大肥貓的物理難題

  創作科幻小說絕對是一件很過癮的事,作者所擁有的時空背景無窮無盡無極無限,可以天馬行空毫無約束地盡情發揮自己的想像力。尤其是在為故事人物取名字的時候,更可以不按常理跟讀者大開玩笑,像張系國《城》三部曲中的阿ㄔㄨˋ與阿由(註一),倪匡小說中的年輕人、胡說、戈壁、沙漠(註二),便都是這種異想天開的神來之筆。讀者除了拍案叫絕之外,還真是拿他們沒有辦法。

  相形之下,科學性的論文簡直是枯燥之極──一字一句皆為邏輯推理,每個結論都要證據支持。而且愈是基礎的科學就愈刻板,像現在的邏輯與數學論文幾乎成了無字天書──用的全是自家發明的符號而已。不過物理學還比較好一點,因為有不少物理學家都是刁鑽古怪、童心未泯之流,硬是要在硬梆梆死板板的論文中,加上一點自己的匠心之作自娛娛人。既然一步步的過程絕不能隨心所欲胡亂吹牛,取幾個稀奇古怪的名字總不犯法吧!於是就出現了薛丁格之「貓」、馬克士威爾「幽靈」、夸克「風味」、「色」動力學、暴漲「劇情」(真過癮!)、「易」型模型、「鬼魂」粒子、「合群」與「不合群」粒子、「人擇」原理、「黑」洞、「白」洞、「蛀孔」等等等等。有這些五花八門、千奇百怪、望文不能生義的怪東西在物理文獻中橫衝直撞,物理學的形象總算變得比較活潑生動、親切可愛一點了。

  這篇短文所要介紹的就是薛丁格之貓。不過在討論本題之前,還得先簡單談談量子力學的發展史。

  量子力學與相對論同為二十世紀近代物理的兩大支柱。雖然牛頓的古典力學對於小至彈珠、大至銀河的物理系統全都勝任愉快,但是再小一點就出問題了。隨著實驗技術的進步,十九世紀末的物理學家發現小小世界妙妙妙,古典力學完蛋了──對於微觀世界裡的分子、原子與基本粒子,古典力學的預測與實驗數據間有著重大的差異。於是物理學家不得不閉門思過重新檢討,經過二、三十年的努力,終於在1925年發展出了嶄新的量子力學。這時大家才恍然大悟,原來古典力學的錯誤主要在於它的二分法──把物質與波動當作涇渭分明的兩種東西。量子力學的理論卻認為,宇宙間根本沒有真正的「物質」,也沒有純粹的「波動」,有的只是波動與物質的混合體,簡稱為波/粒混合體,就好像衛斯理傳奇《鬼混》中所提到的那種人鬼混合體一樣。所以說色不異空,空不異色,物即是波,波即是物,蓋朋蓋朋,大家蓋朋。從此波物一家,宇宙大同,物理學家終於像蓋文族一樣在矛盾中找到了統一(註三)。

  不過,化ㄉㄨˊ為ㄨˋ,從ㄨˋ克ㄉㄨˊ的呼回哲學仍然有它的道理,在一片的統一聲中,矛盾卻也免不了隨之出現(註四)。

  既然物質也有波動性,就好像每個人多少有點獸性一樣,那麼一個小小的粒子一旦「波動」起來,我們就無法確定它的位置或速度,頂多只能推測這個粒子身在何處或跑得多快的機率而已。這樣一來,套句愛因斯坦的話,所有的物質都跟上帝擲起骰子,宇宙成了一個最大的賭場,一切的一切全失去定論。愛因斯坦終其一生都在跟量子力學大唱反調,主要原因也就在此。

  因為有這樣「測不準」的先天限制,量子力學只好完全摒棄古典力學的傳統而自立門戶。它從不試圖預測任何物理量的準確值,而只要計算它們出現的機率。所以各種物理系統平時並沒有絕對的狀態,而是一個所有可能狀態的混合體。唯一的例外是它在接受測量的時候,此時它會選擇某個特定的狀態顯現出來,這就是所謂的測量值。就好像女孩子在家時便是各種菃磢熔V合體,她可以隨心所欲隨時改變自己的服飾與化菕C但如果男友打電話來約她去玩,她小姐即使有再多衣服也只能選一套穿出去,其他的,留到下次再說吧。

