「薛丁格的貓」到底是什麼?

一隻漂亮的花狸


再飛科學界,薛定諤的貓是比量子力學名聲還大的存在,那麼這個薛定諤的貓到底是什麼哪?接下來我們看一下:

愛因斯坦把量子力學的不確定性原理戲稱為“上帝擲骰子”,他對哥本哈根排對於量子力學的解釋是排斥的,愛因斯坦認為我們這個宇宙是確定性的,給足夠條件是完全可以描述的,所以私下一直在想各種辦法去反駁這個量子力學不確定性原理,也就是既A又B原理。

薛定諤作為愛因斯坦的老朋友,私下交流時受愛因斯坦的啟發,就提出了這個“名垂千古”的思想實驗。其實這個實驗最初是旨在嘲諷量子力學的。

這個思想實驗大體上是這樣的意思,在一個密閉的空間內放一隻貓和一些鈾。鈾在一個小時內衰變和沒有衰變的概率相同,當衰變開始就會用錘子砸碎瓶子放出毒藥,一定時間後可以說貓即是死的又是活的。我們都知道這是不可能的,貓怎麼可能是即死又活的狀態,誰知道用來批判和諷刺量子力學的實驗,隨著時間卻成了量子力學的“代言”。

簡單來說薛定諤的貓就是一個思想實驗,旨在諷刺批判量子力學,最終卻成為量子力學的宣傳大使。


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科學黑洞


薛定諤的貓是著名物理學家薛定諤提出的一個思想實驗,要解決的是量子理論中的問題,量子的變化是有規律可循的,但又不能精確計算。

打開箱子之前,貓可能是死的也可能是活的,但是我們知道在某時間段內它將會死去,該實驗闡述的是量子論中的一種狀態,貓的生或死都是打開盒子之後的我們所得到的一種狀態,而薛定諤的實驗是為了要證明量子論的一個悖論,存在生與死的疊加狀態,在此時此刻盒子中的貓,我們沒有打開盒子以前,貓是活的也是死的,這與相對論中的生是生,死是死,不存在疊加態相矛盾,即在相對論中無解,所以提出了平行世界的說法,即在平行世界中,我們打開盒子的時刻,貓活著的是一個世界,死了的是一個世界,兩個世界都存在,即可解釋了貓在盒中的又生又死的狀態。薛定諤的貓實驗重點是貓在盒子中,即我們沒有打開盒子的時候貓的狀態,量子論中的相反事物疊加的狀態,比如粒子的正轉與反轉同時存在。

隨著量子物理學的發展,薛定諤的貓還延伸出了平行宇宙等物理問題和哲學爭議。


震長


近些年量子力學越來越被普及,量子力學中的神獸“薛定諤的貓”被越來越多的人聽到,在火爆的相親節目以及一些娛樂節目中甚至也能聽到。在一些文學作品中經常用薛定諤的貓描述陷入愛情中的人,高冷的量子力學居然和愛情聯繫在了一起,單身狗們該反思一下是不是自己的量子力學沒學好了。


薛定諤在量子力學中的貢獻是給出了薛定諤方程,這個方程在量子力學中的地位能夠媲美牛頓力學中的F=dmv/dt。不過從某個角度看,薛定諤的貓比他的方程還要有名,這隻貓至今仍困擾著當今物理學界。

薛定諤給出了薛定諤方程,這個方程能夠很好的描述微觀世界,可薛定諤沒有給出這個方程的物理意義。後來,波恩等人給出了波函數的統計解釋,一個粒子如果有幾個可能的狀態,那它就處在這幾個狀態的疊加中,只有在測量的時候會塌縮為某一狀態,某一狀態出現的概率是與模的平方成正比。波恩的解釋很好的符合實驗,後來波恩也因此獲得了諾貝爾獎。可是薛定諤本人堅決不認同,為了反駁波恩等人,薛定諤設計了薛定諤的貓這一實驗。

