大多数人对薛定谔猫的理解可以用一句话来概括:“一只猫在一个盒子里处于“死”或“活”状态之一的概率是50%,只有打开盒子才能知道它是死是活。”。
但这种理解是错误的。
量子力学的特别之处在于,它允许猫有一个介于“死”和“活”状态之间的中间状态。根据经典的理解,猫只有两种状态:|cat>=|dead >或|cat>=|alive >。而量子力学强调猫的状态应该是|cat>=(a |dead>+b |alive >)。在薛定谔的猫悖论下,a和b都是1/sqrt[2]。这种叠加态与“50%的死亡概率,50%的生存概率”的含义有很大的不同!这说明猫既没死也没活!
举个例子,考虑另一个典型问题,杨氏双缝问题。当光源只发射一个光子时,光子处于(1/sqrt [2] |up >+1/sqrt [2] |down >状态,而不是通过上狭缝(|up >)或下狭缝(|down > ),无需外界观察。
最后再强调一下:薛定谔的猫不是活着也不是死了,也不是50%可能活着,50%可能死了,而是处于生与死的叠加状态,这是经典直观语言无法描述的。这就是薛定谔的猫特别的地方!
薛定谔的猫(薛定谔& # 39;s猫)是一个关于量子论的思想实验
虽然量子理论的诞生已经过去了一个世纪,但它的辉煌和繁荣已经过去了半个世纪。量子理论引起的困惑一直困扰着人们,直到21世纪。正如玻尔的名言:“任何人第一次听到量子论不生气,一定是不懂。”薛定谔的猫是众多量子谜题中具有代表性的一个。
薛定谔试图用一个意识形态实验来检验量子理论隐藏的模糊性。
想象一只活猫和一瓶毒药在一个封闭的盒子里。腐烂的时候药瓶破了猫会中毒。根据常识,猫可能已经死了,也可能还活着。毒药瓶子上有一把锤子。锤子由电子开关控制,电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变,就会释放出α粒子,触动电子开关,锤子落下,毒瓶被砸碎,氰化物气体释放出来,猫就死了。原子核的衰变是一个随机的事情,所有物理学家能确切知道的就是半衰期——半衰变所需的时间。如果一个放射性元素的半衰期是一天,那么这个元素在一天之后会减少一半,剩下的一半在另一天之后。物理学家无法知道它何时衰变,上午还是下午。当然,物理学家知道它在上午或下午衰变的概率——也就是猫在上午或下午死亡的概率。如果不打开密室的盖子,根据我们日常生活的经验,我们可以断定猫不是死了就是活了。这是它的两个本征态。如果用薛定谔方程来描述薛定谔猫,只能说它处于活的和不活的叠加状态。只有打开盖子的那一刻,我们才能确切地知道猫是活着还是死了。这时猫组成的波函数立即从叠加态收缩到某个本征态。根据量子论,如果我们不掀盖子,不注意,我们永远不会知道猫是活的还是死的,它永远处于半死不活的叠加状态。但这使得微观模糊性原则变成了宏观模糊性原则,客观规律不以人的意志为转移,猫是死是活的事实违背了逻辑思维。
薛定谔讽刺地说:根据量子力学的解释,容器中的猫处于“死-活叠加态”——既死又活!你要等到打开容器看着猫再决定是生是死。(请观察!不是发现而是决策。光看是致命的!正如哈姆雷特王子(引自莎士比亚名言)所说:“生存还是毁灭,这是一个问题。”只有打开盒子,叠加态才突然结束(数学术语“波函数坍缩”),哈姆雷特王子的犹豫才终于结束。我们知道猫的确切状态:死或活。哥本哈根概率解释的优点是只有一个结果,与我们观察到的结果一致。有一个很大的问题:要求波函数突然坍缩,但是物理学上没有公式可以描述这种坍缩。尽管如此,物理学家长期以来接受了哥本哈根的解释,也许是出于实用主义的考虑。付出的代价:违反薛定谔方程。难怪薛定谔一直苦。
思想实验告诉我们,除非我们观察,否则一切都不清楚,但这使得微观模糊性原则成为宏观模糊性原则,客观规律不以人的意志为转移。猫的生与死都违背逻辑思维。爱因斯坦和少数非主流物理学家拒绝接受玻尔及其同事创造的理论结果。量子力学告诉我们,有一个中间状态,猫不注意看发生了什么就不死不活。爱因斯坦认为量子力学只是对原子和亚原子粒子行为的合理描述,是一种唯象理论,本身并不是终极真理。他说过一句名言:“上帝不会掷骰子。”他否定了薛定谔的猫的外在状态理论,认为一定存在构成事物本质的内在机制。爱因斯坦花了几年时间试图设计一个实验来测试这个内在的真理是否真的有效,但他没有完成这个设计就去世了。
薛定谔的猫影响及其意义
量子力学作为20世纪最具突破性的科学成就之一,也是最具争议的科学之一。“薛定谔的猫”很好的说明了这种情况。量子力学的模糊性让人无法接受。就以前流传下来的物理学而言,只要找到了事物之间的联系,事物之间联系的物理数据就可以随时搞清楚。比如物体的运行距离等于物体的速度乘以物体的运行时间。只要你知道一个物体的速度,你就可以计算出这个物体在任何时候跑多远。但是海森堡的量子测不准原理让你无法预测一个微观粒子的未来状态。就像爱因斯坦说的:上帝不玩骰子,但是量子力学让我们不得不相信上帝好像在玩骰子。
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