03.02 如何理解“薛定諤的貓”?

向日葵154191771


薛定諤的貓誕生於1935年,是薛定諤提出的荒謬的思想實驗。

薛定諤為了反對玻爾等提出的量子力學哥本哈根詮釋,設計出了這個半死不活的貓來嘲諷,這個無法完成的思想實驗,把微觀的不確定擴展到宏觀的不確定,給玻爾等人帶來極大的困擾。

當時以玻爾為首的哥本哈根學派提出觀測對微觀粒子的影響,例如著名的電子雙縫實驗,當施加觀測時,波函數的疊加態會突然坍縮成一個結果,電子的波動性消失,只會顯示出粒子性。

這種波函數坍縮解釋,是薛定諤無法接受的,他在一篇文章中提出了著名的薛定諤的貓思想實驗,來試圖用宏觀物體狀態不確定來反諷玻爾等的解釋。

薛定諤是這樣構思這個思想實驗的:

假想把一隻貓關在一個密閉的盒子裡,裡面同時放上毒氣瓶和放射性元素,放射性元素如果衰變,就可以觸發毒氣瓶的電子開關,毒死小貓。由於反射性元素的衰變是不確定的,導致我們在實驗期間,不確定裡面元素是否衰變,這樣放射性元素處在衰變和非衰變的疊加態,導致裡面假想的小貓也處在生死的疊加態,從元素衰變的微觀不確定轉移到荒謬的宏觀不確定。直到打開盒子的一瞬間,疊加態才會消失,確定貓的生死。

當然這個實驗是假想和荒謬的,用意是對玻爾哥本哈根詮釋的諷刺

玻爾等認為討論宏觀物體是沒有意義的,根據他們的理論,如果不進行觀察,確實無法知道貓的生死,這個貓在觀察前只能是半死不活的疊加態。

莫名走紅的薛定諤的貓

當然薛定諤的貓這個思想實驗,無法實際進行,也無法實驗驗證。有意思的是,這個荒謬的想法,卻莫名的走紅了,引起了量子物理之外很多人的討論。面對這個薛定諤近似無賴的碰瓷,把微觀粒子推廣到宏觀物體的偷換概念,玻爾等只能無奈的解釋:按我們的理論,那個貓在未打開盒子時,只能是有死有活,在觀測的一瞬間,小貓的生死狀態才會坍縮成一個具體的生或死。

薛定諤的貓引發的平行宇宙相關解釋,

貓在盒子裡有生死各一半的概率,當打開盒子的瞬間,貓隨著微觀粒子的概率分佈,進入到兩個平行世界,在一個世界裡,小貓悲慘的死去,在另一個世界小貓依然健康的活著。但是,這兩個世界是完全獨立的,一個世界無法感知另一個世界所發生的。

這種平行宇宙理論,當然也只是理論上的假想,無法通過實驗驗證真偽。

量子實驗室,專注科學問題,歡迎評論和關注。


量子實驗室


“薛定諤的貓”是由奧地利物理學家薛定諤於1935年提出的理想實驗的名字,它描述了量子力學的真相:粒子的某些特性無法確定,直到測量外力迫使它們選擇


整個實驗是這樣進行的:在一個盒子裡有一隻貓,以及少量放射性物質。在一小時內,大約有50%的概率放射性物質將會衰變並釋放出毒氣殺死這隻貓,剩下50%的概率是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。但在量子力學的怪異世界裡,貓到底是死是活都必須在盒子打開後,外部觀測者“測量”具體情形才能知曉。當盒子處於關閉狀態,整個系統則一直保持不確定性的狀態,貓既是死的也是活的。


這個略顯殘酷的思想實驗,其實是薛定諤對量子力學中哥本哈根學派的反擊。

雙方的 battle 是這樣的——薛定諤創建了波動方程,能夠嚴謹而自恰地解釋微觀粒子系統,著名的薛定諤方程在量子物理中的地位,如同宏觀物理中的經典力學牛頓三大定理一樣重要。


