃是有任何可能的狀態，都是同時存在的。愛因斯坦雖然不相信這種解釋，可是無法挑出量子力學的毛病。
但是愛因斯坦仍然是有出路的。物質雖然可以有許多狀態同時存在的可能，卻只有在觀察中才能決定是哪個狀態。但是觀察又不能不干擾被觀察的系統（這可以說是「測不準原理」的來源）。我們可以想像改變一下「薛丁格的貓」的實驗：把貓取出，以人代之。這位假想在「薛丁格箱子」裡的人當然知道自己是活的還是要死了。若是箱子裡放射性元素發生衰變，他死前記下時刻。雖然箱子沒有打開，但是箱子裡的人是處在一個或是死、或是活的狀態。這是因為人有「意識」能分辨（測量）自己的波方程之故。所以「意識」帶來了固定的「實存」，不再是個半死半活的狀態。
若是愛因斯坦相信一位全知的上帝存在，也許他所擔心的那種「只能用或然率來描述的狀態」就不會存在了。因為任何一個系統的狀態，隨時都在祂的「觀察」中，而且祂的「觀察」不同於人的觀察，不需要干擾被觀察的系統的狀態（比方祂能知道人內心所想的，但是卻不改變人的想法）。這樣看來，任何一個物理系統隨時都有一個固定的、卻是我們所不知的狀態。換句話說，「薛丁格貓」的悖論，在有上帝的宇宙中是不成立的。這當然不是物理理論，而是一種信念，因為這說法是不能證偽的。
其實「多重宇宙」的看法，基本上也是一種不能證偽的信念，只不過是基於另一種宇宙觀：就是只要是合乎數學的（合理的），就是存在的；一切存在的，也必是合乎數學的。不曉得這種想法是不是合乎數學？根據我所了解的「哥德爾不完備定理」，在任何一個夠複雜的邏輯系統裡，不是所有真實的論述都是可以被此系統的邏輯所證實。看來我們對數學的「全知」性需要置疑。
其他智慧之窗文章
2014年9月內容
專題 • 耳聽八方 • 營商有道 • 天倫樂 • 生命線 • 智慧之窗 • 親子樂 • 兒童天地 • 免費活動消息 • 健康寶庫 • 世界遊蹤 • 香港角聲與你 • 勵志影視 • 繽紛世界 • 基督教服務 • 愛心匯點 • 生命的旋律