實驗大致是這樣的:一個密封的箱子裡有一個放射性原子、一個粒子探測器、一隻錘子、一瓶劇毒物質,另外還有一隻貓。如果放射性原子發生了衰變,粒子探測器就能探測到粒子,進而發出信號使錘子擊碎裝有劇毒物質的瓶子。原子衰變了,瓶子就會破,貓就必死無疑;原子不衰變,貓就是活著的。

問題來了,原子衰變不衰變是由波函數描述的,原子的衰變與否會控制著貓的死活。在箱子外面的物理學家看這隻貓,根據態疊加,貓就只能存在兩種可能的狀態:活態和死態,貓處在了活態和死態的疊加中。一隻又活又死的貓,一隻百分之多少處在活態百分之多少處在死態的貓,這到底是個什麼怪物?有人說你打開箱子不就知道了嗎?打開箱子就相當於測量了,按照波函數的解釋,測量到的不會是又活又死的貓,只能是其本徵態——要麼活要麼死。

一些文學作品及文藝節目中正是看中了又是這個態又是那個態,所以借用“薛定諤的貓”描述一些處在感情期的男女的錯綜複雜心態。


刁博


“薛定諤的貓”這個說法隨著近年來量子理論的火熱成為很多人談論的話題,那麼到底什麼是“薛定諤的貓”呢,為什麼不是“薛定諤的狗”或者說“愛因斯坦的貓”呢?因為薛定諤曾坦言他的貓論來自於愛因斯坦。

薛定諤本人坦承他的科學工作,常常並非是獨創性的,但他總能敏銳地抓住一些人的創新性觀念,加以系統的構建和發揮,從而構成第一流的理論:波動力學來自德布羅意,《生命是什麼》來自玻爾和德爾布呂克,而“薛定諤的貓”則來自愛因斯坦。

作為奧地利物理學家,量子力學奠基人之一,由他所建立的薛定諤方程是量子力學中描述微觀粒子運動狀態的基本定律,它在量子力學中的地位大致相似於牛頓運動定律在經典力學中的地位。 提出薛定諤貓思想實驗,試圖證明量子力學在宏觀條件下的不完備性。

用大白話說就是貓被裝在了盒子裡,當然你也可以說是裝在箱子裡,如果你不打開箱子,你並不知道里面的貓是死是活。如果想確定貓到底是死是活,那你只有打開箱子一探究竟。也就是說箱子裡的貓存在著兩種狀態,死或者活。

在你打開箱子的一瞬間,如果你發現貓還活著,那這種死的狀態就消失了,反之亦然。

當然,我這裡的解釋過於簡化,欲瞭解更多的信息還是有必要多參考參考其他物理學大牛的科普文。

百度百科中給出了一些信息,現摘錄如下:

實驗是這樣的:在一個盒子裡有一隻貓,以及少量放射性物質。之後,有50%的概率放射性物質將會衰變並釋放出毒氣殺死這隻貓,同時有50%的概率放射性物質不會衰變而貓將活下來。

根據經典物理學,在盒子裡必將發生這兩個結果之一,而外部觀測者只有打開盒子才能知道里面的結果。在量子的世界裡,當盒子處於關閉狀態,整個系統則一直保持不確定性的波態,即貓生死疊加。貓到底是死是活必須在盒子打開後,外部觀測者觀測時,物質以粒子形式表現後才能確定。這項實驗旨在論證量子力學對微觀粒子世界超乎常理的認識和理解,可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理,客觀規律不以人的意志為轉移,貓既活又死違背了邏輯思維。
所以啊,to be or not to be, that is a question。

