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This Post is under 澤山咸

(圖片來源:博客來)

雖然我自認已經看了許多相對論與量子論的書籍,但其實對這些理論只略懂皮毛而已。我認為只要是有智識的人類有機會都應該來瞭解這兩個近代物理相當偉大的理論,這其中可能能因此啟發個人的人生觀。如此我就很慶幸自己是理工男的背景了,至少要能夠入門的物理基本知識我是有的。而本書解了我對量子論的若干疑惑,因為以前讀的都只講大原則,很少有進一步的說明,譬如說電子波的干涉細節、量子論的哪些特性如何用在量子電腦的發展。

譬如關於量子論,我原本第一個不甚了解的是,基本粒子具有波粒二象性,其中的波的性質是怎麼回事。以電子等基本粒子為例,電子波並不是我們所認為的水波、聲波等能量的波動,而是其「在沒有被觀測之前,各個位置狀態並存,而其在各個狀態被發現的機率是波的函數」。因為是波的函數,所以當非常多個電子打向屏幕時,也會如同波一樣出現干涉的現象,而這原本不應該是粒子所具有的性質。

這裡衍生的思考是,當只有一個電子打向屏幕時,屏幕上只會觀測到一個點。當非常多個電子打向屏幕,顯現干涉的圖像。會出現的干涉,是因為先行的電子可以預知後續陸續發射的電子的分佈,還是後續陸續發射的電子可以探知先行電子的分佈,還是單一電子本身的波函數所導致電子本身出現在像是干涉現象的分佈落點,這三種可能中,本書給的解答是…(我賣個關子,有興趣自己翻書找答案)。

再來是愛因斯坦也認為的量子論並未完備的部分:基本粒子只有在觀測時才會確定狀態,沒有觀測之前各種狀態並存。也就是薛丁格的貓在箱子沒有打開之前,貓是死與活並存的狀態。依照哥本哈根詮釋,在觀測時代表分佈的機率(各種狀態並存)的波函數塌陷(Collapse)成針狀函數(觀測時只有一種狀態會出現,其他狀態都憑空消失,而該狀態出現與否完全是機率)。愛因斯坦則認為「上帝不擲骰子」來回應。哥本哈根詮釋並未能完全解釋為何觀測會導致塌陷(Collapse),其他狀態消失到哪裡去了。

本書的監修(日本人)則採信愛因斯坦過世後才出現的多世界詮釋,並且認為如果愛因斯坦在世也會認同的。依照多世界詮釋不需要塌陷來解釋原本疊合的狀態霎那間變成一個,而是在觀測時世界產生分歧,是我們選擇了其中一個世界(還是其中一個世界選擇了我們),而其他的世界與我們這個世界彼此毫無相干。本書的兼修也認為多世界詮釋也很容易解釋愛因斯坦共同提出EPR悖論(被薛丁格稱之為量子糾纏):相距甚遠的兩個粒子(從同一個粒子分裂之後分離),其狀態在觀測的那一刻一起被決定,這個資訊傳遞的速度超過了光速,因而違反相對論(沒有任何速度能超過光速)。多世界詮釋對此的說法是觀測是我們只是選擇了其中一組組合,而另一種組合存在另一個分歧的世界,彼此互不相干。

我不敢臆測如果愛因斯坦還在世會不會認同多世界詮釋,但上帝會因為人類的觀測後而大費周章創造出另一個平行世界嗎?依照奥卡姆剃刀理論,顯然塌陷假說比創造多個世界的假說要來得簡單多了。不過量子糾纏後來被實驗證明是成立的,也就是愛因斯坦等人用來反駁量子論詮釋的EPR悖論反過來宣告EPR三人是拒絕接受量子論的頑固份子。

量子的狀態疊加(superposition)與量子糾纏(entanglement)這兩個的特性也被應用在量子電腦的發展(平行處理一個複雜問題的能力)。本書的後半段在介紹當今世界上量子科技的發展,台灣也在2020底宣布成立量子國家隊。不過目前要讓量子疊加與量子糾纏這兩個量子的超能力達到可被人類應用的程度,還需要非常龐大的硬體設備與嚴苛的操作環境。人類如果要擁有類似心電感應與全知全能勢必要付出很高的代價。如此,

試圖控制極其微小的量子會不會跟窺探極其遙遠巨大的黑洞一樣,都是人類不應該涉入的領域?

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