  薛丁格(E. Schroedinger,1887-1961)是量子力學的開山祖師之一,量子力學的基本方程式就是以他命名的。可是滄海桑田,世事難料,十年河東,十年河西,當量子力學幾年之間鞏固了在物理學的地位之後,薛丁格卻亢龍有悔地對它的詮釋深表不滿。他也像愛因斯坦一樣,開始向自己手創的量子力學挑戰,雖然「前衛」的哥本哈根學派幾員大將死守陣地又主動出擊,雙方你來我往,卻也一直未分勝負。直到今天,物理學家們仍然籠罩在這場戰火的陰影下。

  所謂以子之矛攻子之盾,打著紅旗反紅旗。薛丁格在1935年間,終於想到了一個讓前衛人士大傷腦筋的問題,那就是後人稱之為「薛丁格之貓」的想像實驗。

  薛丁格說,讓我們來做一場白日夢,想像在實驗室中有一個黑箱子,箱子裡面放著一瓶毒氣,毒氣上頭吊一把鐵鎚,吊鐵鎚的繩子連到輻射偵測器上,偵測器旁邊再放一塊鈾礦。現在想辦法抓一隻貓來,最好是那隻欠揍的大肥貓加菲爾(不是牠也沒有關係,只要別抓一隻九命怪貓就好),把牠扔進黑箱子去,然後趕快關起門來。

  我們再假設一小時之內,鈾礦發生衰變的機率恰好是二分之一。那麼如果在一小時內有衰變發生,偵測器便會被觸發,鎚子馬上敲下去,毒氣外洩,大肥貓一命嗚呼,變成了大肥ㄙㄠ(死貓切音)。若是沒有衰變發生的話,那就算大肥貓逃過一劫,送牠幾罐沙丁魚罐頭壓壓驚。

  現在薛丁格問道,一個小時之後,箱子裡面的「東西」到底是什麼?這個問題乍看之下似乎太簡單了,就像我們丟一個十元銅板一樣,朝上的一面不是正面的梅花就是反面的光頭,所以箱子裡的自然不是活貓便是死貓。但是且慢,要知道控制銅板在空中翻轉的是古典力學,可是衰變的過程卻屬於量子力學的範疇。所以此時我們必須以量子力學的眼光來研究這個問題,只能說一小時之後,鈾礦處於衰變與未衰變的均勻混合狀態,而大肥貓也就變成了半貓半ㄙㄠ的「貓ㄙㄠ混合體」──一種生死交疊,不生不死,有如涅盤的境界。這也正符合了眾生皆有佛性,畜牲亦能成佛的理論。薛丁格於是說,誰要是敢相信量子力學,也就必須接受這個荒謬絕倫的推論。當然我們不可以打開箱子,因為開箱的動作本身就是一種測量,而測量所得的結果只能有一種,那就沒什麼奇怪的了。

  至今為止,已經有不少理論試圖解決這個矛盾,其中最有名的一個就是所謂的「多重世界詮釋論」,也有人借佛家語翻譯成「大千世界論」。根據這個理論,宇宙會因為我們的實驗,而不得不分裂成兩個相似但沒有交集的宇宙。在第一個宇宙中,我們打開箱子會看見一隻活貓,第二個宇宙中則會發現一隻死貓。雖然這是一個極為嚴謹且一本正經的理論,卻比一般的科幻小說還要更加「科幻小說」。張系國的小說《棋王》中也有非常接近的理論,到底是巧合還是誰受誰的影響,待考。

