薛定諤的貓

薛定諤的貓(英文名稱:Schr?dinger’s Cat)是奧地利著名物理學(xué)家薛定諤(Erwin Schr?dinger, 1887年8月12日~1961年1月4日)提出的一個(gè)思想實(shí)驗(yàn),是指將一只貓關(guān)在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器里。

鐳的衰變存在幾率缺谴,如果鐳發(fā)生衰變惨缆,會(huì)觸發(fā)機(jī)關(guān)打碎裝有氰化物的瓶子,貓就會(huì)死;

如果鐳不發(fā)生衰變,貓就存活。

根據(jù)量子力學(xué)理論永丝,由于放射性的鐳處于衰變和沒(méi)有衰變兩種狀態(tài)的疊加,貓就理應(yīng)處于死貓和活貓的疊加狀態(tài)箭养。

這只既死又活的貓就是所謂的“薛定諤貓”慕嚷。

但是,不可能存在既死又活的貓毕泌,則必須在打開(kāi)容器后才知道結(jié)果喝检。

該實(shí)驗(yàn)試圖從宏觀尺度闡述微觀尺度的量子疊加原理的問(wèn)題,巧妙地把微觀物質(zhì)在觀測(cè)后是粒子還是波的存在形式和宏觀的貓聯(lián)系起來(lái)撼泛,以此求證觀測(cè)介入時(shí)量子的存在形式挠说。

隨著量子物理學(xué)的發(fā)展,薛定諤的貓還延伸出了平行宇宙等物理問(wèn)題和哲學(xué)爭(zhēng)議愿题。

盡管量子論的誕生已經(jīng)過(guò)了一個(gè)世紀(jì)损俭,其輝煌鼎盛與繁榮也過(guò)了半個(gè)世紀(jì)蛙奖。

量子理論曾經(jīng)引起的困惑直到21世紀(jì)仍困惑著人們。

正如玻爾的名言:“誰(shuí)要是第一次聽(tīng)到量子理論時(shí)沒(méi)有發(fā)火杆兵,那他一定沒(méi)聽(tīng)懂雁仲。”

薛定諤的貓是諸多量子困惑中有代表性的一個(gè)琐脏。

薛定諤嘗試著用一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)量子理論隱含的不確定之處伯顶。

設(shè)想在一個(gè)封閉的匣子里,有一只活貓及一瓶毒藥骆膝。

當(dāng)衰變發(fā)生時(shí),藥瓶被打破灶体,貓將被毒死阅签。按照常識(shí),貓可能死了也可能還活著蝎抽。

毒藥瓶上有一個(gè)錘子政钟,錘子由一個(gè)電子開(kāi)關(guān)控制,電子開(kāi)關(guān)由放射性原子控制樟结。

如果原子核衰變养交,則放出阿爾法粒子,觸動(dòng)電子開(kāi)關(guān)瓢宦,錘子落下碎连,砸碎毒藥瓶,釋放出里面的氰化物氣體驮履,貓必死無(wú)疑鱼辙。

原子核的衰變是隨機(jī)事件,物理學(xué)家所能精確知道的只是半衰期——衰變一半所需要的時(shí)間玫镐。

如果一種放射性元素的半衰期是一天倒戏,則過(guò)一天,該元素就少了一半恐似,再過(guò)一天杜跷,就少了剩下的一半。

物理學(xué)家卻無(wú)法知道矫夷,它在什么時(shí)候衰變葛闷,上午,還是下午双藕。

當(dāng)然孵运,物理學(xué)家知道它在上午或下午衰變的幾率——也就是貓?jiān)谏衔缁蛘呦挛缢劳龅膸茁省?/p>

如果我們不揭開(kāi)密室的蓋子,根據(jù)我們?cè)谌粘I钪械慕?jīng)驗(yàn)蔓彩,可以認(rèn)定治笨,貓或者死驳概,或者活。

這是它的兩種本征態(tài)旷赖。

如果我們用薛定諤方程來(lái)描述薛定諤貓顺又,則只能說(shuō),它處于一種活與不活的疊加態(tài)等孵。

我們只有在揭開(kāi)蓋子的一瞬間稚照,才能確切地知道貓是死是活。

此時(shí)俯萌,貓構(gòu)成的波函數(shù)由疊加態(tài)立即收縮到某一個(gè)本征態(tài)果录。

量子理論認(rèn)為,如果沒(méi)有揭開(kāi)蓋子咐熙,進(jìn)行觀察弱恒,我們永遠(yuǎn)也不知道貓是死是活,它將永遠(yuǎn)處于既死又活的疊加態(tài)棋恼,可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理返弹,客觀規(guī)律不以人的意志為轉(zhuǎn)移,貓既活又死違背了邏輯思維爪飘。

薛定諤挖苦說(shuō)义起,按照量子力學(xué)的解釋,容器中的貓?zhí)幱凇八溃畀B加態(tài)”——既死了又活著师崎。要等到打開(kāi)容器看貓一眼才決定其生死默终。(請(qǐng)注意,不是發(fā)現(xiàn)而是決定犁罩,僅僅看一眼就足以致命穷蛹。)

正像哈姆雷特王子(引用自莎士比亞的名言)所說(shuō):“生存還是死亡,這是一個(gè)問(wèn)題昼汗‰妊”只有當(dāng)你打開(kāi)盒子的時(shí)候,疊加態(tài)突然結(jié)束(在數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)就是“波函數(shù)坍縮(collapse)”顷窒,哈姆雷特王子的猶豫才終于結(jié)束蛙吏,我們知道了貓的確定態(tài)——死,或者活鞋吉。

哥本哈根的幾率詮釋的優(yōu)點(diǎn):只出現(xiàn)一個(gè)結(jié)果鸦做,這與我們觀測(cè)到的結(jié)果相符合。有一個(gè)大的問(wèn)題谓着,它要求波函數(shù)突然坍縮泼诱,可物理學(xué)中沒(méi)有一個(gè)公式能夠描述這種坍縮。

盡管如此赊锚,長(zhǎng)期以來(lái)物理學(xué)家們出于或許實(shí)用主義的考慮治筒,還是接受了哥本哈根的詮釋屉栓。付出的代價(jià),違反了薛定諤方程耸袜。這就難怪薛定諤一直耿耿于懷了友多。

思想實(shí)驗(yàn)告訴我們:除非進(jìn)行觀測(cè),否則一切都不是確定的堤框,可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理域滥,客觀規(guī)律不以人的意志為轉(zhuǎn)移,貓既活又死違背了邏輯思維蜈抓。

愛(ài)因斯坦和少數(shù)非主流派物理學(xué)家拒絕接受由波爾及其同事創(chuàng)立的理論結(jié)果启绰。

量子力學(xué)告訴我們,存在一個(gè)中間態(tài)沟使,貓既不死也不活委可,直到進(jìn)行觀察看看發(fā)生了什么。

愛(ài)因斯坦認(rèn)為格带,量子力學(xué)只不過(guò)是對(duì)原子及亞原子粒子行為的一個(gè)合理的描述,這是一種唯象理論刹枉,它本身不是終極真理叽唱。

他說(shuō)過(guò)一句名言:“上帝不會(huì)擲骰子∥⒈Γ”他不承認(rèn)薛定諤的貓的非本征態(tài)之說(shuō)棺亭,認(rèn)為一定有一個(gè)內(nèi)在的機(jī)制組成了事物的真實(shí)本性。

愛(ài)因斯坦花了數(shù)年時(shí)間企圖設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)這種內(nèi)在真實(shí)性是否確在起作用蟋软,但沒(méi)有完成這種設(shè)計(jì)就去世了镶摘。

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