薛定諤的貓的真正意義是什麼?

窮出不止視頻


薛定諤提出的貓的理想實驗並不是要證明什麼,而是表達對波恩統計解釋的不滿。

微觀世界中物質的運動並不能用牛頓力學去描述。德布羅意給出物質波的概念後,德拜對薛定諤說“既然是波,怎能沒有波動方程?”沒想到薛定諤幾個月後真的給出了一個波動方程,這就是大名鼎鼎的薛定諤方程。這個方程能夠很好的描述微觀世界中粒子的運動,其在量子力學中的地位足以和牛頓第二定律在經典力學中的地位相媲美。薛定諤也因這個方程拿到了諾貝爾物理學獎。

薛定諤方程不是推導出來的,更像是拼湊出來的。儘管薛定諤方程非常優美地解決了微觀粒子的運動,這方程的背後還有基本的問題困擾著物理學界。薛定諤給出了方程,但是他本人也不知道這個方程的意義是什麼。後來波恩給出了統計解釋,認為波函數模的平方代表空間某個位置找到粒子的幾率。波恩的解釋和實驗非常吻合,波恩也因此拿到了諾貝爾物理學獎。

不過也有一些物理學家對波恩的解釋不滿,愛因斯坦的那句“我不相信上帝在擲骰子”就是對幾率解釋的不滿。薛定諤本人也不滿波恩的解釋,為了反駁波恩,薛定諤設計了一個至今仍困擾物理學界的“薛定諤的貓”的理想實驗。

實驗大體是這樣的,把一隻貓裝進一個封閉不透光的箱子裡,箱子裡還有一個放射性原子,一個粒子探測裝置,一瓶劇毒物質,一把錘子。如果放射性物質發生衰變,粒子探測器就能接收到衰變放射出的粒子,然後發出信號讓錘子打碎裝著劇毒物質的瓶子,這樣貓就必死無疑。如果粒子不衰變,貓就會活著。也就是說貓的狀態由粒子是否衰變決定,貓存在兩種狀態,活態和死態。按照量子力學的態疊加原理,物理學家在測量貓的狀態前,貓就處在活態和死態的疊加態,只有打開箱子測量的時候,貓才會塌縮到本徵態,只能測量到活態和死態中的一種。這是和常理格格不入的,薛定諤就是用貓實驗將微觀和宏觀聯繫在了一起,把量子行為拓展到了宏觀世界。

隨著進一步的討論,有人還用多重宇宙解釋薛定諤的貓,也有人將薛定諤的貓比作陷入愛河時的躊躇不定。薛定諤的貓也因此收穫了更大的市場。不過,人們正不斷努力試圖做出宏觀下薛定諤貓的實驗,卻無法看到怎樣去檢測是否存在多重宇宙。量子力學的隨機不是決定論,也正因此,人活著才能享受拼搏、奮鬥帶來的驚喜。


刁博


薛定諤貓是奧地利物理學者埃爾溫·薛定諤於1935年提出的一個思想實驗。通過這思想實驗,薛定諤指出了應用量子力學的哥本哈根詮釋於宏觀物體會產生的問題,以及這問題與物理常識之間的矛盾。

薛定諤自己是這樣描述薛定諤的貓的實驗的:

把一隻貓關在一個封閉的鐵容器裡面,並且裝置以下儀器(注意必須確保這儀器不被容器中的貓直接干擾):在一臺蓋革計數器內置入極少量放射性物質,在一小時內,這個放射性物質至少有一個原子衰變的概率為50%,它沒有任何原子衰變的概率也同樣為50%;假若衰變事件發生了,則蓋革計數管會放電,通過繼電器啟動一個榔頭,榔頭會打破裝有氰化氫的燒瓶。經過一小時以後,假若沒有發生衰變事件,則貓仍舊存活;否則發生衰變,這套機構被觸發,氰化氫揮發,導致貓隨即死亡。用以描述整個事件的波函數竟然表達出了活貓與死貓各半糾合在一起的狀態。

