薛定谔的猫有什么现实意义?:相信很多人对薛定谔的猫的理论了解都是来自《生活大爆炸》这部美剧。在这部剧里,Penny就自己是否要和莱纳德交往这个问题咨:-薛定谔
相信很多人对薛定谔的猫的理论了解都是来自《生活大爆炸》这部美剧。在这部剧里,Penny就自己是否要和莱纳德交往这个问题咨询了谢耳朵,谢耳朵在回答她的问题时引用了这个理论。但是penny显然一脸困惑。
这个理论是一个理想状态下有关量子理论的实验。科学家薛定谔把一只猫放进一个不透明而且密闭的盒子里,盒子里有一个盛有毒气的玻璃瓶和一个放射性原子核构成的理想装置。一个小时之内,这个原子核有50%的可能会发生核衰变,一旦衰变,这个毒气瓶就会被打开导致猫死亡。但是你如果不打开盒子,你就不知道猫是活着还是死了。所以在打开盒子之前,这个猫既有可能是死的也有可能是活得。
我想谢耳朵引用这个理论,应该是想告诉penny,如果不去尝试和莱纳德在一起,就不会知道他们两适不适合在一起。
但是这个理论的真正意义是什么?要从薛定谔以及量子力学说起。
薛定谔(E.Schrodinger ,1887—1961)是奥地利著名的物理学家,也是量子力学的创始人之一,曾获1933年诺贝尔物理学奖,薛定谔的猫是他在1935年提出的关于量子力学的一个佯谬。这些年来许多物理学家绞尽脑汁,试图解开这个佯谬。直到最近经过一系列精巧的实验,这个问题才逐渐有了眉目。2000年7月,《自然》报道了最新的实验结果。
量子力学是有关电子、原子等微观粒子的理论,它所揭示的微观规律与日常生活中看到的宏观世界很不一样。原子的大小是10的-15次方米,原子核的大小是10的负18次方米。我们平常所能看到的一切,哪怕是最小(最短)的任何东西里面都有不是成千上万。而是数以亿亿计的原子或分子.
薛定谔的猫,则是描述量子力学“叠加态”的一个假设。
叠加态,指的是一颗粒子在同一时间可能处在两种不同的状态里。在宏观世界里,这是不可能的。比如一个人不可能既在家中又在屋外。但是在量子世界里,一个电子,可能处于这个电子云的任何位置。就好比,一个人在家中何处是不确定的。你看他一眼,他可能在任何地方——客厅、厨房、餐厅、卧室或书房都有可能;在你看他之前,就无处不在。
这个规律明显是难理解的,有的科学家甚至拒绝承认某些规律的真实性,比如著名的科学家爱因斯坦。所以薛定谔的这个虚拟实验,更像是一个“同时处于生和死两种状态的猫”的比喻,来解释这种(两种不同性质同时存在的)叠加状态。是一种现象的描述,而不是什么理论或者原理。
这个理论听起来有点像中国“方生方死”的诡辩论。但是这是宏观上的表达。量子力学是关于微观世界的物理,它的准则可能与我们所熟知的物理完全不同。
需要注意的是,在这个实验中,盒子关着的时候,我可以看作还没有对它进行观测。打开盒子的这个动作,从宏观上说可能只是“看一眼”的动作,不会发生什么变化,在微观里就是对它进行测量,相当于,从外界介入了它的状态,他的状态被改变了。
从这个理论可以看出:一切事物的状态都不是确定的,除非进行观测。也就是谢耳朵对penny说道这个理论的初衷。爱因斯坦认为,量子力学只不过是对原子及亚原子粒子行为的一个合理的描述,这是一种唯象理论,它本身不是终极真理。
从牛顿开始,通过观察光的实验,认为光的本性是粒子。而其他的科学家?????也进行了许多实验,证明光具有波动性,认为光的本性是波。
自此,围绕着光的本性,科学家?????们开展了很长时间的波粒之争。类似唯心与唯物的争论,光的波粒之争不仅没有得出最终的结果;随着人类的认识扩展至微观领域,竟发现所有的微观粒子都具有波动性。而且,这些微观粒子的粒子性又是不容忽视的。你总不能说电子或质子也是波吧?
