薛定谔之猫
薛定谔的猫是什么意思

薛定谔的猫是什么意思
大家知道,薛定谔的猫是奥地利物理学家、量子力学的创始人之一薛定谔在1935年提出的一种假想实验。
什么是假想实验呢?就是你不需要在实验室做真正的实验,而是发挥你的想象力来假想一个物理过程。
现在我们就像薛定谔那样发挥自己的想象力,做一个薛定谔的猫的实验。
假设有一个封闭的盒子,里面放进去一只活猫,再放进去一瓶毒药,然后放入一种放射性原子。
放射性原子的用途就是为了打开毒药的瓶子,这样毒药就可能毒死猫。
我们利用放射性原子的衰变作为开关,原因是原子衰变具有不确定性。
于是就出现了:
如果你打开了盒子发现猫还活着,就说明这种原子还没有开始衰变;如果你发现猫已经死了,那毫无疑问原子已经衰变,打开了毒药瓶。
但是如果你没有打开这个盒子,你就不知道猫是死是活,这时候猫就处在两种可能的状态:要么死、要么活,我们就把这种状态叫做量子叠加态。
也就是说,在你没有打开盒子的时候,猫处在既死又活的状态。
所以这种不确定性恰好就反映了量子力学非常令人困惑又非常令人着迷的一面。
但是大家都知道量子力学是对的,它是描述微观物理规律最成功的理论之一。
薛定谔的猫人生哲理

薛定谔的猫人生哲理薛定谔的猫是一个著名的哲学思想实验,它用来说明量子力学观察问题的复杂性和不确定性。
这个实验包括把一只猫放在一个封闭的盒子里,里面还放着一个放射性物质和一个探测器。
根据量子力学的规律,当我们不去观察这个系统时,猫既死又活,但当我们去观察时,猫就必须是死或活的一种状态。
这个实验揭示了人类认知的局限性,即我们所看到的世界不一定是真实的。
它还告诉我们,观察和观察者之间的交互是必要的,而我们的选择和意识会影响到我们所看到的现实。
从薛定谔的猫这个实验中,我们可以得出很多与人生相关的哲学思考。
以下是针对这个实验的人生哲理:1. 一切皆有可能像薛定谔的猫一样,现实世界中的很多事情都是需要观察才能确认的。
在我们做出观察和决定之前,一切皆有可能,可能的结果有好有坏,有生有死。
因此,在我们做出决定之前要仔细思考和评估,避免因冲动而做出有害的决定。
2. 观察会影响到结果根据量子力学的规律,观察会影响到结果。
在人生中,我们也会发现我们的选择和意识会影响到我们所看到的现实和生活结果。
因此,我们需要认真思考我们的选择,尽可能做出正确的决定,并尽可能做出积极的选择。
3. 不要害怕未知像薛定谔的猫一样,未知往往是恐惧和不安的源头。
然而,在生活中,我们必须学会面对和接受未知,因为未知是不可避免的一部分。
相反,我们应该积极地面对未知,探索和发现可能性,从而发现新的机遇和可能性。
4. 坚持自己的信仰在薛定谔的猫实验中,猫的状态取决于量子力学的规则,而这个规则与我们普通人的认知相悖,但是科学家们仍然相信量子力学的可靠性,并坚定地支持这个理论。
在生活中,我们要坚持自己的信仰,有时候要深入了解我们所面对的问题,不断学习和探索,直到找到自己坚定的信仰。
5. 生命是宝贵的实验中的猫可能既死又活。
然而,在生活中,生命只有一次,我们必须珍惜和保护它。
即使我们不知道未来的结果,也不应该轻率地将自己置于危险或其他威胁生命的情况中。
相反,我们应该认真对待生命,争取自己的价值和幸福生活。
薛定谔的猫

引用
薛定锷的猫最早由物理学家薛定锷提出,是量子力学领域中的一个悖论。其内容是:一只猫、一些放射性元素和一瓶毒气一起被封闭在一个盒子里一个小时。在一个小时内,放射性元素衰变的几率为50%。如果衰变,那么一个连接在盖革计数器上的锤子就会被触发,并打碎瓶子,释放毒气,杀死猫。因为这件事会否发生的概率相等,薛定锷认为在盒子被打开前,盒子中的猫被认为是既死又活的。
Das曾经立志要让毫不懂得量子力学的人在二十分钟之内了解薛定谔的猫,可是我失败了。失败了不要紧,我们从头再来。这一次das不再用现实世界中的例子来比喻,而是用一个如假包换的量子力学的真实事例来说明:
氦原子在元素周期表里排在第二位,它有两个电子。两个电子处于同一个能级,两个电子都在第一层(K层),——按照传统的说法:它们处在同一个轨道上。按照量子力学的说法,这两个电子的“轨道波函数”完全一样——是“对称的”,你别管轨道波函数是什么意思,它就是一个函数,描述电子在轨道上的运动状态。完全描述一个电子的运动状态,光有“轨道波函数”还不行,电子还有一个内在的性质——自旋,用“自旋态”来描述,自旋态不是朝上就是朝下何改变电子的行为?什么是“知道”?“知道”究竟是什么意思?