薛定諤的貓是一個非常著名的物理思想實驗。它的意義也是非常顯著的。要知道,在量子力學發展的歷史中,很多物理學家對量子力學的怪異感到難以接受和適應。微觀粒子的位置和動量不能同時精確測量,粒子可以同時處於不同的狀態。相距遙遠的兩個粒子之間的量子糾纏可以瞬間傳播。面對這些大量違背直覺的結論,當時的物理學家普遍採取一種“實用主義”的態度。即一切以符合實驗數據為主,將量子現象看著只有在微觀世界才會出現的既有結論強行接受,迴避甚至拒絕思考量子物理背後的物質實質和理論的基礎。

薛定諤的貓出現之後,量子力學中怪異的疊加狀態居然一下從微觀世界跑到了宏觀世界,讓貓處於生和死的疊加態!這個思想實驗的意義也正在此處:它將物理學家們狼狽地逼入死角,逼著他們去思考和完善量子理論所存在的問題。


低熵製造機


薛定諤的貓是個比喻,為了解釋量子力學的疊加態。

量子力學是描述微觀世界的規律。微觀世界之小,小得出人意料。原子的大小是10的-15次方米,原子核的大小是10的負18次方米。我們平常所能看到的一切,哪怕是最小(最短)的任何東西里面都有不是成千上萬。而是數以億億計的原子或分子。

疊加態的意思是,一個粒子在同一時間可能處於兩種不同的狀態。在我們的宏觀世界也是顯然是不可能的。比如一個彈珠顯然要麼在坑裡,要麼在坑外。要麼在這裡,要麼在那裡。不可能同時既在這裡,又在那裡。但是在量子世界裡,一個電子,在原子核周圍的位置,卻是雲狀分佈的,他可能處於這個電子雲的任何位置。

當然,當你去觀測這個電子的時候,一次觀測結果顯然只能有一個。這也並不意味著之前它只處於這一個位置。因為在觀測這時候我們必須用一個探針,比如一個光子去打他。這個光子也是攜帶一定能量的,因此,在觀測的同時,我們實際上已經改變了他的性質。

這個規律顯然是很難理解的。所以當科學家們剛發現量子世界的時候,對它的規律同樣是大惑不解的,有的科學家甚至拒絕承認某些規律的真實性,比如著名的科學家普朗克和愛因斯坦。所以薛定諤發明了“同時處於生和死兩種狀態的貓”這個比喻,來解釋這種(兩種不同性質同時存在的)疊加狀態。嗯,盒子關閉的時候,相當於我們還沒有對它進行觀測,處於未被打擾的狀態。這是他既是活著的又是死的(注意並不是可能活著或者可能死了)。我們打開盒子的這個動作,也就是對它進行測量,相當於,從外界介入了他的狀態,他的狀態被改變了,從而坍縮到一種狀態,或者是活著的,或者是死的。

科學對我們這個世界的影響很大,但是我覺得跟人生的態度並沒有那麼直接的關係。科學技術的產品,每個人都用到,但依然有很多人拒絕承認科學規律的真實性,也有很多人拒絕承認科學對世界觀宇宙觀人生觀的價值。尤其是科學的規律,只是默默的存在,並且運行著,它並不直接打擾我們個人對於人生意義的看法。科學家們也並不代表他們都只有一種看法,或者同一種生活方式。這個世界是豐富多彩的,對於世界和人生的看法是多種多樣的,多瞭解一點科學,有助於我們深刻的去認識這個世界的本質,對於人生肯定有幫助。但是這個世界是非常複雜,而且組成多樣的,學習科學也並不是唯一的方式,研究科學也不是唯一的生活內容。人生意義究竟是什麼樣的?主要還是,每個人有自己的看法,科學對此並沒有作出任何規定。


松鼠老孫


相信很多人對薛定諤的貓的理論瞭解都是來自《生活大爆炸》這部美劇。在這部劇裡,Penny就自己是否要和萊納德交往這個問題諮詢了謝耳朵,謝耳朵在回答她的問題時引用了這個理論。但是penny顯然一臉困惑。

這個理論是一個理想狀態下有關量子理論的實驗。科學家薛定諤把一隻貓放進一個不透明而且密閉的盒子裡,盒子裡有一個盛有毒氣的玻璃瓶和一個放射性原子核構成的理想裝置。一個小時之內,這個原子核有50%的可能會發生核衰變,一旦衰變,這個毒氣瓶就會被打開導致貓死亡。但是你如果不打開盒子,你就不知道貓是活著還是死了。所以在打開盒子之前,這個貓既有可能是死的也有可能是活得。