薛定諤認為,波函數是空間分佈函數,微觀粒子就像波一樣,在空間中按照波函數的規律排列。哥本哈根學派的代表人波恩卻不這麼看。他將波函數視為隨機的概率,它代表的不是微觀粒子的具體位置,而是在某個位置出現的概率,這些概率形成的概率波按照波函數發展。


薛定諤對“哥本哈根詮釋”很不滿,於是要用薛定諤的貓來證明這種詮釋的荒謬性:你們不是說原子的衰變是隨機的,原子處於既衰變又不衰變的狀態嗎?那就會有一隻既活又死的貓咯?這怎麼可能!貓的狀態肯定是要麼活,要麼死,並且在我們打開盒子之前就被決定好了。


而對此,“哥本哈根詮釋”如是說:“在被觀測之前,量子的屬性處於不確定狀態,即所有屬性的可能性的疊加態;而在對量子進行觀測的瞬間,量子的疊加態塌縮為一種結果,即變為固定態。”


“哥本哈根詮釋”如今已是量子物理學界的主流,也是大學教育中最常用的詮釋。


超級數學建模


薛定諤的貓是科學史上最著名的思想實驗,圍繞它的爭論直到現在也沒有結束。這是一個把量子力學應用到宏觀世界時出現的神奇悖論。


疊加態

我們知道:量子的世界非常神奇,在量子的世界裡,確定性被概率取代了,無論是粒子的位置、能量還是速度,都處於一種不確定的狀態之中。

例如:氫原子是由原子核和核外的一個電子組成的,電子會圍繞原子核高速運動。最初波爾在解釋氫原子時,認為氫原子的電子存在不同的軌道。但是他發現這種理論只對氫原子有效,稍微複雜一點的原子都無法解釋。後來人們終於發現:電子並不存在確定的軌道,他的空間位置是隨機的,於是人們畫出了電子雲,表示氫原子中的電子出現在各個不同位置的概率。

在德布羅意提出物質波的概念之後,波恩通過概率說解釋了物質波和波函數的含義:波函數表示量子系統中某個事件的概率。


比如波函數ψ(r,t)表示一個隨著位置r和時間t演化的波函數,那麼|ψ(r,t)|的平方就表示在位置r和時刻t找到粒子的概率。波爾等人認為這種觀點是正確的,人們把這種對於波函數和量子力學基本問題的解釋稱為哥本哈根詮釋。


更為神奇的是:因為量子系統的概率詮釋,我們在沒有進行觀測時,不能確定一個例子的位置和速度等信息,因此量子系統就處於一種疊加態。例如粒子既可能在A處,也可能在B處,它就處於A和B兩處的疊加態;一個原子核可能衰變也可能沒有衰變,它就出於衰變和未衰變的疊加態。


我們要知道這個粒子到底處於A還是處於B,或者要知道一個原子核到底衰變了沒有,就需要進行觀測。我們可能發現粒子在A處,也可能發現粒子在B處,我們稱為疊加態坍塌成了本徵態。似乎,我們的觀測是會影響結果的,因為在觀測之前, 粒子究竟在哪裡是不確定的,而觀測之後,粒子立刻選擇了A位置或B位置,這個過程就是在我們觀測的一瞬間發生的。而且從此之後,粒子的狀態就確定了。


這種觀點與宏觀世界是相違背的。比如我們到酒吧裡去喝酒,服務員為我們倒了一杯酒,可能是啤酒,也可能是葡萄酒,我們可以通過品嚐知道這杯酒是什麼,然而,就算我們不去品嚐,我們也知道這杯酒一定要麼是啤酒要麼是葡萄酒,雖然我們不知道這杯酒是什麼,但是服務員知道。就算服務員也不知道,我們何時品嚐,或者誰來品嚐,這杯酒的測量結果都不會有不同。因此宏觀世界不是處於疊加態,而是處於一個個本徵態的。

但是量子世界裡的酒卻不是這樣。這杯酒處於啤酒和葡萄酒的疊加態,既有可能是啤酒,也有可能是葡萄酒。現在不光世界上任何一個人都不知道這杯酒是什麼,而且在不同的時刻,不同的人來品嚐這杯酒,結果都可能不同。