WANG論科普


“‘薛定諤的貓’是個量子力學領域的悖論,1935年奧地利物理學家薛定諤提出的。說把一隻貓放進一個小箱子裡,箱子裡有個裝置可以放出毒氣把貓毒死。而這個小裝置是用一個會衰變的放射性原子核控制的,在未來的一個半衰期內,它要是衰變,就釋放毒氣毒死貓,要是不衰變,就不會釋放毒氣,那麼貓當然活著。在量子力學領域,我們沒法確定一個原子核會不會衰變,只能說它衰變的可能性是50%,這是一個概率。在量子力學領域,沒有什麼狀態是確定的,那個原子核其實有兩種狀態,衰變的,和不衰變的,這兩種狀態以波函數的方式疊加。”諾諾說,“這就是所謂的波粒二象性,在微觀世界裡,物質也是一種波。,總之,按照量子力學的理論,箱子裡的貓也存在兩種狀態,死的和活的,以波函數的方式疊加起來。”諾諾說,“除非有個觀察者打開箱子看了一眼,那一刻波函數坍塌,貓要麼活著,要麼死了。”


上杉若梨白


薛定諤的貓是薛定諤提出的一個思維實驗。

在密封的房間中放了一隻貓,裡面還有一個裝置,裝置中放了一些隨時衰變(50%幾率)的放射性物質,物質衰變會聯動一個錘子,打破一個毒氣瓶,毒死房間裡的貓。



房間裡的貓處於什麼狀態?

薛定諤認為在打開房間前,那隻貓處於既生又死的疊加狀態。只有打開了房間,那隻貓才會表現為具體的狀態。

薛定諤的貓強調了觀察者效應。只有在有觀察者觀察的時候,事物才會是一個固定狀態。

就好像你在只有自己一個人的街道中行走,在你沒回頭的情況下,你的背後說不定一片虛無,或者五彩斑斕,當你一回頭,街道被加載完成了,成了一個實物。


說明手冊


要想了解“薛定諤的貓”,首先要了解量子世界與我們宏觀世界完全不同的詭異現象。在微觀世界裡,微觀粒子的狀態都是不確定的,不不像我們在現實世界觀察的那樣,一輛車就是一輛車,我們可以確定它的速度和位置等參數!

但在微觀世界,粒子的狀態是不確定的,一切都只能用概率描述,也就是說處於幾個狀態的疊加態,而一旦我們觀察粒子到底處於什麼狀態,疊加態立刻成為“本徵態”,呈現出其中一種真實的狀態!

明白了這點,再來看看“薛定諤的貓”到底是什麼。簡單說,“薛定諤的貓”是一個描述量子世界詭異現象的思想實驗!

實驗是這樣的,在一個箱子裡放一隻貓,裝有毒氣的瓶子,一個放射性粒子,粒子的衰變與否可以控制毒氣瓶的開關!

理論上,放射性粒子發生衰變的幾率是50%,這就意味著有一半的幾率發生衰變或者不衰變,也就是說貓的狀態是活與死的疊加態,不是死的或者活的!

你可能會說:“有這麼麻煩嗎?直接看看不就知道了?”但詭異的地方就在這裡,一旦你去觀看,貓就從死與活的疊加態坍縮為死或者活的本徵態!

用我們現實生活舉個更形象的例子,你看遠處的大樓在那裡,等於你實施了觀測行為,於是大樓從多種存在狀態的疊加態坍縮為本徵態,大樓就在你看到的地方。如果你沒有觀察大樓,大樓可能處於任何地方!


宇宙探索


看了這麼多回答,基本都是強調貓的生或死是打開盒子觀察,很容易誤導同學們啊!(〜 ̄▽ ̄)〜

需要強調的是決定貓生或死的是盒子裡的放射源衰變概率(微觀世界的不確定性),而不是打開盒子的觀察行為。

薛定諤的貓是物理學家薛定諤提出的思想實驗,本意是想諷刺量子不確定性的觀點的,但是後來被證實了量子的不確定性,此實驗因很好地在微觀和宏觀世界之間巧妙的聯繫而被重複引用,就火到了科學界外。(*^ω^*)



這隻貓很調皮,也很讓人生氣。

其實我們生活中很多時候都面臨著這樣的境況:你高考分數出來之前,你不知道到底考了多少分,不知道到底能上什麼學校,在收到錄取通知書之前,你的大學選擇是多種可能的(在你預估分數區間至少可以匹配的學校數目)。只有你收到錄取通知書且你決定去讀了,它才確定為唯一的答案。

