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“你怎么想起来要请我喝咖啡了？”钟子丹刚一坐定，便笑着问。咖啡店就在北新大学物理楼的对面，不大，摆着七八张小圆桌。店里的氛围蛮好，舒适整洁，圆桌中央摆着一个颇为讲究的素花玻璃碗，一个彩色蜡烛漂浮在碗里半满的水面上。
“没什么太特殊的原因。我跑点业务正好路过这里。本来拜您为师应该交点学费，您也不肯收。请您出来聊聊，顺便表示一份谢意。”
“咱们这是互利的事情，你学知识，我呢，也需要你帮我把握科普书的深度和表述方式。所以我不能收你学费。我只希望你在咱俩的交流过程中多留一份心，如果发现我表述太深，或者不好接受，就坦率告诉我，我好改进。”
“好，一言为定。您这是给我白上课找了个借口，学生心领了。我必须好好跟着您学，不然都对不起您一片好心。”
“还真不是借口，都是实话。”钟子丹话里真的是一片诚意，他环顾四周，又赞了一句，“这地方不错。”
“今天咱们随便聊聊，说什么都行，不一定是物理。”远山的目的是谢师。
“好，不过咱俩认识不久，共同的话题未必多。我干脆一会儿给你讲个故事吧。不过，还是和物理相关的故事。”钟子丹笑了笑，“配合一下周围的轻松氛围而已。”
“我洗耳恭听。”远山愉快地响应。就在这当口，咖啡店的服务员送上来两杯热气腾腾的咖啡和一盘五颜六色的西式糕点。
“讲个猫的故事。这个故事在物理界非常有名，叫薛定谔的猫。”钟子丹端起面前的咖啡喝了一口，“但是讲猫之前还得先简单讲点物理做引子。”
“您别误会，我不是说今天就一定不讲物理。因为我路过临时把您请出来，不好意思给您添麻烦。您如果觉得物理顺口，那咱还是讲物理。”远山连忙解释，“我喜欢听您讲物理。”
“行，没问题。还记得上次我给你讲的波粒二象性吗？”
“当然，我回去还整理了笔记，您看。”远山从旁边座位上拿起自己的包，从里面抽出一沓纸。
钟子丹接过来，翻了翻，从中抽出一页说：“好极了。我正好用得到这张图。”说着，把找出来的那张图铺在小桌中央，“这是上次讲电子波动性的示意图，你这张图画得不错嘛。”
“嗐，随手乱画的。”远山有点不好意思。
“挺好的。我问你一个问题，如果你是做这个实验的物理学家，当你发现电子穿过双缝以后像光波一样发生干涉这个结果的时候，你会有什么进一步的想法？”钟子丹问。
“想法？我不是很明白您的意思。”远山茫然。
“你会不会好奇发射出来的每一个电子分别是从哪个缝里穿过去的？”钟子丹提醒。
“对对对，是应该想到这一点。”远山同意。
“物理学家们也想到了这一点，所以他们把这个实验稍微改动了一下，加了一个监视电子行踪的装置。是这样的。”钟子丹征得远山同意以后，在远山的图下面又画了一幅草图，在图上加了一个电子行踪监视器。
远山看看图，糊涂了，说：“这电子……不是波了？又成了粒子了？就因为您加了一台监视电子行踪的测量设备？”
“对，实验发现，当你能够准确地测知电子是从哪个窄缝通过的时候，电子显现了明确的轨迹，不再以波的方式出现了。”钟子丹肯定了远山的理解，“现在我们把这个结果暂时放一放，先简短地换一个话题讲讲薛定谔。”
奥地利物理学家 薛定谔
钟子丹顿了顿，给时间让远山从困惑中解脱出来，然后说：“薛定谔是一个奥地利物理学家。在量子力学的开创和发展中，薛定谔是一个举足轻重的贡献者。当了解了德布罗意提出的物质粒子具有波动性质以后，薛定谔开始研究和推导从数学上可以解释物质粒子波动性质的方程。他最终成功地完成了这项具有伟大意义的工作，他推导出来的方程被称为薛定谔方程。薛定谔方程所计算的是一个被称为波函数的物理量，而波函数在量子物理中可是一个非同小可的物理量。这个量的物理意义是……”说到这儿，钟子丹故意停了下来，似乎是让远山做好准备。
“波函数的平方，表述的是微观粒子出现某种行为或者状态的概率 。”钟子丹几乎是一字一顿地说完这句话。
“以电子的双缝实验为例。在没有建立电子踪迹观察的实验系统里，薛定谔方程可以算出电子的位置波函数，这个波函数的平方可以描述电子以波的方式出现在空间任何位置的概率，当然也包括通过任何一个窄缝的概率。因为波的特性是弥散在空间里，所以在任意一个时刻，一个电子可以出现在空间的任何位置上，只是出现的概率随位置的不同而不同。”说到这里，钟子丹再次停下来，观察远山的反应。