薛定諤的貓

由於量子力學中有太多與常識相違背的結論,所以許多人對量子力學產生了懷疑。許多人認為量子力學是一個不完備的理論,它只是一個更深刻的物理結論的某一個側面。這其中就包含著量子力學的許多創立者,如愛因斯坦說“上帝不擲骰子”,薛定諤也提出了薛定諤的貓。

奧地利物理學家埃爾溫·薛定諤是量子力學的奠基人之一。他在1926年提出了薛定諤方程,用以描述量子態的波函數隨著時間的演化,並獲得諾貝爾獎。

但是,他卻認為量子力學並不是一個完備的理論。尤其是:在宏觀世界中會有許多與量子力學相違背的事實。他為了把這個事實描述的更加清晰,就提出了薛定諤的貓這個最讓物理學家們頭疼的思想實驗。


把一隻貓關在一個封閉的鐵容器裡面,並放入少量的放射性物質。這些物質在一小時內有50%的概率發生衰變,還有50%的概率不發生衰變。如果物質發生了衰變,旁邊的探測器會探測到,這樣會通過一個裝置啟動一個榔頭。榔頭會打碎一個裝有有毒物質的瓶子。瓶子裡的有毒物質擴散到容器裡,就會把貓毒死。如果物質沒有衰變,那麼有毒物質不會擴散,貓就活得好好的。


由於量子系統處於疊加態,因此在人們沒有打開盒子看的時候,這些放射性物質處於衰變和沒有衰變的疊加態之中,這就使得這隻貓處於一種既活又死的疊加態之中。只有打開盒子進行觀測,在這一瞬間疊加態會瞬間坍塌成本徵態,這隻貓就從一個既死又活的狀態立刻變為活的或者死的貓。

有人可能會認為:不打開盒子也沒關係,我們可以在盒子上安裝一個玻璃看著這隻貓啊。要知道:任何的觀測行為都會影響實驗。比如安裝玻璃我們能夠看到內部,這是因為有光射入了盒子再反射出來,這些光子就會影響量子系統,所以不能完成實驗。貓要處於真正的疊加態之中,必須排除任何外界的干擾,因此人們也無法觀測。


這隻貓的出現讓物理學家們抓狂了。人們差一點就相信了量子力學和哥本哈根詮釋,但這個美好的願望被一隻貓打擊的粉碎。


薛定諤通過這個實驗向世界闡述:量子力學只是某個更深刻物理原理的側面。

“有人認為量子力學是一幅雲霧的照片,但它其實可能是一張搖晃或失焦的圖片。”


平行世界

那麼,薛定諤的貓究竟該如何解釋呢?現在的科學界對此還沒有統一的觀點。有些科學家甚至提出了許多神奇的理論來解釋它。


1957年,科學家休·艾弗雷特提出了著名的“多世界詮釋”。他認為:在進行薛定諤的貓的實驗時,箱子裡原本就有兩個世界。這兩個世界在箱子外的情況完全相同,只是一個世界裡箱子裡有個死貓,而另一個世界裡箱子裡有一隻活貓,只不過這兩個世界是糾纏在一起的。當我們打開箱子進行觀測時,這兩個世界就會發生分離,從此之後各自變為一個新的世界,而且彼此毫無影響。

這種想法多麼的神奇!科幻作者們為此欣喜若狂,一大批科幻小說和電影都通過這個理論演繹平行世界的精彩故事,比如《彗星來的那一夜》就是部不錯的電影。

可是這種想法又如此不可思議,讓大部分科學家不願承認它。薛定諤的貓至今仍是一個無法完全理解的怪物。

量子力學究竟是不是完備理論?人們對它還存在很多爭論。著名的物理學家、諾貝爾獎獲得者、最幽默的物理學家費曼曾經說過:“我想我可以有把握地講,沒有人懂量子力學!”