我想謝耳朵引用這個理論,應該是想告訴penny,如果不去嘗試和萊納德在一起,就不會知道他們兩適不適合在一起。

但是這個理論的真正意義是什麼?要從薛定諤以及量子力學說起。

薛定諤(E.Schrodinger ,1887—1961)是奧地利著名的物理學家,也是量子力學的創始人之一,曾獲1933年諾貝爾物理學獎,薛定諤的貓是他在1935年提出的關於量子力學的一個佯謬。這些年來許多物理學家絞盡腦汁,試圖解開這個佯謬。直到最近經過一系列精巧的實驗,這個問題才逐漸有了眉目。2000年7月,《自然》報道了最新的實驗結果。

量子力學是有關電子、原子等微觀粒子的理論,它所揭示的微觀規律與日常生活中看到的宏觀世界很不一樣。原子的大小是10的-15次方米,原子核的大小是10的負18次方米。我們平常所能看到的一切,哪怕是最小(最短)的任何東西里面都有不是成千上萬。而是數以億億計的原子或分子.

薛定諤的貓,則是描述量子力學“疊加態”的一個假設。

疊加態,指的是一顆粒子在同一時間可能處在兩種不同的狀態裡。在宏觀世界裡,這是不可能的。比如一個人不可能既在家中又在屋外。但是在量子世界裡,一個電子,可能處於這個電子雲的任何位置。就好比,一個人在家中何處是不確定的。你看他一眼,他可能在任何地方——客廳、廚房、餐廳、臥室或書房都有可能;在你看他之前,就無處不在。

這個規律明顯是難理解的,有的科學家甚至拒絕承認某些規律的真實性,比如著名的科學家愛因斯坦。所以薛定諤的這個虛擬實驗,更像是一個“同時處於生和死兩種狀態的貓”的比喻,來解釋這種(兩種不同性質同時存在的)疊加狀態。是一種現象的描述,而不是什麼理論或者原理。

這個理論聽起來有點像中國“方生方死”的詭辯論。但是這是宏觀上的表達。量子力學是關於微觀世界的物理,它的準則可能與我們所熟知的物理完全不同。

需要注意的是,在這個實驗中,盒子關著的時候,我可以看作還沒有對它進行觀測。打開盒子的這個動作,從宏觀上說可能只是“看一眼”的動作,不會發生什麼變化,在微觀裡就是對它進行測量,相當於,從外界介入了它的狀態,他的狀態被改變了。

從這個理論可以看出:一切事物的狀態都不是確定的,除非進行觀測。也就是謝耳朵對penny說道這個理論的初衷。愛因斯坦認為,量子力學只不過是對原子及亞原子粒子行為的一個合理的描述,這是一種唯象理論,它本身不是終極真理。


鎂客網


舉個現實中宏觀的例子,你就能知道“薛定諤的貓”有多麼讓人匪夷所思了!

你呆在家裡的客廳裡,同時你的臥室裡有一臺電腦,你知道那臺電腦肯定在那裡,因為你之前一直在用它!

但按照量子理論的解釋,你的電腦可能性比那裡,也可能不在那裡(比如在月球上),幾率各有一半。你可能會提出質疑:明明就在那裡,怎麼可能不再那裡呢?

量子力學的回答是:你不看(並非一定用眼睛看,包括監測,觀測等手段)怎麼知道桌子在那裡?

而當你真的看看電腦確認真的在那裡的時候,電腦就從“在和不在”的疊加態坍縮“本證態”,也就是坍縮為“在”的狀態!

當然,以上只是宏觀世界一個形象的例子,更好地讓我們理解量子理論的神秘!

薛定諤的貓講的就是類似的思想實驗,在這個實驗裡貓的存在狀態既是死的也是活的,但並非是死的或者活的,而是“死和活”的疊加態。但你觀看貓到底是死是活時,你的觀察行為讓結果坍縮為是死的或者活的!

這說明了量子世界的詭異現象,不確定性和疊加態,微觀世界裡粒子可以同時出現在兩個地方。這種詭異的現象當然只出現在微觀世界,所以這並不意味著我們的人生毫無意義!