远山神情专注地点点头。
“有了这个背景，你可以这样想，在任何一个确定时刻，粒子波在空间的每一个出现点都是它的一个位置状态，每一个状态都对应着一个出现概率。因为这些状态都对应于同一时刻，就有如同时叠加在一起，构成一个各种波状态组成的包裹，所以物理学家把这种所有波状态叠加而成的状态称为一个波包。具体到我们讨论的这个实验系统，波包就是由电子波在空间不同位置的波函数汇集构成的。现在我问你一个问题，你说电子出现在那个波包里的概率是多少？”
远山想了很久才小心翼翼地回答：“是不是100%？”
“回答正确。”钟子丹满意之情溢于言表，“因为你回答的语气不够坚定，咱们再掰开揉碎了说几句。假如电子在一个特定时刻，只可能出现在两个位置，一个位置的概率是30%，那另一个位置的概率一定是多少？”
“70%。”远山飞快地回答。
“在这种情况下，波包由几个状态组成？”
“两个。”
“那如果电子只可能出现在三个位置的时候会怎样？”
“我明白了，钟老师，这时候波包由三个位置状态组成，电子出现在这个波包里的概率其实就是电子出现在三个位置上的可能性的总和，当然也是100%。”远山脑子里的图像一下清楚了，“现在的情况是电子可能出现在空间任何位置，所以波包里的状态有无穷多。波包涵盖了电子出现在所有位置的可能性，所以电子出现在波包里的概率当然是100%。”
钟子丹举起两手轻轻地鼓掌。
“那好，现在回到刚才的话题，当实验物理学家企图通过测量手段确定电子位置的时候，电子的波动行为却突然消失了，波包不见了，电子由波的特性陡然转换到了粒子特性，有了明确的位置和轨迹。这怎么解释呢？”
“您不会指望我来解释这个现象吧？”远山见钟子丹停下来望着自己，开玩笑地说。
“你不想试试？”钟子丹也笑了，打趣地回了一句。
“不敢想，也知道自己没那个本事。”远山坦诚地说。
“这个实验现象出现以后，有两位量子力学的创始人玻尔和海森堡站出来给出了他们的解释。”钟子丹回归主旋律，“他们说，这是因为测量干扰了物理系统，造成了‘波包塌陷’，众多以概率出现的状态瞬间归结为其中一个确定的状态被测量所俘获。这个解释开启了著名的哥本哈根学派对‘存在’的认知方式，那就是对于人类有意义的物理存在一定是在测量干扰下的物理存在。脱离了测量的所谓‘实际存在’对人类而言没有任何意义，因为那样的所谓‘实际存在’是没有任何办法证实的。”
“听起来实在匪夷所思，却又好像颇有道理。”远山感慨。
“没错。随后薛定谔以一个更为生动的‘思想实验’阐述了同样的道理。他说我们可以设想一个听起来十分荒唐的物理实验。假设把一只猫关在一个密封不透明的金属箱子里。箱子里放一个原子核放射源，假如这个放射源在1小时内只可能发生一次辐射，这次辐射可以被装置在箱子里的一个辐射探测器探测到。辐射一旦发生，便会启动一个机械装置，装置连接的一个榔头会落下来，打碎地上的一个剧毒容器，毒液溢出之后，猫立刻会被毒死。那么根据量子物理理论，在箱子没有打开之前的一个小时里，谁也不知道什么时候辐射会发生，也就没人知道猫的死活。所以在没有打开箱子前的任意一个时刻，根据量子物理理论，猫的生存状态是各类可能生存状态的叠加：死的状态和活着的状态。如果用薛定谔的原话，那就是表征死猫概率的波函数和表征活猫概率的波函数交织叠加，形成一个波包，弥散在箱子里，意味着猫同时以各自50%的概率处在死与活两个状态里。而只有打开箱子以后，波包产生塌陷，猫的生存状态归一成为两种可能状态中的一种：或者活着，或者死了。这就是著名的薛定谔的猫的故事。”
远山听到这里呵呵笑了起来：“这和您刚才假设的电子只可能出现在空间两个位置的情况类似。只不过这个故事更生动一些，听起来更离谱一些。普通人的普通思维很难接受猫同时处在生和死两个状态里。但仔细一想，不无道理，因为在没有观察猫的生死之前，任何时候猫的状态的确有一半概率是活着的，一半概率是死了的。”