李永樂老師


薛定諤是與愛因斯坦、玻爾處在同一時代的著名物理學家,他為量子力學的發展奠定了重要的基礎。由於量子力學中的現象通常與愛因斯坦所認為的科學事實相悖,從而導致了薛定諤的貓這個著名的思想實驗。

亞原子體系的一大硬傷是人類難以對其進行精確觀測。例如,根據海森堡測不準原理,我們無法同時測出一個粒子的位置和速度,這在宏觀世界看來是非常不可思議的。此外,量子力學表明,人類的觀測行為還會對亞原子粒子的行為產生影響。這就好比如果你拿著攝像機去拍攝教室中的學生,他們的行為會發生改變。當物理學家觀測亞原子粒子時,也會出現這樣的現象,就好像這些粒子知道我們正在觀測它們。

薛定諤提出了一項思想實驗,假設盒子裡有一隻活貓,在貓的旁邊放著有毒氣體瓶子以及觸發裝置。觸發裝置由放射性物質的衰變引發,這種放射性物質會以每小時一個原子的速度衰變,但發生衰變的幾率是二分之一。如果放射性物質發生衰變,並釋放出一個原子,就會使有毒氣體洩漏出來,從而導致貓的死亡。另一方面,如果沒有原子衰變就意味著貓是活著的。那麼,如果把盒子蓋上,這隻貓究竟是死是活呢?

愛因斯坦認為,不管我們有沒有觀測,貓要麼死了,要麼活著,因為愛因斯坦認為上帝不擲骰子。然而,根據量子力學的哥本哈根解釋,如果我們沒有對這隻貓進行觀測,它將永遠同時處於活著與死了的疊加狀態。只有當我們觀測的時候,疊加態才會突然坍縮成某一種狀態。


火星一號


就是說,我們我們在沒有打開箱子之前,貓有可能死,有可能活。就是說,貓是死與活的糾纏態,直到我們打開盒子那一刻,貓的這種糾纏態馬上消失,貓只能是死或者是活。

不過我覺得這就是一個簡單的概率問題,就如我們話兩元錢買了一張體育彩票,在沒有開獎之前,這張彩票就是中獎與不中獎的糾纏態。比如我們買的是3D,那沒有開獎之前,這張彩票就是,千分之一的中獎與千分之九百九十九未中獎的糾纏態。如果再分得更細一些,那就是中一等獎、二等獎、三等獎、四等獎和不中獎的糾纏態。直到開獎以後,這種糾纏態就馬上坍縮成其中的一種情況:要麼一等獎,要麼二等獎,要麼三等獎,要麼四等獎,要麼不中獎。

其實,這是現實生活的一種常態。舉一個簡單的例子:約會。有一天,你和你得女朋友約定在某個地方几點鐘見面。在你沒有到達之前,你是不能確定你女朋友是否能如約到達。她或許會臨時決定不去爽約了,有可能是遇到什麼緊急情況不能去,或者因為其他什麼人力不可控制的原因不能到達。

這是,你就會在路上一邊走一邊想,她究竟能不能來,如果能來,見面後會是什麼情景,如果不能來,有會是什麼情景。此時,你女朋友在你心中的狀態就是來與不來的糾纏態,直到你到達約會地點,並且約定時間到來,你才能確定她在你眼中的具體狀態。其實和薛定諤的貓是一樣的道理。

由此我覺得,薛定諤只是故弄玄虛而已,他的貓態其實是現實生活最普遍的狀態。


洪哥看世界


薛定諤的貓。說明了在微觀的量子環境中,物質所處的空間狀態,和存在狀態。

其空間狀態。這隻貓沒有時空觀。不受時空限制,過去現在將來,古往今來,古今一體,不受限制。也許長生不老,也許還未出生,也許在值班,也許在巡遊。座地日行八萬裡,是孫悟空的老前輩。心如止靜一粒塵,與萬物同在共存。

其物質狀態。是以零維空間物質形態存在。身在其中,又無處不在。可上九天攬月,可下五洋提蟞。或依附形體,或化為泡影。無時空距離,高速反應,瞬間到達。因而,可以拉籠,合併生死之間新陳代謝的時間過程,時空距離。集生死為一體。

