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薛定谔的猫比喻什么(薛定谔的猫通俗解释)

薛定谔的猫是我们大多数人可能都听说过的东西,但是我们当中有多少人真正知道它是什么意思呢?

薛定谔的猫比喻什么(薛定谔的猫通俗解释)

今天我们就来讨论一下,薛定谔的猫是在说是什么?

欧文·薛定谔是20世纪初的物理学家,对量子理论方面有很大的贡献,并在1933年被授予诺贝尔物理学奖。相信物理系的朋友对他不会陌生,薛定谔方程会贯穿整个量子力学课程学习。

不过,他最著名的还是是“薛定谔的猫”,这是他为了反对哥本哈根学派关于波函数的观点而用一只猫做的思想实验,但后来,被广泛应用于形象描述宏观和微观物理体系的不同之处。

薛定谔的猫比喻什么(薛定谔的猫通俗解释)

埃尔温·薛定谔(Erwin Schrdinger)

这一切是怎么开始的呢?

量子力学自20世纪初诞生以来,对于原子及亚原子层次的物理现象方面的解释取得了极大的成功。量子力学理论预言与实验结果之间高度符合,让大家从对量子力学原理半信半疑到承认它的正确。

大家都知道双缝干涉实验,无论是光还是电子,穿过一个有并列双缝的障碍物,在后面的屏幕上留下的是多条明暗相间的干涉条纹,而不是两条与双缝对应的亮条。之后,科学家改成用单个光子或单个电子重复这个实验,在屏幕上留下的仍然是干涉条纹,它们并没有像预期的那样只走一条路。

电子双缝干涉实验

这证明了光和电子的波的特性,并且量子力学很好的用波函数表明了干涉条纹的明暗代表了概率。但之后,以爱因斯坦为代表的物理先驱和以玻尔为代表的哥本哈根学派对于这个波函数的概率开始了旷日持久的争论。

假设一个自旋为0的介子衰变成电子对时,由于角动量守恒,所以分离出的两个电子一定自旋相反,总自旋还是为0。那么如果让它们各自沿反方向飞行,然后测量电子的自旋。如果观测者测得其中一个电子的自旋向上,他立即就知道了另一个电子自旋向下。

哥本哈根学派认为,在测量之前电子的自旋是不确定的.是测量使得电子的态矢量发生坍塌,同时产生出另一个方向电子的自旋。这也是我们现在大部分物理教科书上的观点。

但爱因斯坦和薛定谔定域的物理实在性观点,认为哥本哈根学派违反了狭义相对论,他们认为电子在产生的那一刻就有了确定的自旋方向,只是量子力学无法告知而已.换言之,量子力学是不完备的。

薛定谔就用猫来做了一个形象的思想实验。设想制作这样一个黑箱子,把一只猫咪放在里面。这个黑箱子中有一个存放放射性物质的毒气装置,该物质可能发生原子衰变、也可能不发生原子衰变,这两种过程的概率相等.倘若发生原子衰变,这个原子会触发这个装置,放出毒气,猫咪就会死亡,若没有衰变,猫咪则一切安好。

那么,如果我们不打开箱子,这只猫咪是死是活呢?

按照哥本哈根学派观点,若可以把猫作为量子力学的研究对象,则在其被囚禁在黑箱子内以后,其状态应可以被波函数描写,换句话说,直到盒子被打开,猫的状态是完全未知的,因此,猫被认为处于同时活着和死了的量子叠加态。

只有在外部观测者打开箱子的那一时刻,猫被迫选择了一种状态,或者活着、或者死了.如果你发现猫死了,那么哥本哈根学派量子力学对此悲剧的理解就是:你的观测杀死了猫。

薛定谔认为打开黑箱前猫处在既死又活、非死非活的状态这个结论是谬论。

量子理论是用来描述电子和质子等亚原子粒子行为的,它的核心是波函数的概念。波函数描述了这些粒子可能具有的所有状态,包括能量、动量和位置等属性。

但现在已经证明,量子态崩溃并不仅仅是由有意识的观察者驱动的,事实上,量子粒子的每一次相互作用都会使它的状态崩溃,这也是现在量子计算机面临的一个问题。

薛定谔的猫比喻什么(薛定谔的猫通俗解释)

“薛定谔的猫”不是一个真正的实验,甚至不是任何科学理论的一部分。薛定谔用猫构建了他的假想实验,以证明对量子理论的简单误解会导致与现实世界不相符的荒谬结果。它只是一个发明出来的比喻性质的说明工具。但不幸的是,当代许多人继续传播这样的误解——量子状态(以及现实本身)是由有意识的观察者决定的,用量子理论对现实、意识、甚至玄学的本质进行非实质性、非科学的讨论,还很受欢迎,真是让人哭笑不得。

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