Page 23 - Science Focus (Issue 016)

量子力學 — 你的雙眼能殺死薛丁格的貓

– Your Eyes Can Kill Schrödinger's Cat

這很詭異吧，其實也不是。有人會用「少女與老人」的錯視 薛丁格的貓
圖來作比喻，畫中的是少女還是老人，其實只是觀察焦點的差異
造成，本身圖中的人既是少女也是老人，只是觀察這一個動作把 看到這裡希望能幫助你理解一個著名的思想實驗 —「薛
另一方的存在抹殺而已。 丁格的貓」。將一隻貓放進黑箱裡，使我們無法觀測裡面的
情況。我們同時放入放射性物質，由於放射性物質具有波粒二
量子疊加態與波函數坍縮 象性，所以這物質在擲硬幣，硬幣上分別寫著「衰變」或者「不
變」。假設骰子擲出「不變」，貓存活；擲出「衰變」，貓死亡。
假設沒有學生聰明到可以邊玩邊學習，只能 100% 玩或
者 100% 學習，那無論老師在不在場，學生要不在玩，要不在
學習，這是我們這個世界的常識。但當學生是電子這種極其微
型的粒子時，你就要拋棄之前所有的常識，去重新接受現實。這
些「電子學生」在我們觀測之前，我們不能說他們在玩或者在
學習，而只可以說他們處於玩與學習的疊加態（superposition)
— 也許他們是一片黑雲，一個謎團，一堆馬賽克……反正是我
們無法說清楚的奇怪狀態。是我們的觀測迫使他們呈現在玩或
者在學習的姿態。

在 量 子 力 學 裡，這 個 現 象 稱 為「波 函 數 坍 縮（wave
function collapse）」。在 量 子 的 微 觀 世界 裡，由 於 量 子具
有波的特性，我們無法說出它們的特定位置。「波」會擲一顆
有很多面的骰子：骰子的面標示著當波「變身」成為完全的
粒子之後，量子可能會出現的各個位置。如果我們把下一秒電子
出現在特定範圍內所有位置（即擲出骰子所有的面）的機率加
這顆硬幣會一直轉動，貓亦會在死和沒有死的疊加態之間。直
起來，這些零碎數字的總和會是 1（即 100%）。
到打開箱子那一刻，我們的觀察使「波函數坍縮」，即硬幣停止
再打個比喻，在下午二時正這個上課時間，在量子世界的 轉動，擲出「衰變」或者「不變」，決定貓的生死。這不正是「好
學校裡，學生會「同時出現」在課室、實驗室、操場、醫療室、 奇心殺死貓」嗎 — 我們好奇地對黑箱觀察，造成了貓必須生
洗手間……我們一旦開始「盯向」這個學生，他會收起自己無 或者死的局面。
數個分身，只出現在上述其中一個地方。在這個時間，因為在
上課，學生有較大可能（比如七成機會）會出現在課室，但 結語
也有可能在上實驗課或者體育課，這些課比較少，二成機會
吧。至於在醫療 室 洗手間等 等不太常見的情況，加起來能 如果覺得有違常理、難以置信，那恭喜你真正進入量子力學
有個一成機會。但當我們開始「觀測」，骰子停下，便只會存在 的世界了。正因為這個世界與我們認知的世界大相徑庭，才會那
一種可能性 — 即使本來只有一成機會，但若果骰子轉到「醫 麼吸引。這只是開始，更多的探索，將會帶來更多的驚奇，以及
療室」，學生在醫療室養病也會變成百分之一百的事實了 — 更多可能性。
這也就是「波函數坍縮」。

1 關於波粒二象性：其實所有物體都具有波和粒子的雙重性質，包括體積較
大的網球和足球，但只有在微觀尺度下物體（例如電子和光子）的波粒二
象性才能容易被觀測到。

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