其存在狀態。因為這隻貓的質量為零,空間維度也為零,即無質量,又無形態,信息傳輸瞬間完成。就可以集生死為一體。不生不死。生就是死。死就是生。

其生死與否,全在於觀察者的思維形態,以所處的心態與之發生的量子糾纏感應。

這隻貓,是隻夢想的貓。心態的貓。

集生死於一體的貓,萬物是貓,貓是萬物。隨念而起,隨心而動的貓。薛定諤的貓。


量子星空1


看我名字就知道了,這個問題我不回答就說不過去了。薛定諤的貓是量子力學領域中薛定諤所提出的一個思想實驗。實驗是這樣的:在一個密閉的空間中有一隻貓和一盒放射性物質,放射性物質連接著電錘,錘子底下放的是有毒的藥瓶。這個時候有50%的概率放射性物質會衰變釋放α粒子,然後激活電錘使得電錘砸中有毒的瓶子,瓶子裡釋放的有毒氣體就會將這隻貓毒死,有50%的概率放射性物質不會衰敗,貓不會被毒死。也就是說這隻貓有50%的概率生,有50%的概率是死,在經典力學中這隻貓的生死狀況是已經確定的,只是我們不知道而已。而在量子力學領域中,這隻貓的生死的客觀事實是不確定的,是處於一種生死的疊加狀態,除非進行觀測,要不然貓的生死的客觀事實都是不確定的,這就是薛定諤的貓的主要意思。但是很多人往往誤解了其中的含義。

第一:薛定諤的貓是宏觀世界的,而量子力學所描述的領域是微觀世界,這種量子態疊加態的現象只存在於微觀世界中,宏觀世界並不存在,用宏觀世界中的貓來做比喻只是為了讓人更好的理解,並且量子力學也沒有支持唯心主義,就算是在微觀世界中也遵循客觀的科學規律。

第二:薛定諤的貓剛開始被提出來其實並不是為了解釋量子力學,而是薛定諤用來諷刺量子力學的,臆想挫敗量子力學的一個思想實驗,但最後卻發展成了量子力學的一個經典實驗,這隻黑色的貓不僅是一種嘲諷,更是對當時社會環境的一種影射。


科學薛定諤的貓


在遠古的時代,當原始人遇到無法解釋的事件時,最常見的做法就是將該事件歸結為鬼神所為,認為是鬼神附體。

這種做法,既簡單又可以作為包治百病的靈丹妙藥,用於所有的事件。關鍵是,由於是非理性的解釋,對於這種做法是沒有辦法進行反駁的。

後來,隨著人類文明的發展以及認識的進步,採取上述做法的人已經不多了,只有少數偏遠地區的人還相信鬼神的存在。

進入到二十世紀,人類的認識擴展至微觀世界,意外地發現,所有的微觀粒子都具有波動性。而且,這一波動性,並不是由於粒子太過細小,受到觀測儀器干擾的結果。

這對於我們宏觀世界來說,是一個非常不可思議的現象。於是,許多科學家👩‍🔬們採取了類似原始人的做法,將粒子的波動性歸結為粒子內在的屬性。為此,玻爾專門提出了不確定原理,試圖在哲學上,為此事畫一個句號。

為了進一步說明玻爾的不確定原理,海森堡認為,物質是以概率的形式存在的,確切地說是以各種概率的疊加態存在的。只有當我們觀察物體時,該物體才會由概率的形式塌陷為現實的物體。

於是,在我們打開房門之前,被關在屋子裡的貓🐱處於百分之五十是死或百分之五十是活這兩種概率的疊加狀態。只有當我們打開房門的一瞬間,屋子裡的貓才會由概率的狀態突變為現實的死貓或活貓,即由概率轉變為現實。

薛定諤是建立量子力學方程的科學家👨‍🔬,他對關於粒子波動性的概率解釋產生了疑問。於是,薛定諤設計了貓的思想實驗,以其荒唐的結論來質疑物質是以概率的形式存在的這一觀點。

或許這一實驗還不夠荒唐,有人想出了更為匪夷所思的實驗。將一對粒子分別放置在宇宙的兩端。此時,這兩個粒子處於概率的狀態。當我們觀察某一個粒子時,不僅這個粒子立刻塌陷為現實的物體,而且另一個粒子也會瞬間由概率的狀態轉變為現實的粒子。

於是,出現了非定域性和超距現象。遠在天邊的粒子,究竟是如何知道我們在觀察其對偶的粒子,並使自己由概率的狀態蛻變為實際的物體的呢?