那麼我們生活中的常事之所以是常事,沒有覺得像薛定諤的貓那樣詭異,是因為決定因素並不取決於微觀量子變化。


要理解這個實驗,其實並不複雜,只需要把你的理解重點從常態觀察轉移到實驗整個過程聯繫就可以了。(為避免重複,過程請看其他同學回答裡的描述),你就會明白整個實驗的關鍵點是初始放射原子,而不是最後的觀察行為。

微觀世界和宏觀世界是層層包含的關係,而不是平行存在關係。

至於能把原子的疊加態延伸到貓的既生又死的疊加態,甚至推演出平行宇宙設想的,只是投機取巧的行為,找不到理論自恰就用腦洞來補,和編神話故事有啥區別?


姝子


薛定諤的貓是個思想實驗,我想大家看過很多解釋,應該明白。

簡單的說,貓與一個危險裝置在一起,無論是危險裝置洩露,還是貓觸碰了這個裝置,都可以導致貓的死亡。

但貓與危險裝置都在一個密閉的空間,人是無法觀測的,那麼人是無法判斷貓的狀態,薛定諤認為貓處於一個既死又活的狀態。

當人打開密閉空間,則產生了疊加,人類就能看到結果了。

人類的觀測後貓的疊加狀態就是觀測者效應。

薛定諤用貓的既死又活狀態去解釋量子的狀態,從而奠定了量子力學的一些理論。

但薛定諤的貓有幾個問題,我沒看到誰給出解釋。

首先,貓是知道自己的狀態,是死是活。

其次,我們如果用一個全視角,貓的狀態其實是確定的,但人不知道。

再次,人不知道貓的狀態,但實際上貓的狀態還是確定。

最後,這是西方哲學的一個問題,強調我的存在。

人類從地心說到日心說,到現在的認知宇宙說,我觀測不觀測,宇宙都在這裡。

原來的人不知道宇宙,那並不是宇宙的問題,他們也不能說宇宙處於既死又活的狀態,實際上也是睜著眼睛說瞎話。

宇宙或貓的狀態,並不是由觀測者去決斷,觀測者也只是反應了宇宙,並不能決定宇宙。

這就是為什麼說西方哲學的一個問題,過於強調我的存在。

像這種提法有很多,笛卡爾的我思故我在,其實你思不思與你在不在沒有本質必然的關係,你在的時候,也不會無時不刻在思考。

像尼采,我是太陽。如果尼采知道銀河系有千億級的恆星,太陽並不算太大。宇宙還有千億級的星河系,我不知道尼采會有怎麼的想法,按中國人的話,別吹牛B了。

過於強調我,容易自大自狂,但其實我還是什麼都不是。

在人群不過幾十億分之一,對於地球開始就忽略不計,對於宏觀宇宙,我根本就不存在。對於微觀,我也不存在,只是一堆粒子群,還時刻與外界發生著交換。


在路上61281823


很多講平行世界的科幻片,都會提到量子力學和薛定諤的貓。量子力學,微觀粒子的不確定性。簡單的說,拋一枚硬幣,蓋住。經典物理學的經典解釋是50%向上50%向下。量子力學就不能這樣解釋了,在宏觀世界裡,在你蓋住硬幣的時候,正反已經確定了,跟你看沒看沒關係。在微觀世界裡,粒子不確定性是本身屬性,它就是不確定的,正反面是同時存在的,是疊加態。聽懂了吧,什麼?不懂?

薛定諤表示,哦,我懂了。然後做了那著名的實驗。一個黑箱子,一隻貓和一套因放射性物質弄死貓的裝置。放射性物質原子一半的概率衰變,衰變,貓死。不衰變,貓活。薛定諤說,“按照你那理論,現在這隻貓應該是既死又活的疊加態了,怪不得被後人稱之為神獸,呵呵。”

薛定諤的貓,是嘲諷量子力學概念的不完善!薛定諤崇拜愛因斯坦,愛因斯坦到死都不承認量子力學。


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