我们又要回到那个老问题,我们曾经在“空地上的奶牛”和“中文房间”两个问题的讨论中认真反复地对待这个问题,现在看来什么是“知道”远比我们已经讨论的重要得多、复杂得多。
量子力学中有一个重要的原理——泡利不相容原理,说的是一个原子中不可能有两个轨道和自旋完全一样的电子(不仅是电子)。如果它们轨道一样——“轨道波函数”一样,“轨道波函数”是对称的,自旋就肯定不一样,自旋肯定“反对称”。
“反对称”是什么意思?
反对称在数学上十分清晰,十分容易理解,但是它的物理意义却没有人说的清楚。氦原子中的这两个电子由一个波函数描述,假如把这两个电子相互替换,替换以后这两个电子组成的系统又有一个波函数描述;如果这两个波函数是一样的,那么这两个电子之间的关系就是“对称”的;如果这两个波函数符号相反——它们的相位因子(你不用管这个概念是什么意思)一个是+1,一个是-1,那么这两个电子之间的关系就是“反对称”。不相容原理要求氦原子中的这两个电子必须是反对称的。
薛定谔的猫定理

薛定谔的猫是什么定理?
薛定谔的猫不是指一个定律,而是薛定谔本人对于量子力学的解释所产生的疑问所设计的一个假想实验。
薛定谔的猫就是指将一只猫放在一个盒子里,盒子中有着带毒气且容易碎的小瓶子,那么在没打开盖子之前,这只猫有两只可能性各占据一半,指的是事情的确定性和不确定性。
“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,是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的推演。
这个理论实验的内容是,把一只猫放进一个封闭的不透明盒子,在这个封闭的盒子里,薛定谔放进了一个放射性原子,一个可以检测原子衰变的装置,和一个毒气释放装置。
这个原子在一个小时内有几率发生衰变,如果发生衰变就会被检测装置所检测到,进而激活毒气释放装置,施放毒气杀死猫。
“薛定谔的猫”这个实验的目的,是要反驳哥本哈根学派,关于量子系统的叠加态会因由和外部世界的相互作用,或被外部世界测量时而变成一种固定态的理论,参照实验来说,即猫是在被外部世界所观察之后,它的生死才处于一种固定态。
但按照客观来说,这个猫,不管你外部观察与否,它的生死早就固定了。
这就反驳了哥本哈根学派对量子系统的叠加态的理论,到达了实验目的。
扩展资料:
薛定谔的猫在生活中可以比喻事情的确定性和不确定性,即事情的两面性和未知结果的叠加性。
例如我要去做某件事,可能成功也可能失败,在没有确定结果前,是
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既成功又失败的状态。
就像薛定谔的猫一样。
只要是涉及到不确定的事情,其实都是可以用薛定谔的猫来比喻的。
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薛定谔的猫通俗解释

薛定谔的猫通俗解释
薛定谔的猫是一个著名的物理学概念,源自薛定谔在1935年提出的一篇文章《解决二分子动力学问题的一般方法》。
在这篇文章中,薛定谔提出了一个想象中的实验,称为"薛定谔的猫"。
这个实验描述了一只猫被放进一个盒子中,盒子内有一枚未起弹的子弹,子弹的起弹是由一个随机事件决定的。
如果子弹起弹,它会击中盒子的一个开关,把猫弄死。
薛定谔的猫是用来描述量子力学中的不确定性的。
在量子力学中,很多的物理量都是有一定不确定性的,例如电子的位置和动能。
在薛定谔的猫实验中,猫的生死也是一种不确定性,因为它取决于子弹是否起弹,而这是一个随机事件。
薛定谔的猫是一个抽象的概念,用来帮助人们理解量子力学中的不确定性原理。
在通俗的解释中,薛定谔的猫可以被理解为一个用来描述随机事件和不确定性的模型。
在薛定谔的猫中,猫的生死是一种未知的不确定性,它直到观察者打开盒子时才能被确定。
这就是所谓的"观察者效应",即观察者的行为会对被观察的系统产生影响。
这是因为在量子力学中,观察者和被观察的系统之间存在着相互作用。
薛定谔的猫实验并没有真正进行过,它只是一个想象中的实验,用来帮助人们理解量子力学中的不确定性原理。
但是,它确实反映了量子力学中许多的基本特征,例如不确定性和观察者效应。
薛定谔的猫实验也引发了许多的讨论和争论,因为它与我们日常生活中对客观现实的理解有很大的不同。
但是,在物理学领域,薛定谔的猫是一个重要的概念,它有助于我们理解量子力学的基本原理。
薛定谔的猫的理解

薛定谔的猫的理解
比喻一件事如果你不去做,它就可能有两个结果,而一旦你去做了,最后结果就只能有一个,你的参与也直接干预了结果。
薛定谔的猫是为了证明:微观世界和宏观世界一样,是永恒的,不存在你从哪一次开始观察,也就是不存在所谓时间点。
这是奥地利物理学家薛定谔所做的一项实验,实验的主要内容是将一只猫关在含有少量镭和氢化物等放射性元素的密闭容器内,随着实验的推进,会有一半的放射性元素发生衰变,演变成一种能够杀害猫的毒气,另外一半放射性元素则不会衰变,不会对猫的生命产生任何威胁,这是一次将微观方面的量子行为拓展到宏观方面的阐述。
我们没有办法预测放射性元素发生衰变的时间,也就不知道上面时候会对猫产生伤害,也就不知道猫死了还是活着。
按照量子力学的观点,因为无法预测放射性元素发生衰变的具体时间段,那么这只猫就处于可死可活的叠加状态。
如果我们没有打开箱子对这只猫进行观察,那么它就永远处于理论中可死可活的叠加状态。
由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加,猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。
这项实验点的目的是论证量子力学对微观粒子世界超乎常理的认识和理解。
随着量子物理学的发展,薛定谔的猫还延伸出了平行宇宙等物理问题和哲学争议。
薛定谔之猫
薛定谔之猫薛定谔之猫:探讨量子物理和哲学的奇妙隐喻薛定谔之猫是奥地利物理学家薛定谔(ErwinSchrödinger)于1935年提出的一个经典性思想实验。
这个实验借助于一个放射性元素的衰变过程,将量子力学的一些概念和哲学思考相结合,让我们对量子力学的微观世界产生了更深入的思考。
这个实验想象一个封闭的箱子,箱子内有一只猫和一瓶放射性原子,这个原子的衰变具有随机性。
根据量子力学的原理,这个放射性原子可能会在一定时间段内发生衰变,也可能不发生衰变。
如果发生衰变,就会释放出一个致命的毒药,导致猫死亡;如果不发生衰变,猫就能继续存活。
但是,在量子力学中,存在着一个尚未被解释的现象,即叠加态(superposition)。
换言之,在量子尺度上,这个放射性原子处于一种衰变和不衰变同存的叠加态中。
而在观测之前,我们就无法得知这个原子是否已经衰变。
于是,薛定谔之猫的思想实验中,猫就成为了一个宏观物体和量子世界的桥梁。
在我们观测之前,猫也处于衰变和不衰变同存的叠加态中。
也就是说,猫既处于生死两个状态中,直到我们打开箱子,观测到猫的状态为止。
这个观测过程将量子叠加态“坍缩”成了一个确定的状态,要么猫是活着的,要么猫是死去的。
薛定谔之猫的实验背后涉及到了量子力学中的不确定性原理。
在实验开始之前,我们无法确定猫的生死状态,只有当我们进行观测时,才能确定猫的状态。
这种观测与量子力学中的测量不同,它是宏观物体的观测。
这给人们带来了哲学上的思考,即何时和何种方式进行观测,对于量子世界的影响是什么。
薛定谔之猫实验的思想在量子力学的发展中引起了广泛的关注和讨论。
它为我们提供了一个思考的框架,让我们更加深入地探究微观世界的奥秘。
同时,它也引发了对自然界中存在的定律和规律的思考,以及对科学研究方法的反思。
薛定谔之猫实验之后,还有一些类似的思想实验被提出,例如量子重演性(quantum repeatability)和量子否定性(quantum negation)。
薛定谔的猫
薛定谔的猫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。
基本信息•中文名:薛定谔的猫•英文名:Erwin Schrödinger's Cat•别称:薛定谔之猫•提出者:薛定谔•提出时间:1935•应用学科:量子物理学相关搜索薛定谔的猫比喻什么薛定谔的猫什么梗薛定谔的猫害死了好多人横滨玛丽概述正在加载薛定谔的猫“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。