“对。这个思想实验仅仅是上面提到的哥本哈根学派解释的一个形象变种。但这个图像更容易让普通民众看得懂，即便看不懂它的最终结论，但至少是把类似的物理实验和它们的思想看懂了，所以它成为了很流行的一个学术故事。这个思想实验也暗喻了我们刚才提到的那两个结论：第一个，在没有观察，或者说打开箱子之前，讨论猫的死活是没有物理意义的，猫的状态只能是所有可能状态按一定出现概率的叠加；第二个，只有当观察或者说测量发生时，也就是箱子打开，观察者观察箱子内部的现状时，猫的生存状态才会归一为一个确定的状态。相当于原本不同波函数强度的叠加结果等于100%，在观察的时候塌陷成为单一波函数强度，对应于其中一种状态，其出现的概率等于100%。”
“在测量中波包塌陷，各种仅以概率形式存在的物理状态的叠加瞬间归为其中一种状态。这能算物理界公认的一个确定理论吗？”远山提出疑虑。
“这个问题问得好。物理界没有把它当作确定和公认的理论，而是把它作为一个量子物理现象的解释。在当今的大学教程里，它也是作为一种解释介绍给学生的，但哥本哈根学派的解释的确为大多数物理学家所认可，可以称之为主流解释吧。”
“听您的口气，还有别的解释？”远山问。
“当然有。”钟子丹肯定，“还有一种近乎和哥本哈根学派解释等重并存的解释，被称为‘平行世界’解释。它的基本思想是，在物理世界里，每一种可能的状态都各自对应着一个存在的世界，而不同状态对应的世界是平行的。就比如说薛定谔的猫，在箱子没有打开的时候，有两个可能的状态，一个是辐射发生，猫死了；一个是辐射没有发生，猫还活着。这两个可能的事件同时存在于两个平行的世界里。所谓平行就是它们互相之间没有交集和干扰。而当测量发生的时候，也就是箱子打开的时候，观察者只可能随机地发现其中一个世界里发生的事情。可能是猫死了的那个世界，也可能是猫活着的那个世界。但不会同时观察到两个世界里的结果。”
“在量子物理里，这也仅仅被看作是一种解释？”远山问。
“对，你应该注意到物理是一门实验科学，重要的是实验告诉我们的现象和结果。当这些现象和结果能够在它的来由和去向中形成一个不自相矛盾的完整体系时，一个物理的理论模型就成型了，而且这个模型应该有可持续发展的潜能。至于一个环节现象应该如何解释，常常并不会构成对整体理论发展的障碍。在这种情况下，许多解释可以并存。也许这些并存的解释还可以成为未来新突破的起点。”
远山点点头。停了一会儿，他突然呵呵笑了起来。
“你笑什么。”钟子丹又拿起杯子，啜了一口咖啡，也笑着问。
“我突然想起两个典故来，和今天您讲的故事很搭。”远山显得很得意。
钟子丹不说话，双手把咖啡杯执到嘴边，慢慢啜饮，静静地等着远山。
“一个是我听说西方有句谚语，叫‘好奇害死猫’，如果观察者带着好奇心打开箱子，正好看到的是一只死猫，那真是名副其实地‘好奇害死猫’了。”
钟子丹很欣赏远山思维的敏捷，带着赞许的笑容频频用力点头。
“还有就是中国的典故‘南辕北辙’。看来在量子物理里一个粒子的南辕北辙可以同时存在，只要外界观察不发生。”
钟子丹哈哈大笑：“我绝对相信你过去是一个好学生，现在也是个极善于触类旁通、接受新思想的人。”
“您过奖了，我往那个方向努力吧。对了，那您说这些听起来摧残经典世界观的现象，比如说物质波的现象，我们怎么在日常生活中就一点也看不到呢？”远山问。
“因为你‘看’到的东西其实就已经是在观测下的东西了，不是吗？”钟子丹反问。
远山愣了，然后好像恍然大悟：“哦，果然是，是这么个理儿哈？所以宏观世界看不到物质粒子的波动性很大程度是因为我们想要观察的运动状态其实始终在测量中？”
“可以这么理解，或者说这至少是原因之一。宏观世界不像微观世界那样相对封闭。我说‘封闭’，倒不是说微观世界自身不开放，而是说人们的日常行为通常影响不到那个层次。而我们周围的世界就不一样了，我们能看到的宏观运动状态分明是已经处于我们观察中的状态，所以，无论是遵循哥本哈根解释也好，平行世界解释也好，人们的日常观察所得，都不会和它们发生忤逆。人们看到的或者是塌陷以后的波包，或者是平行世界中的一个世界而已。另外还有一个原因，那就是对于宏观世界的运动状态而言，它们的波动性所对应的波长在宏观世界看来非常之小，所以反映出来的波动效应很难被捕捉和觉察到。这个原因我们一定有机会在以后的讨论中接触到，你先在脑子里对这个概念留下一些印象。等我们将来涉及细节的时候，你就有一个思想准备了。在你接受一个完全颠覆传统的新概念时，有准备和没有准备的感觉是大不一样的，哪怕是十分肤浅的准备。”
