薛定諤的貓死了沒?
一個關於悖論與觀察的系統論觀點
江世威 | 2023.11.14
那隻生死不明的貓依然生死不明
薛定諤貓(Schrödinger’s cat)原先是為了回應量子力學的假定而被設計的思想實驗,即觀察是如何使量子的疊加態蹋縮成明確態?也就是箱子裡那隻要死不活的貓是怎麼在打開箱子的一瞬間變成是生或死的其中一種狀態?在哥本哈根解釋裡(Copenhagen interpretation),發生在微觀系統的觀察(測量)會使得兩個相悖的狀態傾向於其中一者,而薛定諤的問題是,觀察如何造成這一現象?關於這一點哥本哈根解釋並沒有提出充分的說明。
本文的重點不是要從薛定諤的實驗去談論物理學的問題,而是藉由他的提問重新審視「觀察」和「悖論」的現象。由德國社會學家尼古拉斯魯曼(Niklas Luhmann)提出的系統論對此提供了另一種有趣的解法,觀察沒有造成蹋縮,或者更準確的說,觀察並沒有「直接」的決定貓的生死。觀察者的觀察只能影響到觀察的結果而不是箱子裡的貓,但一旦觀察改變,箱子裡的環境也會相應的發生變化。箱子內外是兩個封閉的系統,在兩者之間不會發生「輸入—輸出」的過程,沒有任何事物會在內外往返,箱子外的觀察無法觸及或跨越到箱子內部,反之亦然。但當箱子被打開,內外的界線發生了變動,箱子內部和外部的系統都會從自身感知到變化進而自我改變。也就是說只有對箱子外的觀察者而言,箱子裡的貓才是從即生又死的狀態過度到了生或死其中一種結果,但對於箱子內的觀察者來說情況就不是如此。
開箱前觀察到的悖論不等於箱子裡的真實情況;開箱後觀察的結果也不是發生在箱子裡的客觀事實。假設開箱後貓咪活著,但原子核可能發生衰變也可能沒有,因為監控器有可能故障而沒有偵測到衰變的發生;如果開箱後貓咪死亡,同樣的原子核也可能衰變或不衰變,系著錘子的支撐杆可能鬆懈致使錘子擊碎裝有毒物的燒瓶。不同的可能性仍然存在,疊加態並沒有隨著箱子的掀開而被確定下來。悖論沒有被消除而是變成了「潛在」,這一點與多世界解釋(the many-worlds interpretation)相似。
此外,在箱子打開「之前」與「之後」是兩種截然不同的觀察,它們之間不存在連續性。因此客觀坍縮理論(objective collapse theory)主張的,箱子裡的貓在箱子打開以前就已經是生或死的其中一種狀態,這一說法在系統論看來不能成立。箱子內部的狀態取決於與當下的觀察之間的關係,只有在箱子打開以前的觀察看來箱子內部才是不確定的;同樣的也只有對箱子打開以後的觀察而言箱子內部才會是確定的狀態。因此我們可以說在「之前」與「之後」是兩只不同的貓咪。
觀察的悖論
悖論是「觀察/被觀察」這組區別產生的現象,或者可以說它就是這組區別本身。觀察與被觀察的對象不能個別看待,而是應該像量子糾纏一樣視為是一組並存的差異。在薛定諤的實驗裡,貓咪之所以即生又死,是因為箱子的內外界線所形成的不確定性;箱子的遮蔽讓內部的環境變得不可視,為此貓咪才會被觀察者看成是矛盾的存在。但是在箱子打開之後遮蔽就消失了嗎?不然,正如本文開頭所述,開箱後模糊性沒有消失各種可能的狀態依然並存著,箱子揭開後還有另一層「遮蔽」。
每一種觀察都有它的「盲點」,為此觀察才得以可能。是遮蔽讓觀察發生,因為箱子製造的不可視的邊界,才讓觀察者把貓咪看成是要死不活的狀態。盲點意味著什麼?意味著在觀察與被觀察的對象之間存在著無法趨近的鴻溝,總是有無法被觀察到的部分、總是有含糊不清的狀態促使觀察進一步的確認。
觀察必定有其可視範圍,這也意味著同時有不可視的區域指明觀察的視野所及之處。觀察藉由「可見/不可見」的差異標示出自身。箱子是觀察的目光所及的視野,而觀察者只能看見箱子而無法看到箱子內部,因此觀察的盲點就潛藏在觀察自身之中。觀察者無法看見被他的觀察所排除的其他可能性,然而唯有如此他才能觀看。觀察者所看見的不是客觀的真實,因為總是有被他的觀察遮蔽起來的部分,觀察只能看見可見和不可見的部分之間的差異;觀察者不知道箱子裡的貓咪是生是死,他知道的只有無法看見的箱子「內部」以及他所能看見的箱子「外部」,所以那隻要死不活的貓咪,只是對於內外邊界的描述,而不存在於箱子之內。
因此觀察與被觀察者之間無法跨越的差異以一種悖論的方式運作。即生又死的貓咪是觀察者觀察的結果,但它被歸屬在箱子之內;同樣的開箱後看見的活著(或死去)的貓難道不也只是觀察的結果嗎?然而它作為一項事實又被歸給箱子裡的環境。一個事物因此弔詭的即屬於內部又來自於外在,即是客觀又主觀。所以悖論是觀察賴以產生的差異,它是無可避免的必要條件。
溝通——「封閉/開放」的系統
當一個人向另一個人揮手,我們可能會認為他在向另一人打招呼,似乎在兩者之間有信息從一方傳遞到了另一方。但事實上我們只看見有人揮動手臂,而揮手的人所抱持的動機我們不得而知,而且也只有當我們把揮動手臂這一動作解讀成打招呼時信息才發生,在這之間沒有任何事物在流通。同樣的當我們在與他人交談時,我們只是在「自言自語」,我們無法同理也無法將我們的心意傳達出去,我們僅僅是觀察著外部發生的事件並對自己的觀察結果提出說明。
系統論的觀點認為,溝通不是信息的傳遞,相反地是不可傳遞、不可理解;溝通是封閉的系統之間的互相干擾,以及各自在自身的內部對干擾形成解釋。系統論以「系統/環境」這組區別來解釋溝通。系統與環境之間的差異區別了系統的「內/外」,就好比箱子的遮蔽一樣,它界定了內外的狀態、可觀察與不可觀察的範圍。對系統而言環境是它無法掌握的複雜性,同樣的對環境中的其它系統而言前者也是它們的環境(複雜性)。當任意一方發生變動都會引起界線的改變,從而另一方也會相應的產生變化,但它們都無法知道對方是如何變化的。因此系統是即封閉又開放的狀態,系統只能影響自身,然而他作為其它系統的不確定性,影響著其它系統的自我生產。
物理學主張悖論只存在於微觀系統而不涉及現實生活的宏觀層面,但在系統論看來社會生活的溝通都充滿著不確定性,都以悖論來維繫著社會的運作。