[N7]打开装猫的箱子

Purple_Moon

    “箱子里的猫”是一个理想实验。在与外界隔绝的箱子里放上一只猫、一个毒气瓶、一个α粒子放射源，一个α粒子检测器以及一个传动装置。当α粒子检测器检测到有α粒子放出的时候，就会驱动传动装置把毒气瓶打碎，从而把猫毒死。也就是说，只要α粒子粒子放射源放出了α粒子，箱子里的猫就会死掉。当然，这个理想实验忽略了毒气之外的其它对猫的生死有影响的因素。

    这个实验的一个要点是：箱子是与外界隔绝的，也就是说不打开箱子就无法得知箱子里面发生了什么。当然也就无从得知猫的生死。

    这个实验的另一个要点是：α粒子的放射不是确定的，而是由概率支配的。也就是说，有可能实验开始的第一秒猫就死掉了，也有可能三天三夜后那只猫还活着。

    对于装置外的观察者而言，面对这样的物理规律支配的装置，肯定无法得知猫的生死。他最多只能知道，α粒子出现的概率。比如：每一分钟内α粒子出现的概率是50%。

    如果实验已经进行了两分钟，面对这个数据和实验中的装置，观察者可能很容易得出一个结论：猫的生存的概率会是25%。游戏中对这个实验做了详尽解说的优夏，得出的也是类似的结论。但这个结论对吗？我认为不对。

    无论在什么场合，我们都只能讨论尚未发生的事情的概率。当一件事已经发生后，这件事就成为确定的事实。比如掷骰子，掷到个六点的可能性是1/6，那是在掷之前而言。当掷过以后，是否是六点就确定下来了。要么是要么不是。对已经发生的事情不存在概率问题。

    那么，问题出在哪里呢？在这个实验里，我们所要了解的事件是猫的生存状态。这个理想实验的巧妙就在于：虽然事件已经发生，但是我们没有任何办法进行观察。因为箱子与外界是隔绝的。可是说猫活着的概率是25%不对吗？或者更宽泛地说，实验进行地时间越久，猫生存的概率越小还有错吗？

    这是这个实验的另一个容易让人迷惑的地方。投骰子的时候投出六点和投出四点都算是投了一次骰子，这点很容易理解。但猫活着和猫死了都算“事件发生了”，就需要想一下才好理解。对于这个实验而言，实验每进行一分钟后出现的猫的生死状态，就是我们所考察的“事件”，因此，即使α粒子没出来，箱子里的传动装置没有任何动作，我们也可以说“事件”发生了。

    如果还不好理解，我在打个比方。假如有一个狂热的赌徒声称：“我掷骰子次次都能得六点。”于是我们就让他掷。不过我们做了一点手脚：我们让他向一个黑箱子里掷。掷后我们把结果记录下来，但是不告诉这个赌徒，也不管结果是不是六点，而是让他继续掷个不停。这个实验是不是就是箱子里的猫的实验？箱子里的猫的每一分钟，就是赌徒的一次骰子。这个“事件”每分钟都发生一次。

    那么，说到这儿，提一个最打破沙锅问到底的问题：现在面前摆着这个实验装置，实验已经进行了两分钟，现在，提问 ：四分钟后和六分钟后猫还活着的概率分别是多少？后者是不是小一些？

    回答是条件不足，无法判断。更简单地说就是不知道。这是因为：实验已经进行了两分钟，“事件”已经发生了两次。这时的猫的生死，不是“既可能生也可能死的概率”，而是一个固定的生存状态——虽然我们不知道。如果猫活着，那么确实，四分钟后猫还活着的概率是1/16，六分钟后的概率是1/64，后者要小些；但是如果猫死了，那么对不起，不管是四分钟后还是四年后猫活着的概率都是零。

    N7中另外一个地方也精确讨论到了概率问题：扑克牌的灵异事件。石原诚的运气出奇地好，一抓就抓一对相同的牌来。这被称为不可思议。但是，既然已经发生了，这就是确定的事实。只要确认没有任何作弊因素，那就是石原诚抓住的那个本是天文数字的概率。而了解概率的人都会明白：发牌时，抓到任何一个牌的组合的概率都是完全相同的，都一样是天文数字。但是一旦发生，就是固定的事实。在这一点，至美的说法更精准。

    这个猫的理想实验被称作“薛定谔的猫”，是物理学史上很有名的一个。它是对量子力学进行考验的一块试金石。量子力学的发展出了让人惊讶的理论。首先，它的基石之一：测不准原理，来自人们对微观系统的观察。当人们的目光投向微观世界时，人们大惊失色地发现：自然界的精确度存在极限（这就是量子常数）。这就意味着，当观察极其精细的微观系统时，由于量子常数的存在，已经不能够同时精确地指出物体的位置和动量，并且根据这一点进行推断后，其它的量，如时间、能量等都带有不确定性。这样一来，微观粒子的运动系统中，不再存在精确的轨迹，取而代之的是由概率支配的波函数。粒子在某一时刻是否在一个位置上、当光辐射到原子上是否会发生反应、α粒子放射源什么时候会放出α粒子，都不再确定，而是由概率支配的随机事件。

    随机意味着不可预知。而如果禁止观察的话，即使是已经发生的事也不可知。箱子里的猫就是如此。

    科学，历来的一个原则是承认事物的客观性。即：事物的存在与发展不依赖于它们是否被观察。箱子里的猫的实验，则进一步拷问：当观察变得不可能的时候，事物还在存在与发展吗？实际上，量子力学在它的尖端，似乎真地得出了“有些物理量不可能被观察”或者“有些物理量不可能被精确观察”的结论。不可能观察的物理量，是否存在？是否有意义？或许“不可观察”只是一时理论所限？这是物理学甚至是哲学上的极深的话题。关于这些学术尖端的话题，我也已经无能为力。不过我还是希望自己和大家，有时间时能够关注这些话题。毕竟，这是人类的智慧，智慧是永远不会错的。