  物理學家被這個詭論的問題困擾了六十多年,一直未能找到一個真正令人滿意的答案。這其中最大的問題,就是我們根本不能真的把實驗做一遍,不是因為不人道,而是實在無從做起(別忘了不准打開箱子)。所以解決問題的第一步,就是得找一個具有類似性質的真實物理系統,物理學家找來找去,終於在一種超導體元件中找到了。可惜這個實驗需要的準確度太高,因此至今尚未成功,不過總算已經出現一線曙光。等到這個實驗成功之後,我們就能知道貓ㄙㄠ混合體到底是否真正存在。如果不存在的話,就表示量子力學大有問題,那將會引發一場物理革命;然而萬一答案是肯定的,我們也不得不乖乖接受這個荒謬的事實,科幻小說家也就有題目可以大作文章、大顯身手了。

(註一):ㄔㄨˋ是張系國先生自創的呼回文字,原意為強出頭。ㄔㄨˋ人則是五官全都長在頭頂上的變種畸形人。阿ㄔㄨˋ就是一名ㄔㄨˋ人,他學問淵博,足智多謀,是女主角戚姑娘的家庭教師。後來他收養了一個小蛇人,因為是從「銅田」裡頭迸出來的,便理所當然地取名為阿由。這兩個名字可算是象形指事的極致表現,倪匡先生曾說,中國人自倉頡之後,會再造新字的只有一個武小姐(則天)和一個張先生,這話真是太有道理了。

(註二):年輕人,姓年名輕人,是倪匡早年創造的一位英俊的俠盜,最近他又有些新的故事,可惜已經名不符實。胡說(ㄩㄝˋ),姓胡、名說、字習之(不是「八道」),是衛斯理故事中年輕的一輩,不過因為溫寶裕總是搶盡了鋒頭,害得他只能做個跑龍套的角色。戈壁與沙漠則是武俠小說中巧手匠人的現代版,專門製造地球上最尖端的電子與機械裝置,做為業餘消遣!據說,兩人是因為發現彼此姓名的巧合才交上朋友。類似的配對姓名,在倪匡作品中還有李氏雙胞姐妹良辰、美景,謝家孿生兄弟謝天、謝地,及一對最佳拍檔遊俠和列傳(ㄔㄨㄢˊ)。

(註三):蓋文人是一種由兩棲類進化而來的ET,因為一直戒不掉祖先傳下來的吃人習性,最後整個星球慘遭氣化的命運。劫後餘生的蓋文人只好永遠流浪星空,成為宇宙間的吉普賽人。蓋文語的特色是蓋字特多,蓋朋就是親熱友愛的意思,其他例如蓋佛是和平,蓋貿是貿易,蓋寶是妻子,蓋松是兒女……有趣的是蓋的原意竟然就是吃人。

  蓋文人的哲學觀,認為所有的對立都可以想辦法統一起來。所以香即是臭,臭即是香,生即是死,死即是生,吃人是蓋,被吃也是蓋。既然一切的矛盾都可以統一,那當然就是蓋朋蓋朋,大家蓋朋了。

(註四):呼回星族是地球人的後裔,文化繼承泰南(TERRA)文化而發揚光大,ㄉㄨˊㄨˋ 哲學則是呼回文明最偉大的成就。ㄉㄨˊㄨˋ哲學的四字真言是:

  有心為ㄉㄨˊ
   無心為ㄨˋ
   化ㄉㄨˊ為ㄨˋ
   從ㄨˋ克ㄉㄨˊ

  因此根據呼回人的哲學,一切的統一都可以設法對立。可惜的是呼回人善於製造矛盾卻不能調和矛盾,只好聽任異化滋長,也就注定了他們悲觀憤世的個性,以及整個民族悲劇的命運。《城》三部曲,寫的就是呼回星族悲壯歷史的一個重要片斷。

  這些看似眼熟的外星哲學,到底有沒有受到二十世紀泰南文化各種主義的影響,尚有待後世史家詳加考證。

參考資料:

1.張系國,《五玉碟》、《龍城飛將》、《一羽毛》,知識系統出版公司。
2.張系國,《星雲組曲》、《棋王》,洪範書店。
3.倪匡,《黑暗天使》、《廢墟》、《鬼混》,皇冠出版公司。
4.潘家寅譯,《物理新詮》、《神秘論與新物理學》,台灣中華書局。




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