原本越來越荒唐的推論,應該反向證明最初的假設是錯誤的。然而,由於思維的慣性,不僅不思改過,反而以此為噱頭,認為由此證明了最初的假設富有創新性,進而證明該假設是正確的。

對此,我們需要反思。由於各種不同的粒子都具有波動性,說明波動性並不是來自各種不同的粒子本身,而是存在著統一的物理背景。

只要這一物理背景是不連續的,那麼當粒子的半徑小於空間不連續的尺度時,就能夠感受到空間的不連續性,從而使粒子具有了波動性。

比如,由於花粉的半徑小於水分子之間的距離,所以作為空間的水,在花粉看來是不連續的,花粉受到了水分子的不對稱碰撞,從而使花粉在水中產生了無規運動。

總之,薛定諤貓的非死非活狀態的提出,揭示了量子力學概率解釋的錯誤。微觀粒子的概率性,只是由空間的不連續性所造成的。

由於普朗克常數h的普遍存在,說明在我們的宇宙中,存在著不可再分的最小粒子——量子。於是,作為物理背景的空間是由無數個量子構成的,所以空間是不連續的。


淡漠乾坤


“薛定諤的貓”是薛定諤提出的一種假設實驗,這個實驗的目的是對量子疊加態的質疑,進而抨擊量子力學。要理解“薛定諤的貓”,先要理解以下幾個概念:

什麼是量子,什麼是量子力學,什麼是量子疊加?

量子一詞來自拉丁語quantus,意為“有多少”,代表“相當數量的某物質”,它最早是由德國物理學家M·普朗克在1900年提出的。即一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位,則這個物理量是量子化的,並把最小單位稱為量子。

什麼意思?打個比方,假如把我們人類全體比作一個物理量,那麼這個物理量的最小單元就是“一個人”,不可能有半個人,那麼“一個人”就是我們人類這個物理量的量子,而我們人類這個物理量就是可量子化的。再比如,把錢比作一個物理量,錢的最小單元是“1分”沒有半分錢,所以“1分”就是錢這個物理量的量子,錢這個物理量也是可量子化的。只要一個物理量存在最小的不可分割的單位,這個物理量就是可量子化的,而這個最小的單位就是量子。

量子包括哪些東西呢?根據作用力的不同,粒子分為強子、輕子和傳播子三大類。

1、強子就是是所有參與強力作用的粒子的總稱。它們由夸克組成,已發現的夸克有五種,它們是:上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克和底夸克.理論預言還有第六種夸克存在,已命名為頂夸克,但目前尚未發現。現有粒子中絕大部分是強子,質子、中子、π介子等都屬於強子.輕子就是隻參與弱力、電磁力和引力作用,而不參與強相互作用的粒子的總稱;

2、輕子共有六種,包括電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子.電子、μ子和τ子是帶電的,所有的中微子都不帶電;τ子是1975年發現的重要粒子,不參與強作用,屬於輕子,但是它的質量很重,是電子的3600倍,質子的1.8倍,因此又叫重輕子;

3、傳播子也屬於基本粒子.傳遞強作用的膠子共有8種,1979年在三噴注現象中被間接發現,它們可以組成膠子球,但至今尚未被直接觀測到.傳遞弱作用的W+,W-和Z0.中間玻色子是1983年發現的,非常重,是質子的80-90倍。(沒看懂可以略過)

那什麼又是量子力學呢?

量子力學是在牛頓力學不能解釋某些現象的時候發展起來的,牛頓力學主要闡述了宏觀物體的運動規律,而量子力學就是在解釋微觀物質的運動——研究物質世界微觀粒子運動規律的物理學分支,主要研究原子、分子、凝聚態物質,以及原子核和基本粒子的結構、性質的基礎理論。

但量子力學仍然是一種不完備的理論學科,仍然存在爭議。愛因斯坦和薛定諤反對量子力學的主要代表。爭議的很重要的焦點就是量子疊加態。

什麼是量子疊加態呢?