宇宙探索


答:“薛定諤的貓”的試驗,說明了量子力學很有可能是不完備的。

詳解:首先這是個思想實驗,而且科學界至今沒有讓人信服的解釋,我回答“不完備”也是基於愛因斯坦的立場,如果直接給肯定回答是沒有意義的,不過我們可以看看幾個詮釋,然後自己判斷哪個解釋更合理。

我們先來看看這個思想實驗的歷史吧。

“薛定諤的貓”是由奧地利物理學家薛定諤,於1935年提出的有關貓生死疊加的著名思想實驗,薛定諤是愛因斯坦的追隨者,為了指出量子力學的不完備性,它精心設計了這個思想實驗,該實驗直指量子力學不確定性原理到宏觀過渡的邊界問題。值得一提的是,雖然薛定諤極力反對哥本哈根詮釋,但是他提出的薛定諤方程,卻成了哥本哈根詮釋的基本方程之一,看來科學家對科學的貢獻,從來就不以科學家的站隊來區分,就如愛因斯坦對量子力學的貢獻一樣,科學總是在泥濘的道路上,磕磕碰碰地行徑,而科學家們,正是鋪平道路的先驅者,雖然偶爾會走錯路,但是每個時代,總會出現超越他那個時代的天才,把科學帶回正確的道路上。

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,在盒子裡面,必將發生“貓活下來”和“貓被毒死”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。但是在量子的世界裡,當盒子處於關閉狀態,整個系統則一直保持不確定性的疊加態,即貓活和貓死的疊加,一旦我們打開盒子觀察,波函數坍塌,疊加態的貓又回到經典物理學,這是哥本哈根詮釋的必然結果。

該實驗一提出來,愛因斯坦興奮不已,心想終於攻擊到量子力學的軟肋了,並洋洋得意地,對波爾拋去一句極具諷刺的話“難道我們不看月亮時,月亮就不存在”!

此時,波爾對愛因斯坦的的反駁已經習以為常了,剛開始並未覺得這個實驗有什麼特別之處,或許又是愛因斯坦搞得什麼鬼名堂。不過當他仔細研究該問題時,就發現問題大了。該思想試驗,成功地把微觀的不確定性帶到宏觀世界,我們看一眼就足以決定貓的生死(注意不是發現,而是決定),在打開盒子前,波函數瀰漫在整個封閉系統中,其中的貓也不例外,世界萬物都有量子組成,每個量子都存在不確定性,那麼組成宏觀物質的實體,也是眾多不確定性的疊加,包括整個月球,當我們用波動力學去描述月球時,月球似乎也被概率包圍,雖然概率很小很小,但是波函數下的月球,確實有消失的可能性(概率小到從宇宙誕生到結束,再進行幾個輪迴都不太可能發生),但是數學中不能忽視這個概率,這也正是愛因斯坦的月球比喻,正中量子力學要害的原因。

哥本哈根詮釋對於這個思想實驗的解釋,似乎也不想觸及“客觀規律不隨人的意志為轉移”,只是委婉地解釋到:在打開盒子的瞬間,瀰漫在盒子中的波函數坍塌,波動力學方程可以精確預言所有可能性。

該實驗只是思想實驗,無法具體實施,所以一直處於爭論,好消息是近年,有科學家在實驗室,做出了相類似的實驗,當然不是用“貓”做實驗,而是科學家發現了某些粒子存在疊加態,既相當於這個實驗中的“半死半活的貓”。

為了解釋這個不可思議的思想實驗,科學家提出各式各樣解釋,比如平行宇宙詮釋,導航波詮釋等等,其中“平行宇宙理論”被大量影視作品引用而被大眾熟知。

它描述到,我們的每次選擇,宇宙就分裂成兩個宇宙,一個宇宙的貓活了下來,一個宇宙的貓死了,至於我們看到的是哪種情況,完全取決於我們存在於哪個宇宙。

該解釋的優點是:波函數從未坍塌,薛定諤方程始終成立。但是我們的每次選擇,宇宙就進行一次分裂,牽一髮而動全身,有點難以接受,但是比起波函數坍塌,貝爾不等式實驗,哪個沒有讓人不安呢!至於誰對誰錯,至今沒有定論。

存在或者不存在,這是關鍵所在!或許莎士比亞早已參透這一切。


聲明:答案截取於本人2017年10月14日發佈的文章《違反常識的五個量子力學實驗(下)》的部分內容,由於很適合回答這個問題,所以我稍作修正,用來作為這個問題的答案,大家可以參看以上說法,得出自己信服的解釋。

好啊!這個回答就到這裡,喜歡我們的讀者朋友,可以點擊關注我們!謝謝


艾伯史密斯


其實,薛定諤的貓的假說的真正意義在於用我們大家都能接受但又沒辦法理解的現實現象解釋了我們無法瞭解也無法理解的量子學。

好吧,說得通俗點就是,為了讓我們這類一問三不知的智障低能人類(相對於薛定諤這一類的高能玩家)能夠理解薛定諤他們玩的到底是啥,而整出來的一個通俗的比喻而已。

舉個例子吧,你的那個在農村的爺爺不明白什麼是電腦,但知道算盤,你跟你爺爺說,電腦就相當於是好多好多個算盤,不過不是用人撥的,而是用電弄的,這樣你爺爺就能理解了。

薛定諤的貓的意義就是這個,讓完全不懂量子學的人能夠大致知道量子學的意義,僅此而已,根本不能解釋量子的疊加態什麼的。跟愛因斯坦用火爐理論來解釋相對論(愛因斯坦表示我沒說過),華羅庚用水桶理論解釋統計學,霍金用黑洞解釋時間簡史,牛頓用蘋果解釋重力一個道理。

沒辦法,說真實的理論我們又不懂,怎麼辦,只能舉個我們以為我們能夠理解的例子,不然我們這種低等人類是完全不能理解高端物理學家在玩啥了。


最後我強調一點,那就是薛定諤的貓並沒有任何物理意義,這僅僅就是物理學大能們為了讓我們原始人能夠了解他們工作的意義的一個簡單現實例子而已,也僅此而已!


Double豆科技


薛定諤的貓的思想實驗,說明了“存在”的真正意義,存在是人的意識的結果,具體說存在的人感應到的信息,如果沒有獲取信息,則沒有存在,沒有“先驗”的存在。


存在是指人獲取了感應信息,也就是那句著名的“你不看月亮,月亮真的不存在”。關於存在,這個概念也在不斷進化發展中,原本最早的存在,對於所有動物,一定是他們感應到的;再到人出現了“觀念”思維能力,存在這個概念變成了“共識信息”,既包含感應共識信息,也包含抽象共識信息,即會把當時群體人的共同認可的信息當作存在,如宗教時代,會把神當作存在,哲學時代,會把“物質”當作真實存在;科學時代早期至今,會把科學概念當作真實存在。但是科學發展到量子理論出現的時代,這種存在的定義發生了衝突:

存在,應該是去除抽象信息的感應信息的群體性共同認可。即存在,一是感應信息,二是群體性共同認可,缺一不可。

我認為別看這個總結,或許是與人擇原理相通的。

薛定諤的貓是一個思想實驗:一隻貓被封在一個密室裡,密室裡有食物有毒藥。毒藥瓶上有一個錘子,錘子由一個電子開關控制,電子開關由放射性原子控制。如果原子核衰變,則放出阿爾法粒子,觸動電子開關,錘子落下,砸碎毒藥瓶,釋放出裡面的氰化物氣體,貓必死無疑。原子核的衰變是隨機事件,物理學家所能精確知道的只是半衰期——衰變一半所需要的時間。如果一種放射性元素的半衰期是一天,則過一天,該元素就少了一半,再過一天,就少了剩下的一半。物理學家卻無法知道,它在什麼時候衰變,上午,還是下午。當然,物理學家知道它在上午或下午衰變的幾率——也就是貓在上午或者下午死亡的幾率。如果我們不揭開密室的蓋子,根據我們在日常生活中的經驗,可以認定,貓或者死,或者活。這是它的兩種本徵態。

