一隻捉弄物理學家的貓-------薛定諤的貓

芝諾的烏龜:縮地成寸,時空雙修。拉普拉斯妖:明察大道,推演萬物。麥克斯韋妖:逆亂陰陽,操作變化。薛定諤的貓:製造宇宙,超越生死。

埃爾溫·薛定諤(Erwin Schrödinger,1887年8月12日—1961年1月4日),奧地利物理學家,量子力學奠基人之一,發展了分子生物學。維也納大學哲學博士。蘇黎世大學、柏林大學和格拉茨大學教授。在都柏林高級研究所理論物理學研究組中工作17年。因發展了原子理論,和狄拉克(Paul Dirac)共獲1933年諾貝爾物理學獎。又於1937年榮獲馬克斯·普朗克獎章。

一隻捉弄物理學家的貓-------薛定諤的貓

埃爾溫·薛定諤


薛定諤在德布羅意物質波理論的基礎上,建立了波動力學。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。頗有諷刺意味的是,儘管為革命性的量子力學作出了基礎性的貢獻,薛定諤本人的初衷卻是恢復微觀現象的經典解釋;而更令人稱絕的是,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。

薛定諤提出“薛定諤的貓”思想實驗的初衷並不是要證明什麼,而是單純的表達對波恩統計解釋的不滿,並對哥本哈根詮釋(哥本哈根的幾率詮釋的優點:只出現一個結果,這與我們觀測到的結果相符合)進行諷刺。只不過無心插柳柳成蔭,“薛定諤的貓”將微觀和宏觀聯繫在一起,把量子行為拓撲到宏觀世界,並以此求證觀測介入時量子的存在形式。同時,此實驗成功的使問題從討論微觀不確定拓展到宏觀不確定,客觀規律不以人的意志而轉移,貓的“死”和“活”同時存在違背了宏觀世界的邏輯思維。

一隻捉弄物理學家的貓-------薛定諤的貓

薛定諤的貓


設想在一個封閉的匣子裡,有一隻活貓及一瓶毒藥。當衰變發生時,藥瓶被打破,貓將被毒死。按照常識,貓可能死了也可能還活著。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,我們不可以認定貓的“死”或者“活”。

要等到打開容器看貓一眼才決定其生死。(請注意!不是發現而是決定,僅僅看一眼就足以致命!)正像哈姆雷特王子(引用自莎士比亞的名言)所說:“生存還是死亡,這是一個問題。”只有當你打開盒子的時候,疊加態突然結束(在數學術語就是“波函數坍縮(collapse)”),哈姆雷特王子的猶豫才終於結束,我們終於知道了貓的確定狀態。

一隻捉弄物理學家的貓-------薛定諤的貓

薛定諤方程


量子力學作為20世紀最有突破的科學成就之一,也是最具爭議的科學之一。“薛定諤的貓”很好的闡述了這一現狀。人們不能接受量子力學是因為它的不確定性。對於傳統的物理學來說,只要找到了事物之間相關的聯繫,就能在每時每刻確定,事物之間相關的物理數據,比如說,物體運行距離等於物體的速度乘以物體運行的時間,只要知道物體的速度,你每時每刻都能計算出物體運行了多遠,然而海森堡提出的量子不確定性原理使得你無法預知一個微觀粒子未來的狀態。正如愛因斯坦所說的:上帝不玩骰子,但是量子力學讓我們不得不相信,上帝似乎是玩骰子的!


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