簡單來說,就是一種量子可以同時處於不同的狀態。比如說,前面4有個門,量子可以同時從這個4個門中通過,是不是不可思議。更不可思議的是,如果我偷偷的去看下,它究竟是從哪個門通過的,你會神奇的發現,他只能通過其中的1個門,這就是觀察帶來的量子坍縮,即從疊加態到單一態。

薛定諤為了否地量子疊加態,就提出了著名的“薛定諤的貓”假說。是這樣描述的:將一隻貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡。鐳的衰變存在50%幾率,如果鐳發生衰變,會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子,貓就會死;如果鐳不發生衰變,貓就存活。根據量子力學理論,由於放射性的鐳處於衰變和沒有衰變兩種狀態的疊加,貓就理應處於死貓和活貓的疊加狀態。這隻既死又活的貓就是所謂的“薛定諤貓”。

很顯然是不存在一隻既死又活的貓的!很多量子力學的支持者也對這一假設實驗給出了自己的答案,最著名的是埃弗雷特提出的平行宇宙理論(安利一部電影《彗星來的那一夜》,講述的就是來自平行宇宙中自己的故事),認為這個世界存在多重的宇宙,這隻貓在這個宇宙是死的,在另一個宇宙卻是活的。這種解釋卻也不盡人意,量子力學需要更多後來者的努力,探究真正的本質。






我也說些什麼


薛定諤的貓,涉及到了量子力學派系之爭。我們先了解一下薛定諤的貓提出的背景:



在當時的量子理論派系中,薛定諤和愛因斯坦是一派,他們堅信量子世界並不是不確定的,而是像宏觀世界一樣狀態唯一。現有量子力學理論並非最終的真理,它只是接近真理而已,上帝不會擲骰子決定宇宙運行,量子力學還不完善。另外一派系則是波爾、海森堡等科學家,他們則認為量子力學已經完美解釋了微觀世界的運動規律,在量子世界,一切都是不確定的,只能夠用波函數描述,而波函數的意義就是粒子運動狀態的概率統計而已。當我們對量子進行觀察時,量子的波函數會瞬間坍塌為本徵態,從而表現為一個確定的量子態,這就是對量子力學的著名哥本哈根釋義。



薛定諤雖然提出了波動方程,但他並未給出波函數的物理含義。而且可以說他是愛因斯坦的忠實粉絲,堅持量子世界不應該是不確定性。而波爾等哥本哈根派則把波函數解釋為受觀測影響的概率函數,這讓薛定諤極其不爽。於是,他提出了一個著名的思想實驗即“薛定諤的貓”來反駁波爾等人,大意就是:一隻貓被放在一個封閉的盒子中,容器裡面防止了一套通過放射性元素驅動的毒藥釋放系統。即如果元素髮生衰變,就會激發開關釋放毒氣把貓殺死。如果未衰變,貓就會好好活著。薛定諤認為如果這樣則在我們觀察前我們根本不知道貓的狀態,按照哥本哈根的解釋,可以說毛處於即死又生的狀態,而且這種狀態在我們打開盒子的時候會發生瞬間坍塌,我們此時才知道貓是死是活。也就是說,我們打開盒子這個行為才是決定貓生死的關鍵之處!這種違反常理的行為怎麼可能發生?宏觀世界上貓的狀態只能夠是非生即死,且貓是否死亡也不是我們僅僅看一眼才能夠決定的。由此薛定諤認為哥本哈根派對於量子力學的解釋並不對。



而薛定諤的盟友愛因斯坦也於同一年發表了著名的EPR佯謬來諷刺量子力學的不完備性,其觀點和薛定諤一樣,都是認為用概率來解釋量子行為,完全是胡扯。這裡延伸一下,EPR佯謬就是量子糾纏的前身,薛定諤就是讀了盟友愛因斯坦的大作,才給愛因斯坦EPR佯謬中所描述的量子強關聯翻譯為量子糾纏。可以說,愛因斯坦和薛定諤真的是為量子力學操碎了心。



當然了,現在薛定諤的貓的含義已經得到了延伸,很多人都用起描述量子力學的神奇之處。甚至有人把薛定諤的貓和平行世界聯繫在一起。


分享到:


相關文章: