03.06 “薛定諤的貓”到底是什麼?

一隻漂亮的花狸


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。


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