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薛定谔的猫是什么 经典物理学认为

薛定谔的猫是什么 经典物理学认为

时间:2024-02-06 21:30:16 来源: 作者:admin

  薛定谔的猫到底是什么意思?

  “薛定谔的猫”是由奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的有关猫既是死的又是活的著名思想实验的名字,它描述了量子力学的真相:在量子系统中,一个原子或者光子可以同时以多种状态的组合形式存在,而这些不同的状态可能对应不同的甚至是矛盾的结果。整个实验是这样进行的:在一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质。在一小时内,大约有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫,剩下50%的概率是放射性物质不会衰变而猫将活下来。

  根据经典物理学,在盒子里必将发生这两个结果之一,而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果 。但在量子力学的世界里,猫到底是死是活都必须在盒子打开后,外部观测者“测量”具体情形才能知晓 。当盒子处于关闭状态,整个系统则一直保持不确定性的状态,猫既是死的也是活的。这项实验旨在论证怪异的量子力学,当它从粒子扩大宏观物体,诸如猫,听起来非常荒谬 。

  薛定谔的猫本身是一个假设的概念,但随着技术的发展,人们在光子、原子、分子中实现了薛定谔猫态,甚至已经开始尝试用病毒来制备薛定谔猫态,就像刘慈欣《球状闪电》中变成量子态的人,人们已经越来越接近实现生命体的薛定谔猫 。可是另外一方面,人们发现薛定谔猫态(量子叠加态)本身就在生命过程中存在着,且是生物生存不可缺少的 。[1]

  薛定谔的猫如何解释?双缝干涉实验为什么恐怖?

  “薛定谔的猫”思想实验本意,其实是讽刺哥本哈根学派对量子力学的“叠加态”解释。最后,却成为了量子力学的一个最有名的科普故事。双缝干涉实验的恐怖之处在于,一个微粒子竟然具有波动性与粒子性两种状态。另外,通过人为观察,它还能做出状态改变,甚至产生“逆时空”的错觉。

  因为这两个实验,之前我已经分别详细地解释过了,这再大概阐述下背后的思想。

  先说说确定薛定谔的猫吧。

  任何实验的出现,其实都是有时代背景和人文背景的,科学实验也不例外。

  “薛定谔的猫”这个思想实验,出现于爱因斯坦“决定论”与玻尔“概率论”交锋的最后战场上。这时,爱因斯坦已经去世了,但是作为爱因斯坦手下第一大将的薛定谔,化悲愤为力量憋出了这个大招,来表达他的不满。

  为什么不满?

  因为,对量子力学的概率解释,以爱因斯坦为首的薛定谔一方是非常难以接受的。

  你想想,我爱因斯坦创造了“光子”概念,你玻尔给我一堆模棱两可的概率解释,大家都还支撑你,我很郁闷。

  再想想,我薛定谔创造了“波函数”,你玻恩也给出一个我无法接受的概率解释,你还得了诺奖,我很愤懑。

  都是我们创造的东西,你们一伙只靠一个解释就牛逼了,还圈粉加V。苦力活都是我们做的,好处全被你们捞走了,能不愤怒吗?

  (这样悲痛的心情,我是理解的)

  这里其实也能看出,在物理学中,物理概念大于数学公式的重要性,理解大于应用。

  说远了,再来说说老爱小薛等人反对的本质。

  因为,世界上所有的物质都是由微观粒子组成的,如果微观粒子的运动是遵循概率的,那是不是意味着,宏观物体也是应该遵循概率?如果是这样,那是不是意味着我们在看月亮的时候月亮存在,我们没看月亮的时候,月亮就不存在了?这里是对玻尔等人对“波函数坍缩”解释的反对。

  但玻尔说,我们明明说地是微观粒子,你用月亮来比喻,不合适啊。

  于是,薛定谔想了一个办法,把微观物体的特征引入到宏观世界当中。简单来说,就是通过属于微观的元素衰变现象,来决定一只宏观世界的猫的生死。衰变触发毒气机关,猫即死;没衰变不触发毒气机关,猫即活。

  因为通过量子力学“概率论”的解释,元素衰变在未经测试的情况下,被认为同时存在衰变与没衰变两种状态,这种状态称为叠加态。

  这种“叠加态”和我们普通认知的所谓已经衰变了和还没有衰变是两个概念。叠加态的核心思想是同时存在。如果是这样的话,那这只猫就应该同时处于已经死了和还没有死的叠加态中。

  但其实上,这个实验本质是荒谬的,没有科学依据。因为实际上所谓的测量,并不是我们通常认为的,看见了才能叫做测量。其实只要宏观物体对微观粒子的运动做出了判定,就算作已经测量。而薛定谔实验盒子里的毒气机关的存在,本身实际上就能测定这个元素是否衰变,所以说不会出现后面的“生死叠加的猫”。

  但对普通人来说,谁会思考这么多。大家记住的是“薛定谔的猫”带来的反直觉认知,如此鲜活的生死共存故事,极大地把量子力学宣传了一把,这个实验带来的科普价值远远超过了它的科学价值。量子力学能被世界所关注,对玻尔一派来说也是好事啊,你发泄了情绪,也壮大了量子力学的声望,双赢啊。

  而且,除了玻尔领导的“哥本哈根学派”的解释,没人能对量子的运动状态给出更好的解释。

  再来说说双缝干涉试验。

  最早的杨氏双缝干涉实验其实只是证明了,光的波动性。

  而在双缝干涉实验出来之后,无数的科学家在它原有的实验基础上做了众多的改良,可谓越改越变态,当然结果也越来越让人困惑,甚至让有些人认为恐怖。

  其中的单电子双缝干涉实验,第一次证明了粒子的波粒二象性。也否定了之前大多数人的错误认知,认为一大群粒子的时候表现为波动性,单个粒子的时候表现为粒子性。

  后面的延迟选择实验以及檫除实验。本质上其实是证明了,单个的粒子运动状态随着测量变化而变化,选择性地表现出粒子性或波动性。也就是说,我们同时只能测量粒子的一种状态,要么测量到它的粒子性,要么测量到它的波动性,无法同时测量到它的两种特性。

  而且同时证明,在测量粒子的过程中,只要还未形成最终的判定,粒子的所有行径过程视为不存在,而只能以概率波的形式来描述。这里的概率波并不是我们常规意义上理解的波动性。这里的概率波是纯粹的数学概念,也就是说在粒子的运动过程中,只要还没有发生测量,可以宣称它不存在。

  具体理论描述,可以看我之前的问题,这是“哥本哈根学派”给出的正统解释。

  大多数人对双峰干涉,觉得恐怖是因为把观测和人的意识结合了起来,以为是人的意识决定了测量粒子的运动状态,其实并非如此。

  当然以上的所有结论,很多人都会觉得难以理解,因为完全和我们日常的经典认知不同。

  就目前的科学来说,除了高维理论,没有任何理论能解释为什么是这种结果。所以说,关于量子力学的“哥本哈根正统解释”,只是基于实验结果总结的语言描述而已。对于量子的运动状态,我们现在只能应用,还无法得出公认的科学原理。

  这也正是,量子力学领军人物玻尔说的,如果没有人对量子感到疑惑,他就根本不了解量子力学。

  薛定谔的猫是什么意思?

  是物理学家薛定谔提出的一个思想实验的假设:为了从宏观尺度去分析量子物理学测不准定理存在的种种悖论。

  实验是这样的:在盒子里有一只猫,以及少量放射性物质。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。

  经典物理学认为,猫可能有两种结果,要么死掉,要么活着。但二者不可能同时存在。但在微观的量子世界中,只要盒子关闭,整个系统就会保持不确定的状态,所谓的叠加态,这只猫既活着又死掉!而只有外部观测者打开盒子,猫的状态才能确定下来。

  在我们没有对实验结果进行观察时,量子的叠加态存在,就会导致宏观世界中的这种,既生又死的现象发生,这与我们的逻辑思维中的排中律,明显是相违背的。这样一个物理学的思想实验,也激发了学术界的大讨论:因为我们之前认为,客观事物的存在,是不以观察者的主观意志为转移。但薛定谔的猫是死是活,恰恰就是观察者的观察行为,所“赋予”的,听上去有点唯心主义色彩,但在量子物理学中恰恰如此,这也激发了人们对于世界和物理学、哲学的重新认识思考。

薛定谔的猫是什么 本文分享到此结束,希望对大家有所帮助。

标签: #实验 #粒子 #状态 #解释

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