于是,对于波动性的解释,包括光在内,都无法简单地归结为它们的本性是波。
实际上,在现实的生活中,我们对波并不陌生。比如海浪??和刮风,它们的本质都是分子层次上的不平衡所产生出来的群体运动效应。
然而,微观粒子是相对独立的个体,其为什么也会具有波动性呢?对此,有两种解释。
第一种解释是将粒子的波动性归结为其外部环境的影响,即存在着不连续的物理背景——量子空间。
类似花粉在水中的无规运动,当微观粒子的半径远小于空间不连续的尺度即小于空间量子之间的距离时,微观粒子就会受到空间量子的不对称碰撞??,从而具有了无规运动。
第二种解释是将粒子的波动性归结为粒子的内在属性,波只是粒子存在状态的概率集合,即概率波。
于是,根据第二种解释,自然界的存在状态并非实体,而仅只是各种可能的集合,即世界是概率的。只有当我们观察时,即与各种概率的可能相互作用时,这些可能才会瞬间塌陷为现实的实体,即将其中的某一种可能转变为现实的存在。
由于初次涉及微观领域的认识,量子力学还不很成熟,其只是唯象地建立和描述了相关现象的外在联系。因此,没有引入外在物理空间的第二种解释,成为了关于粒子波动性的正统观点。
波动量子力学的创始人薛定谔对第二种解释并不认同,他认为物质是以现实的实体形式存在的,与我们是否观察无关。
为了反驳以概率的状态存在的解释,薛定谔设计了一个思想实验。他假定,在一个密闭的房间里,有一只猫??,旁边放着一瓶毒药,该瓶子与放射性原子相连。这就是著名的薛定谔猫。
该原子衰变的概率是百分之五十。如果原子衰变了,其释放出的电子会击碎瓶子,猫就会被毒死;反之,如果原子没有衰变,猫便会安然无恙。
问题是,在我们没有打开门??之前,屋内的猫是何种状态呢?
薛定谔认为,在我们打开门之前,猫的生死就已经决定了。而正统的量子力学解释则认为,在开门之前,猫处于非死非活的概率状态,即百分之五十是死与百分之五十是活的两种概率的叠加态。
推而广之,量子力学的正统解释由此得出了量子纠缠的概念,认为自然界是非定域性的,存在着超距现象。
比如,一双手套??被分别装入两个黑盒子中。量子力学的正统解释认为,每个盒子中存在的并不是现实的手套,而是左右手套各占百分之五十概率的叠加态。
即便是我们把两个盒子分开很远的距离,当我们打开其中一个盒子的瞬间,不仅我们看到的手套立刻由概率转变为现实,另一只远在天边的手套也会瞬间完成由概率到现实的转变。
总之,原本薛定谔提出猫的思想实验,是为了否定物体存在的状态是概率的观点。然而,由于思维的惯性,薛定谔的猫非但没有驳倒概率的解释,却反而被极致地推论出量子纠缠的概念,得出了非定域的结论,从而使人类的认识陷入了更深的困境。
薛定谔提出的猫的理想实验并不是要证明什么,而是表达对波恩统计解释的不满。
微观世界中物质的运动并不能用牛顿力学去描述。德布罗意给出物质波的概念后,德拜对薛定谔说“既然是波,怎能没有波动方程?”没想到薛定谔几个月后真的给出了一个波动方程,这就是大名鼎鼎的薛定谔方程。这个方程能够很好的描述微观世界中粒子的运动,其在量子力学中的地位足以和牛顿第二定律在经典力学中的地位相媲美。薛定谔也因这个方程拿到了诺贝尔物理学奖。
薛定谔方程不是推导出来的,更像是拼凑出来的。尽管薛定谔方程非常优美地解决了微观粒子的运动,这方程的背后还有基本的问题困扰着物理学界。薛定谔给出了方程,但是他本人也不知道这个方程的意义是什么。后来波恩给出了统计解释,认为波函数模的平方代表空间某个位置找到粒子的几率。波恩的解释和实验非常吻合,波恩也因此拿到了诺贝尔物理学奖。
不过也有一些物理学家对波恩的解释不满,爱因斯坦的那句“我不相信上帝在掷骰子”就是对几率解释的不满。薛定谔本人也不满波恩的解释,为了反驳波恩,薛定谔设计了一个至今仍困扰物理学界的“薛定谔的猫”的理想实验。
实验大体是这样的,把一只猫装进一个封闭不透光的箱子里,箱子里还有一个放射性原子,一个粒子探测装置,一瓶剧毒物质,一把锤子。如果放射性物质发生衰变,粒子探测器就能接收到衰变放射出的粒子,然后发出信号让锤子打碎装着剧毒物质的瓶子,这样猫就必死无疑。如果粒子不衰变,猫就会活着。也就是说猫的状态由粒子是否衰变决定,猫存在两种状态,活态和死态。按照量子力学的态叠加原理,物理学家在测量猫的状态前,猫就处在活态和死态的叠加态,只有打开箱子测量的时候,猫才会塌缩到本征态,只能测量到活态和死态中的一种。这是和常理格格不入的,薛定谔就是用猫实验将微观和宏观联系在了一起,把量子行为拓展到了宏观世界。
随着进一步的讨论,有人还用多重宇宙解释薛定谔的猫,也有人将薛定谔的猫比作陷入爱河时的踌躇不定。薛定谔的猫也因此收获了更大的市场。不过,人们正不断努力试图做出宏观下薛定谔猫的实验,却无法看到怎样去检测是否存在多重宇宙。量子力学的随机不是决定论,也正因此,人活着才能享受拼搏、奋斗带来的惊喜。
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薛定谔猫是奥地利物理学者埃尔温·薛定谔于1935年提出的一个思想实验。通过这思想实验,薛定谔指出了应用量子力学的哥本哈根诠释于宏观物体会产生的问题,以及这问题与物理常识之间的矛盾。
薛定谔自己是这样描述薛定谔的猫的实验的:
把一只猫关在一个封闭的铁容器里面,并且装置以下仪器(注意必须确保这仪器不被容器中的猫直接干扰):在一台盖革计数器内置入极少量放射性物质,在一小时内,这个放射性物质至少有一个原子衰变的概率为50%,它没有任何原子衰变的概率也同样为50%;假若衰变事件发生了,则盖革计数管会放电,通过继电器启动一个榔头,榔头会打破装有氰化氢的烧瓶。经过一小时以后,假若没有发生衰变事件,则猫仍旧存活;否则发生衰变,这套机构被触发,氰化氢挥发,导致猫随即死亡。用以描述整个事件的波函数竟然表达出了活猫与死猫各半纠合在一起的状态。
薛定谔的猫是一个非常著名的物理思想实验。它的意义也是非常显著的。要知道,在量子力学发展的历史中,很多物理学家对量子力学的怪异感到难以接受和适应。微观粒子的位置和动量不能同时精确测量,粒子可以同时处于不同的状态。相距遥远的两个粒子之间的量子纠缠可以瞬间传播。面对这些大量违背直觉的结论,当时的物理学家普遍采取一种“实用主义”的态度。即一切以符合实验数据为主,将量子现象看着只有在微观世界才会出现的既有结论强行接受,回避甚至拒绝思考量子物理背后的物质实质和理论的基础。
薛定谔的猫出现之后,量子力学中怪异的叠加状态居然一下从微观世界跑到了宏观世界,让猫处于生和死的叠加态!这个思想实验的意义也正在此处:它将物理学家们狼狈地逼入死角,逼着他们去思考和完善量子理论所存在的问题。
20世纪初,物理学上空有两朵乌云,一朵是“以太”,另一朵是“黑体辐射”。前者引出了相对论,后者则催生了量子力学。而在量子力学这支,几乎是经历了三代科学家的共同努力才得以建立。第一代是普朗克、爱因斯坦;第二代是波尔、波恩、索末菲。第三代则是海森堡、薛定谔、狄拉克。
他们可以一同被认为是量子力学的奠基人。不过在量子力学的发展中,出现了一个有趣的现象,那就是曾经的奠基人站到了量子力学的对立面,这其中最有名的就是爱因斯坦和薛定谔。
薛定谔是波动力学的创始人,但是波恩对于薛定谔的波动方程的几率解释特别不满意,更不满意的是以尼尔斯·波尔为首的哥本哈根学派对量子力学的解释。哥本哈根学派认为:
世界是不确定的。
具体来说,我们举个栗子,微观世界中,一个粒子在某一个时间的具体位置是完全不能确定的,根据测不准原理,在观测这个粒子的位置之前,粒子可以同时在任何位置,说白了就是具体在哪里是一个概率分布。
为了驳斥根本哈根学派的观点,尤其是是“不确定性”的诠释。
薛定谔就设计了一个思想实验,所谓的思想实验就是只能靠脑袋想想,实际上没办法做的那种。从牛顿开始就有,比如:牛顿大炮。爱因斯坦也是极其喜欢思想实验,他还提出过许多思想实验来反驳量子力学,甚至还说出过著名的那一句话:
薛定谔的这个思想实验也是物理学历史上最有名的思想实验之一。在这个实验里,有一只猫被关在一个盒子里,这是一个理想的盒子,猫可以好好在里面生活。
在这个盒子里还有一个装置,这个装置放了一个随时可能会衰变的原子核。原子核衰变与否其实可以用波函数来描述具体的概率。比如:某一个时刻,衰变的概率是50%,不衰变的是50%,到下一个时刻,可能就是衰变概率是40%,不衰变概率是60%,这里就会出现一个奇葩的事情,那就是衰变与不衰变一直处于叠加态当中。著名的物理学家伽莫夫曾经说过:
原子核的衰变过程可以用量子力学来描述。
说到就是这个道理。除了这个会可能会衰变的原子核,还会有一个盖革米勒计数器。
它可以捕捉到衰变后的产物,一旦接触到产物,盖革米勒计数器就会发出响声,并且引发连接着毒气瓶爆发,一旦发生爆炸,毒气就会杀死这只猫。
所以,通过这个的方式,薛定谔就自认为把原子的衰变和不衰变的波函数和猫的死活构建起了联系。也就是说,他把一个微观世界的问题,转移到了宏观世界。这只猫就应该处于一种可能死或者可能活的叠加态。
所以,问题也就出现了,这种猫到底是死是活?
薛定谔的这个思想实验是想最终引导谬误上,意思是说,
咋可能存在一种可能死或者可能活的猫?猫要么就是死,要么就是活。所以,这就矛盾了,所以量子力学的不确定性的诠释也就是错的。
所以,他认为自己的这个思想实验非常有力地反驳了哥本哈根学派的观点。
这个思想实验被提出来之后就引发了争论。但一直没有人真的去这样的实验。后来,有个物理学家维格纳,他又设计了一个以“人为道具”的实验,也被叫做:维格纳的朋友。说白了,就是把猫换成了人。
那么因为这个人是有意识的,因此,他可以自己观测它自己是死是活。不过呢,我们也知道,任何人都不可能感觉到可能活可能死的状态。(你也可以是说既是死的又是活的)不过,这个实验同样没人会去做。
那“薛定谔的猫”和“维格纳的朋友”到底算不算反驳了哥本哈根的解释呢?
实际上,这个有个致命的问题,那就是猫和人根本不处于叠加态当中。毕竟,猫和人周围都有空气,他们和周围的环境是有接触的,所以猫和人的状态就应该是确定的,除非我们有办法完全把猫和人完全和周围的环境隔离开来,但是如果是这样的话,这猫和人也肯定就是死了。所以,“薛定谔的猫”和“维格纳的朋友”这种试图把微观世界的不确定转移到宏观上的思路其实是行不通的。
最后,我们来总结一下,薛定谔的猫实际上是一个思想实验,试图通过微观世界的“不确定性”放大到宏观世界,并试图引发宏观的“确定性”和微观“不确性”之间的矛盾。而我们现在也知道,经过科学家们坚持不懈的努力,目前的实验更加支持哥本哈根学派的“不确定性”的诠释。
薛定谔的猫一定的科学界最有名的科普故事。这只猫可以说是让“量子力学”名声大噪、家喻户晓的第一功臣。
“薛定谔的猫”是由奥地利著名物理学家薛定谔提出的一个著名思想实验,描述了如何将一只活泼可爱的猫变成“生死叠加”状态。
下面是具体的操作步骤:
将一只可爱猫咪装进一个有量子系统机关的毒气瓶的盒子里,然后密封至不可见。毒气瓶的开关由一个24小时半衰期的放射性原子控制。
在这24小时内,如果原子衰变了,放出α粒子就会触动开关,毒气瓶将被一个铁锤砸碎,那猫就必死无疑;但如果原子没有衰变,毒气瓶完好如初,猫也就不会死去。
由于原子具体何时衰变我们无法确定,那这段时间内盒子里的猫有可能还活着,也可能已经死了,但只有我们打开盒子才能确定猫的生死。
这就好比量子力学对“量子”不可测的描述,当我们没有观察时,量子可以处于一种矛盾的“叠加态”,而当我进行观察时量子从“叠加态”坍缩为唯一确定的经典态。
这种情况下,以哥本哈根学派的解释,可以认为盒子里这只猫正处在一种“生死叠加”状态,也就是即生即死的状态。
1926年,薛定谔凭借其深厚的微积分功底,推导出了“薛定谔方程”,并成功运用它解释了氢原子结构,但作为数学大牛的薛定谔却无法解释薛定谔方程中波函数的物理意义。
我们知道,数学公式与物理公式最核心的区别就在于是否具有物理意义,如果没有具体的物理意义就称不上一个完整的理论。而后来德国物理学家马克思·玻恩给薛定谔方程做出了一个让人能够理解的诠释:
波函数描述的是一种概率波,只能计算在某个位置找到某个粒子的概率,观察测量只能预测某一结果的概率,却不能预测一定会得到什么结果。
玻恩的诠释是一种概率诠释,凭借这个诠释,玻恩获得了1954年诺贝尔物理学奖。
本来薛定谔应该感谢玻恩,奈何薛定谔是支持爱因斯坦的“决定论派”,而玻恩的概率诠释属于“概率论派”并成为了著名的“哥本哈根解释”,这让薛定谔很愤懑。
虽然爱因斯坦与薛定谔都曾对量子力学起到了极大的推动作用,但对于玻尔主导的“哥本哈根解释”一直持否定态度。但三次论战,爱因斯坦都败下阵来,无形中反而成就了量子力学的“哥本哈根解释”。
在1955年爱因斯坦去世之后,作为爱因斯坦的嫡系大将的薛定谔憋了一个大招,就是“薛定谔猫”的思想实验,继续向玻尔一派宣战。
薛定谔的本意是借这个思想实验,将量子态的不确定概念引入到宏观世界,让人们直观体验一下“概率”描述的不靠谱。
其实这个思想实验并不能证明什么?仅仅是再次发泄了薛定谔对于量子力学“哥本哈根解释”的不满,但他自己也知道提不出什么更好的解释。
围绕爱因斯坦与玻尔的量子论战,出现的一系列思想实验,无非是科学家们哲学立场的针锋相对,世界到底应该由什么来支配?是决定论,还是概率论?
这个哲学思考,至今也没有一个明确的答案。
1、玻恩的波函数概率解释:这个上面已简单说了。
2、海森堡的不确定原理:有一些成对物理量,它们不可能同时被精准测定,一个越确定另一个必定越不确定,此消彼长。
3、玻尔的互补原理:一些物理对象存在看似矛盾的多重属性,原则上不可能用同一种方法同时看见其多种属性,只能用不同是方法观察到它们不同的属性。
4、玻尔的对应原理:量子的各种规则虽然适用于微观尺度,但从规则中得出的结论不能违反宏观上的观察结果,而且宏观尺度上还是遵循经典物理学规则。也就是说,在大量子数极限的情况下,量子体系的运动趋向经典力学体系,量子物理定律和方程可以转化为经典物理定律及方程。
5、叠加态原理:如果A和B是一个粒子的两种状态,那么A+B也是这个粒子的第三种状态,并同时具有A\B的特征。
6、波函数坍缩:在一次测量与下一次测量之间,除了概率波函数以外,微观物体不存在,它只有各种可能的状态,只有进行了观察或测量,“可能”状态才坍缩为实际的“确定”状态。
看了是不是觉得头大,为了描述一个量子,竟然总结了这么多原理。对于物理学追求的简洁、统一来说,这无疑太多了。就像一个人说话,说了一大堆却无法总结出一个中心思想一样。
但这些结论却与实验观察结果完美匹配,又缺一不可。然而在爱因斯坦、薛定谔等人心中量子力学的“哥本哈根解释”是不完备的,绝不是量子力学的本质,但作为量子力学的正统解释,也没有人能给出比“哥本哈根学派”解释的更好。
“薛定谔的猫”实质可以看成是一个科学家的赌气或玩笑,但它却开启了科学家们把微观世界的量子特性引入宏观世界来的实验探索。
2005年美国科学家就曾宣布成功让6个铍离子实现了自旋方向完全相反的宏观量子叠加态,戏称“薛定谔猫态”。
自此这样的实验在世界各地大量的进行着,不过目前的结果是所有的实验都无法持续,也就是无法让量子叠加态持续出现在宏观世界里。
但如果哪天真能做到,薛定谔的玩笑可就开大了,说不定我们还真能“生死叠加,不死不灭”呢?呵呵!
答:“薛定谔的猫”的试验,说明了量子力学很有可能是不完备的。
详解:首先这是个思想实验,而且科学界至今没有让人信服的解释,我回答“不完备”也是基于爱因斯坦的立场,如果直接给肯定回答是没有意义的,不过我们可以看看几个诠释,然后自己判断哪个解释更合理。
我们先来看看这个思想实验的历史吧。
“薛定谔的猫”是由奥地利物理学家薛定谔,于1935年提出的有关猫生死叠加的著名思想实验,薛定谔是爱因斯坦的追随者,为了指出量子力学的不完备性,它精心设计了这个思想实验,该实验直指量子力学不确定性原理到宏观过渡的边界问题。值得一提的是,虽然薛定谔极力反对哥本哈根诠释,但是他提出的薛定谔方程,却成了哥本哈根诠释的基本方程之一,看来科学家对科学的贡献,从来就不以科学家的站队来区分,就如爱因斯坦对量子力学的贡献一样,科学总是在泥泞的道路上,磕磕碰碰地行径,而科学家们,正是铺平道路的先驱者,虽然偶尔会走错路,但是每个时代,总会出现超越他那个时代的天才,把科学带回正确的道路上。
实验是这样的:在一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质。之后,有50%的概率放射性物质将会衰变,并释放出毒气杀死这只猫;同时有50%的概率,放射性物质不会衰变,而猫将活下来。
根据经典物理学,在盒子里面,必将发生“猫活下来”和“猫被毒死”两个结果之一,而外部观测者,只有打开盒子才能知道里面的结果。但是在量子的世界里,当盒子处于关闭状态,整个系统则一直保持不确定性的叠加态,即猫活和猫死的叠加,一旦我们打开盒子观察,波函数坍塌,叠加态的猫又回到经典物理学,这是哥本哈根诠释的必然结果。
该实验一提出来,爱因斯坦兴奋不已,心想终于攻击到量子力学的软肋了,并洋洋得意地,对波尔抛去一句极具讽刺的话“难道我们不看月亮时,月亮就不存在”!
此时,波尔对爱因斯坦的的反驳已经习以为常了,刚开始并未觉得这个实验有什么特别之处,或许又是爱因斯坦搞得什么鬼名堂。不过当他仔细研究该问题时,就发现问题大了。该思想试验,成功地把微观的不确定性带到宏观世界,我们看一眼就足以决定猫的生死(注意不是发现,而是决定),在打开盒子前,波函数弥漫在整个封闭系统中,其中的猫也不例外,世界万物都有量子组成,每个量子都存在不确定性,那么组成宏观物质的实体,也是众多不确定性的叠加,包括整个月球,当我们用波动力学去描述月球时,月球似乎也被概率包围,虽然概率很小很小,但是波函数下的月球,确实有消失的可能性(概率小到从宇宙诞生到结束,再进行几个轮回都不太可能发生),但是数学中不能忽视这个概率,这也正是爱因斯坦的月球比喻,正中量子力学要害的原因。
哥本哈根诠释对于这个思想实验的解释,似乎也不想触及“客观规律不随人的意志为转移”,只是委婉地解释到:在打开盒子的瞬间,弥漫在盒子中的波函数坍塌,波动力学方程可以精确预言所有可能性。
该实验只是思想实验,无法具体实施,所以一直处于争论,好消息是近年,有科学家在实验室,做出了相类似的实验,当然不是用“猫”做实验,而是科学家发现了某些粒子存在叠加态,既相当于这个实验中的“半死半活的猫”。
为了解释这个不可思议的思想实验,科学家提出各式各样解释,比如平行宇宙诠释,导航波诠释等等,其中“平行宇宙理论”被大量影视作品引用而被大众熟知。
它描述到,我们的每次选择,宇宙就分裂成两个宇宙,一个宇宙的猫活了下来,一个宇宙的猫死了,至于我们看到的是哪种情况,完全取决于我们存在于哪个宇宙。
该解释的优点是:波函数从未坍塌,薛定谔方程始终成立。但是我们的每次选择,宇宙就进行一次分裂,牵一发而动全身,有点难以接受,但是比起波函数坍塌,贝尔不等式实验,哪个没有让人不安呢!至于谁对谁错,至今没有定论。
存在或者不存在,这是关键所在!或许莎士比亚早已参透这一切。
声明:答案截取于本人2017年10月14日发布的文章《违反常识的五个量子力学实验(下)》的部分内容,由于很适合回答这个问题,所以我稍作修正,用来作为这个问题的答案,大家可以参看以上说法,得出自己信服的解释。
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薛定谔的猫是个比喻,为了解释量子力学的叠加态。
量子力学是描述微观世界的规律。微观世界之小,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的负18次方米。我们平常所能看到的一切,哪怕是最小(最短)的任何东西里面都有不是成千上万。而是数以亿亿计的原子或分子。
叠加态的意思是,一个粒子在同一时间可能处于两种不同的状态。在我们的宏观世界也是显然是不可能的。比如一个弹珠显然要么在坑里,要么在坑外。要么在这里,要么在那里。不可能同时既在这里,又在那里。但是在量子世界里,一个电子,在原子核周围的位置,却是云状分布的,他可能处于这个电子云的任何位置。
当然,当你去观测这个电子的时候,一次观测结果显然只能有一个。这也并不意味着之前它只处于这一个位置。因为在观测这时候我们必须用一个探针,比如一个光子去打他。这个光子也是携带一定能量的,因此,在观测的同时,我们实际上已经改变了他的性质。
这个规律显然是很难理解的。所以当科学家们刚发现量子世界的时候,对它的规律同样是大惑不解的,有的科学家甚至拒绝承认某些规律的真实性,比如著名的科学家普朗克和爱因斯坦。所以薛定谔发明了“同时处于生和死两种状态的猫”这个比喻,来解释这种(两种不同性质同时存在的)叠加状态。嗯,盒子关闭的时候,相当于我们还没有对它进行观测,处于未被打扰的状态。这是他既是活着的又是死的(注意并不是可能活着或者可能死了)。我们打开盒子的这个动作,也就是对它进行测量,相当于,从外界介入了他的状态,他的状态被改变了,从而坍缩到一种状态,或者是活着的,或者是死的。
科学对我们这个世界的影响很大,但是我觉得跟人生的态度并没有那么直接的关系。科学技术的产品,每个人都用到,但依然有很多人拒绝承认科学规律的真实性,也有很多人拒绝承认科学对世界观宇宙观人生观的价值。尤其是科学的规律,只是默默的存在,并且运行着,它并不直接打扰我们个人对于人生意义的看法。科学家们也并不代表他们都只有一种看法,或者同一种生活方式。这个世界是丰富多彩的,对于世界和人生的看法是多种多样的,多了解一点科学,有助于我们深刻的去认识这个世界的本质,对于人生肯定有帮助。但是这个世界是非常复杂,而且组成多样的,学习科学也并不是唯一的方式,研究科学也不是唯一的生活内容。人生意义究竟是什么样的?主要还是,每个人有自己的看法,科学对此并没有作出任何规定。
举个现实中宏观的例子,你就能知道“薛定谔的猫”有多么让人匪夷所思了!
你呆在家里的客厅里,同时你的卧室里有一台电脑,你知道那台电脑肯定在那里,因为你之前一直在用它!
但按照量子理论的解释,你的电脑可能性比那里,也可能不在那里(比如在月球上),几率各有一半。你可能会提出质疑:明明就在那里,怎么可能不再那里呢?
量子力学的回答是:你不看(并非一定用眼睛看,包括监测,观测等手段)怎么知道桌子在那里?
而当你真的看看电脑确认真的在那里的时候,电脑就从“在和不在”的叠加态坍缩“本证态”,也就是坍缩为“在”的状态!
当然,以上只是宏观世界一个形象的例子,更好地让我们理解量子理论的神秘!
薛定谔的猫讲的就是类似的思想实验,在这个实验里猫的存在状态既是死的也是活的,但并非是死的或者活的,而是“死和活”的叠加态。但你观看猫到底是死是活时,你的观察行为让结果坍缩为是死的或者活的!
这说明了量子世界的诡异现象,不确定性和叠加态,微观世界里粒子可以同时出现在两个地方。这种诡异的现象当然只出现在微观世界,所以这并不意味着我们的人生毫无意义!
薛定谔的猫是一个思想实验(到底有没有科学家做过,这个就不知道了),其实这个就是薛定谔把微观世界的叠加态原理,在宏观世界做了个比喻。对于猫的既死又活,那时不可能在现实生活中发生的,就好比爱因斯坦的一句名言:难道我非要转头看一眼,才能断定月亮是在天上吗?
简单说下实验的过程,就是在猫,放射性物质,触发装置,毒气瓶放到一个不透明的箱子里,事先我们能断定的是:放射性物质会有百分之五十的概率发生衰变,一旦衰变了,就会启动触发装置去把毒气瓶打破,那样猫就死了;反之猫就是活的。其实用经典物理学去判断,就是一个再也不能简单的概率问题了,就算我们不去观察,那么盒子里面也是该干嘛干嘛,丝毫不受影响。但是这个放到微观世界就不是那么简单了,无论如何都必须要我们去看一眼,才能判断,因为在此之前,猫就是同时处于两种状态,既死又活。这就是叠加态原理。
还有就是测不准原理,无法同时判断一个粒子的动量和位置。因为判断需要观测,观测就要通过光,而光就会影响粒子的状态。。。这逻辑无解了。。额
人活着的意义,就是为了活着,这是最基本的,有余力的话,就去做自己喜欢的事喽,人生就是这样
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