“我怎么感觉在我的脑子里，宏观世界和微观世界要开始接轨了？以前的感觉是它们完全是两码事儿，没有些许联系。”今天这番交谈，让远山有了新的豁然开朗的感受。
“这个感觉方向是对的。”钟子丹予以鼓励，“这就是我以前提到的结论，量子力学不是管不了宏观世界的事情，而是没必要用量子力学去解释宏观世界的现象。因为量子效应在宏观环境下太过微乎其微，根本可以忽略不计。换一个更容易理解的角度，比如说，我们这次讨论的核心是测量过程对物理存在的影响。在宏观世界里，如果你用一把尺子去测量一个人的身高，测量会对那个人的身高产生影响吗？就量子理论而言，答案是肯定的。米尺也是物质组成的，它的细微结构也会产生许多物理效应，比如，它的原子分子周围的电场、磁场，等等。这些效应如果和人体中的这类效应发生相互作用，我们没有理由认为尺子出现在被测量人的身旁时不会影响那个人的身高。但显然这类影响的效应是微乎其微的，小到我们根本不可能用米尺加肉眼觉察出来，但这并不意味着测量对被测对象没有微观意义下的影响。如果你需要测量一个分子或者原子的物理状态，你不可能用一根皮尺去测量它所在的位置、速度和其他状态。物理学家了解微观世界采用的最经常的手段是把一类微观粒子打入被测量的体系中，根据入射微观粒子和体系内微观粒子的相互作用结果来确定体系内的物理结构和物理性质。一个最容易帮助我们理解这件事的类似做法就是医院为患者拍摄X射线照片。X射线的组成是高能光子，医生将一束高能光子打入患者被检查的部位。因为人体的不同组织，比如脂肪、骨头，或者病灶等，对X射线的吸收阻滞效果不同，医生可以通过透射过患者身体，打在接收屏上的X射线影像判断患者的身体结构是否有异样。这个方法和采用入射微观粒子研究物体微观结构异曲同工。比如，人们可以同样采用X射线研究晶体结构，用X射线从一个特定角度入射到晶体中，光子和晶体的晶格发生碰撞，从另外一个角度弹射出来。物理学家便可以根据出射X射线的角度得知晶格之间的距离。那么现在问题来了，既然采用高能光子打入晶体，那么光子和晶格上的分子或者原子发生碰撞以后，就很有可能对晶格上的粒子状态发生影响，比如，通过撞击使之偏离了原始位置，改变了晶格上分子的移动速度，等等。当然，单就这个实验本身而言，物理学家知道晶格上分子的质量相对较大，入射光子对它们状态的影响可以忽略不计。就好像用一个皮球去撞击一个静止的铅球一样，也许皮球在撞击后会轻微影响铅球的位置，但那个影响也许根本小得不必当回事。但这件事已经可以提醒我们，在微观世界里，采用微观粒子作为探测手段，其实是可以改变被测量物的物理状态的，对吧？”
远山点头。
钟子丹得到了远山的正面反应后接着说：“如果测量对象进一步变小，比如测量物体中原子的物理状态，那么测量手段对其引起的干扰在很多时候是无法忽略不计的。这便产生了一个哲学问题，那就是：什么是有意义的物理实在？我们通常习惯的思路是，物理实在是不以人们的意志为转移的，是一种自然存在，不应该和人为的测量有任何关系。但问题是如果不介入具有干扰效果的测量手段，那样的物理存在于微观领域里，那么谁也不知道到底是怎么回事，因而也变得毫无意义。”
“我听明白了。在宏观氛围里，测量带来的干扰因为太小而被忽略，却给我们造成一个世界观上的错觉，以为存在可以和测量毫无关系。量子物理深入微观做更本质的探索以后，试图修正我们已经成型的观念，那就是测量对测量对象状态的影响是永远存在的。在测量手段和被测量对象的状态等级相当的时候，测量产生的影响就成了测量结果本身的一部分，也便重新界定了人们认识这个世界的方法论和世界观。”
“你这个总结非常漂亮！”钟子丹不由自主地拍了一下桌子，引起邻桌的几个人好奇地看过来，他做了一个不好意思的表情，稍微压低声音，“对于存在的这种认识论是哥本哈根学派的主流思想之一。这种思想也是当前主流物理学界更为认同的思想。你已经颇有量子霸道总裁的雏形了。”
“是不是可以册封为猫级霸道总裁了？就凭您这番鼓励，咱们也得再来一杯。服务员，请您再给我们来两杯猫屎咖啡！要薛定谔猫的！”