如果我們用薛定諤方程來描述薛定諤貓,則只能說,它處於一種活與不活的疊加態。我們只有在揭開蓋子的一瞬間,才能確切地知道貓是死是活。此時,貓構成的波函數由疊加態立即收縮到某一個本徵態。量子理論認為:如果沒有揭開蓋子,進行觀察,我們永遠也不知道貓是死是活,它將永遠處於半死不活的疊加態,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。

首先需要明確一點,薛定諤的貓是一個思想實驗,是通過建立一個宏觀事物來表達微觀屬性。


區塊牛創始人朱文武


薛定諤的貓,很多人把它說成是一個思想實驗,用來說明,或者證明量子力學的疊加態理論。或者,有人乾脆就把它理解為,量子力學理論在宏觀領域的推廣。所有這些說法,是完全不瞭解歷史,完全不瞭解薛定諤和他的“貓”。甚至可以說,基本上是胡說八道!

薛定諤講貓的故事,其實是用來諷刺,或者反駁玻爾等人提出的量子疊加態和波函數的概率解釋。量子糾纏(這個名稱也是薛定諤取的)也是愛因斯坦、薛定諤等反對哥本哈根學派的一幫人,設想的用來反駁玻爾等人的一種概念,現在也成了量子理論的明星。按照薛定諤關於“貓”的故事,如果玻爾的量子力學詮釋成立,那勢必就會有一個不死不活的貓,不是不知道死活,而是本來就不死也不活,愛因斯坦和薛定諤認為這不合常理,玻爾說不合常理有什麼關係,只要理論完備,無懈可擊就行,再說常理未必就對!甚至可能根本就“不存在什麼量子世界”(玻爾名言)。

量子力學最大的詭秘之處,其實就是那個作為理論基礎的薛定諤方程,滿足薛定諤方程的那個ψ,大家公認是波函數,但是玻爾他們堅持認為波函數是概率性的,而薛定諤方程的創立者薛定諤到死都不認可這個概率性,他始終認為無法理解是一個概率函數滿足他的方程,他講的那個“貓”就是這樣產生的,那來的什麼思想實驗。

至少在數學邏輯上,這非常荒唐,推導一個方程,居然不知道滿足方程的是什麼?任何方程,就是一個平衡關係(等量關係),滿足方程的那個東西,可能是個未知量,但是總是可以根據某種規律(比如物理規律)建立起平衡關係,這樣才有方程。因此至少你必須知道它滿足的某種規律,如果連它是什麼東西都不知道(未知量不是不知道什麼東西,而是不知道它的量是多少),怎麼知道它符合那個規律,方程又怎麼建立。所以薛定諤無法接受那個波函數的概率解釋,這也充分說明,當初薛定諤推導方程時,根本就不考慮波函數的什麼概率性。只是後來,大家都認可玻爾、波恩、海森堡他們,至於為什麼都認可玻爾他們的解釋,據說得到實驗的支持,但是就波函數滿足薛定諤方程而言(這不可能用實驗檢驗,因為它存屬數學問題),玻爾等人只能把它作為量子力學的基本假設之一(從數學的角度,這也很不合邏輯,這樣的一個前提,就數學而言是不具備公理性的,不能成為基本假設)。然後就是現在這個樣子,薛定諤的貓反而被許多人,津津樂道的用來證明玻爾等人的觀點,變成了典型的糊塗公案!


zcjing


薛定諤的貓,最初由薛定諤提出。這是一個實驗,過程是這樣的:一隻貓放在一個封閉、不透明的盒子裡,盒子裡有一瓶毒氣,毒氣上面有一個錘子,它被一個東西固定住,它需要粒子加速才能鬆動。如果這個東西沒有感受到粒子加速,它就不鬆動,貓活。感受到則反之。而盒子裡剛好有一個粒子加速器,它有可能會發射粒子,貓就死了。如果沒有,貓就活了。
薛定諤的意思是,如果不查看盒子,就不知道貓是死是活。所以這個貓就是又死又活的,聽起來很荒謬,但是事實就是這樣。所以量子糾纏很荒謬。這個時候,哥本哈根就提出了平行宇宙,他說:“這種情況會有兩個宇宙,一個宇宙貓是活的,另一個宇宙貓是死的。而我們做事情的結果會分裂成許多宇宙,導致結果不一樣,而這些宇宙都會因為事情而增多,這就是平行宇宙。”


分享到:


相關文章: