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你們知道薛定諤的貓是什么嗎|又有什么意義

發(fā)布日期：2020-03-24 18:55:06

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很多人對薛定諤的貓的理解可以概括成一句話：“貓在箱子里在“死的”或者“活著”兩種狀態(tài)之一的概率各是50%，只有打開箱子才會知道是死”或者“活”。

但這種理解是錯誤的。

作為類比，考慮另一個典型的問題，楊氏雙縫問題，當(dāng)光源只發(fā)出一個光子時，在外界未施以觀測的情況下，光子既不是通過上面的縫(|up>)也不是通過下面的縫(|down>)，而是處在狀態(tài)(1/Sqrt[2] |up> +1/Sqrt[2] |down>)

最后再強(qiáng)調(diào)一遍：薛定諤的貓既不是活的也不是死的，更不是50%概率活50%概率死，而是處在生和死的疊加態(tài)，這個疊加態(tài)無法用經(jīng)典直觀的語言描述。這才是薛定諤的貓的特殊之處！

薛定諤的貓（Schr?dinger's Cat）是關(guān)于量子理論的一個思想實驗

盡管量子論的誕生已經(jīng)過了一個世紀(jì)，其輝煌鼎盛與繁榮也過了半個世紀(jì)。量子理論曾經(jīng)引起的困惑直到21世紀(jì)仍困惑著人們。正如玻爾的名言：“誰要是第一次聽到量子理論時沒有發(fā)火，那他一定沒聽懂?！毖Χㄖ@的貓是諸多量子困惑中有代表性的一個。

薛定諤嘗試著用一個思想實驗來檢驗量子理論隱含的不確定之處。

設(shè)想在一個封閉的匣子里，有一只活貓及一瓶毒藥。當(dāng)衰變發(fā)生時，藥瓶被打破，貓將被毒死。按照常識，貓可能死了也可能還活著。毒藥瓶上有一個錘子，錘子由一個電子開關(guān)控制，電子開關(guān)由放射性原子控制。如果原子核衰變，則放出阿爾法粒子，觸動電子開關(guān)，錘子落下，砸碎毒藥瓶，釋放出里面的氰化物氣體，貓必死無疑。原子核的衰變是隨機(jī)事件，物理學(xué)家所能精確知道的只是半衰期——衰變一半所需要的時間。如果一種放射性元素的半衰期是一天，則過一天，該元素就少了一半，再過一天，就少了剩下的一半。物理學(xué)家卻無法知道，它在什么時候衰變，上午，還是下午。當(dāng)然，物理學(xué)家知道它在上午或下午衰變的幾率——也就是貓在上午或者下午死亡的幾率。如果我們不揭開密室的蓋子，根據(jù)我們在日常生活中的經(jīng)驗，可以認(rèn)定，貓或者死，或者活。這是它的兩種本征態(tài)。如果我們用薛定諤方程來描述薛定諤貓，則只能說，它處于一種活與不活的疊加態(tài)。我們只有在揭開蓋子的一瞬間，才能確切地知道貓是死是活。此時，貓構(gòu)成的波函數(shù)由疊加態(tài)立即收縮到某一個本征態(tài)。量子理論認(rèn)為：如果沒有揭開蓋子，進(jìn)行觀察，我們永遠(yuǎn)也不知道貓是死是活，它將永遠(yuǎn)處于半死不活的疊加態(tài)，可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規(guī)律不以人的意志為轉(zhuǎn)移，貓既活又死違背了邏輯思維。

薛定諤挖苦說：按照量子力學(xué)的解釋，容器中的貓?zhí)幱凇八溃畀B加態(tài)”——既死了又活著！要等到打開容器看貓一眼才決定其生死。（請注意！不是發(fā)現(xiàn)而是決定，僅僅看一眼就足以致命?。┱窆防滋赝踝樱ㄒ米陨勘葋喌拿裕┧f：“生存還是死亡，這是一個問題?！敝挥挟?dāng)你打開盒子的時候，疊加態(tài)突然結(jié)束（在數(shù)學(xué)術(shù)語就是“波函數(shù)坍縮（collapse）”），哈姆雷特王子的猶豫才終于結(jié)束，我們知道了貓的確定態(tài)：死，或者活。哥本哈根的幾率詮釋的優(yōu)點：只出現(xiàn)一個結(jié)果，這與我們觀測到的結(jié)果相符合。有一個大的問題：它要求波函數(shù)突然坍縮，可物理學(xué)中沒有一個公式能夠描述這種坍縮。盡管如此，長期以來物理學(xué)家們出于或許實用主義的考慮，還是接受了哥本哈根的詮釋。付出的代價：違反了薛定諤方程。這就難怪薛定諤一直耿耿于懷了。

思想實驗告訴我們：除非進(jìn)行觀測，否則一切都不是確定的，可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規(guī)律不以人的意志為轉(zhuǎn)移，貓既活又死違背了邏輯思維。愛因斯坦和少數(shù)非主流派物理學(xué)家拒絕接受由波爾及其同事創(chuàng)立的理論結(jié)果。量子力學(xué)告訴我們，存在一個中間態(tài)，貓既不死也不活，直到進(jìn)行觀察看看發(fā)生了什么。愛因斯坦認(rèn)為，量子力學(xué)只不過是對原子及亞原子粒子行為的一個合理的描述，這是一種唯象理論，它本身不是終極真理。他說過一句名言：“‘上帝’不會擲骰子?！彼怀姓J(rèn)薛定諤的貓的非本征態(tài)之說，認(rèn)為一定有一個內(nèi)在的機(jī)制組成了事物的真實本性。愛因斯坦花了數(shù)年時間企圖設(shè)計一個實驗來檢驗這種內(nèi)在真實性是否確在起作用，但沒有完成這種設(shè)計就去世了。

薛定諤的貓影響及意義

量子力學(xué)作為20世紀(jì)最有突破的科學(xué)成就之一，也是最具爭議的科學(xué)之一?！把Χㄖ@的貓”很好的闡述了這一現(xiàn)狀。人們不能接受量子力學(xué)是因為它的不確定性。對于傳統(tǒng)的物理學(xué)來說，只要找到了事物之間相關(guān)的聯(lián)系，就能在每時每刻確定，事物之間相關(guān)的物理數(shù)據(jù)，比如說，物體運行距離等于物體的速度乘以物體運行的時間，只要知道物體的速度，你每時每刻都能計算出物體運行了多遠(yuǎn)，然而海森堡提出的量子不確定性原理使得你無法預(yù)知一個微觀粒子未來的狀態(tài)。正如愛因斯坦所說的：上帝不玩骰子，但是量子力學(xué)讓我們不得不相信，上帝似乎是玩骰子的。

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