為什麼“薛定諤的貓”這個實驗在現實中永遠無法實現?

很簡單,因為“薛定諤的貓”這個實驗是套用宏觀世界的認知來對對微觀世界進行闡述,在宏觀世界是無法複製的。


1924年,德布羅意首次正式提出了“波粒二象性”,他指出波粒二象性不只是光子才有,一切微觀粒子,包括電子和質子、中子,都具有波粒二象性。他把光子的動量與波長的關係式 p=h/λ 推廣到一切微觀粒子上,指出:具有質量m 和速度v 的運動粒子也具有波動性,這種波的波長等於普朗克恆量 h 跟粒子動量 mv 的比,即 λ= h/(mv)。這個關係式後來就叫做德布羅意公式。而且根據這一假說,電子也會具有干涉和衍射等波動現象。


為什麼“薛定諤的貓”這個實驗在現實中永遠無法實現?

電子的發現者J.J湯姆遜的兒子P.G.湯姆遜也以高速電子穿過多晶金屬箔獲得類似X射線在多晶上產生的衍射花紋,確鑿證實了電子的波動性;為德布羅意波提供了又一堅實的基礎。他們兩個人一起於1937年斬獲諾獎。


為什麼“薛定諤的貓”這個實驗在現實中永遠無法實現?

量子力學的構建者哥本哈根學派認為,微觀物質以波的疊加混沌態存在;一旦觀測後,它們立刻選擇成為粒子。


哥本哈根學派的領導者玻爾認為人類並不能獲得實在世界的確定的結果,他稱自己只有由這次測量推測下一次測量的各種結果的分佈幾率,而拒絕對事物在兩次測量之間的行為做出具體描述。


而這恰恰也是愛因斯坦的相對論所無法接受的,相對論雖然推翻了牛頓的絕對時空觀,卻仍保留了嚴格的因果性和決定論。


為什麼“薛定諤的貓”這個實驗在現實中永遠無法實現?

作為愛因斯坦的盟友,薛定諤同樣無法認可玻爾的觀點,所以他提出了“薛定諤的貓”。


薛定諤提出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。


為什麼“薛定諤的貓”這個實驗在現實中永遠無法實現?

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波態,即貓生死疊加。貓到底是死是活必須在盒子打開後才能夠知道。


現實世界裡,貓怎麼可能處於既生有死的狀態,薛定諤認為這非常好的反駁了玻爾,但是他忽略了一個問題,微觀世界和現實世界是不一樣的。


為什麼“薛定諤的貓”這個實驗在現實中永遠無法實現?

宏觀世界的認知是無法適用於微觀世界的,量子力學的一箇中心原則就是粒子可以存在於疊加態中,能同時擁有兩個相反的特性,也就是我們說的波粒二象性。


儘管我們在日常生活中常常面對“不是A就是B”的抉擇,而但在微觀世界中是可以接受“既是 A 又是 B”的。


後來經過多次的實驗,都證明了量子疊加是正確的,也就是說在微觀世界裡,貓真的是處於“既生又死”的狀態,粒子同時以兩種狀態存在的能力。


為什麼“薛定諤的貓”這個實驗在現實中永遠無法實現?

而正是基於量子疊加的特性,使得量子計算成為可能,量子計算也被稱為是第四次工業革命的引擎 。


因為傳統計算機每比特非0即1,而在量子計算機中,量子比特可以以處於即是0又是1的量子疊加態,這使得量子計算機具備傳統計算機無法想象的超級算力。


舉個例子,如果x=0,運行A;如果x=1,運行B。


傳統計算機永遠只會一次執行一種邏輯分支,要麼A,要麼B,要麼兩種情況各運行一次。


但在量子計算機中,變量X是量子疊加態,既為1,又為0,因此它可以在一次計算中同時執行A和B。這也被稱為量子比特或者叫量子位。成為了量子信息的計量單位。


為什麼“薛定諤的貓”這個實驗在現實中永遠無法實現?

也就是說,傳統計算機使用0和1,量子計算機也是使用0跟1,但與之不同的是,其0與1可同時計算。古典系統中,一個比特在同一時間,不是0,就是1,但量子比特是0和1的量子疊加。這是量子計算機計算的特性。


為什麼“薛定諤的貓”這個實驗在現實中永遠無法實現?

所以如果我們將量子比特的數量增加到10個,那麼傳統計算機需要計算2^10=1024次。量子計算機需要計算多少次呢?


還是1次。

我們再把量子比特數加到100個、1000個、10000個乃至更多,看出差距了嗎?現有計算機要運行上萬年的工作量,量子計算機只用幾分鐘就能搞定。


為什麼“薛定諤的貓”這個實驗在現實中永遠無法實現?

愛因斯坦那句著名的話;”上帝不玩骰子“,然而薛定諤的貓卻成為最好的論證:上帝似乎是玩骰子的。


為什麼“薛定諤的貓”這個實驗在現實中永遠無法實現?

正是因為量子疊加的正確性,“薛定諤的貓”實驗在宏觀世界中永遠不可能複製,因為宏觀物質不可能處於“既生又死”的狀態,微觀世界和宏觀世界擁有者不同的運行法則。


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