“薛定谔猫”假设了这样一种情况:将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里,如果镭发生衰变,会触发机关打碎装有氰化物的瓶子,猫就会死;如果镭不发生衰变,猫就存活。
根据量子力学理论,镭的衰变存在几率,放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加,猫就理应处于死和活的叠加状态,这就是所谓“薛定谔猫”。
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。
但在量子力学的怪异世界里,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。
薛定谔的猫
如今,很多实验物理学 家还在验证这一理论在 80年前所做的基本假设 。物理学家们依然还在 为这个理论头疼不已。 著名物理学家费曼就曾 说:“我敢肯定,现在 没有一个人能够懂得量 子力学。”尽管已经走 过百年历史,它还有无 数的谜尚待解开。
现在,“多世界理论”演化出 的“时空穿梭”已经成为很 多科幻作品中的主题。但这 个理论完全是严格遵循数学 方程演化得来的结果,其前 提认为所有“宇宙”都包容在 同一个“时空”中,而这个“时空”是多维度的,霍金所 提出的进行“时空旅行”的“虫洞”目前只存在于理论层 面,还没有任何物理证据证明其真实存在。
“薛定谔之猫”又名“薛定谔的猫”,是关于量 子理论的一个理想实验,由德国物理学家薛定谔 在1935年提出。
量子物理学告诉我们,物 质在被测量之前是不确定 的。“不确定性”是量子 世界的基本法则。“观测 ”是在不确定的量子世界 和确定的现实之间转化的 关键。在经典极限情况下 ,通过合理的近似,量子 理论可以自动过渡到经典 世界的物理理论。但如何 描述这两个世界的交界面 ,成了量子论过不去的一 个坎。
多世界诠释(平行世界)” 的优点是:薛定谔方 程始终成立,波函数从不坍缩,由此它简化了基 本理论。它的问题是:设想过于离奇,付出的代 价是这些平行的世界全都是同样真实的。这就难 怪有人说:“在科学史上,多世界诠释无疑是目 前所提出的最大胆、最野心勃勃的理论。”
究竟是必然还是偶然决 定了宇宙的命运?这个 是量子力学和相对论最 大的争议。量子力学主 张:世界是由不确定的 、随机的事件决定,这 个不确定(后者叫波动 )其实就是辩证法主张 的矛盾运作;而相对论 则认为:世界应该是由 固定的、机械的规律统 治,任何看似偶然的事 件背后,其实都有必然 在支撑。
一只猫同时又是死的又是活的?它处在不死不活 的叠加态?这未免和常识太过冲突,同时在生物 学角度来讲也是奇谈怪论。如果打开箱子出来一 只活猫,那么要是它能说话,它会不会描述那种 死/活叠加的奇异感受?恐怕不太可能。量子论 无法解释现实世界,这成了量子论无数个困惑之 谜中最神秘的一点。
薛定谔的猫书籍读后感
薛定谔的猫书籍读后感首先得说,薛定谔这个人可真够“坏”的,他弄出这么个关于猫的思想实验,简直是把我的认知搅得一团乱麻。
你想啊,一只猫被关在一个盒子里,盒子里有个装置,有可能释放出毒气把猫毒死,但是在打开盒子之前,这猫竟然是处于既死又活的状态?这就像你告诉我,你的朋友既在家又不在家,这不是矛盾得让人抓狂吗?这也正是这本书的魅力所在。
它让我明白,在微观的量子世界里,那些规则和我们日常生活里所熟悉的逻辑完全不一样。
我们平常觉得非黑即白、非此即彼的事情,在量子的世界里居然可以是叠加的状态。
这就好比我们一直以为世界是一个规规矩矩按照我们理解的方式运转的大机器,结果量子世界就像是这个大机器里一个隐藏的小天地,里面充满了各种稀奇古怪的玩意儿。
书里把那些复杂的量子理论讲得还算通俗易懂,至少让我这个以前对量子力学一窍不通的人有了一些模糊的概念。
像什么量子叠加态、波函数坍缩这些概念,虽然我不敢说自己完全理解透彻了,但至少不再是看到这些词就两眼一抹黑。
我感觉自己像是在探索一个神秘的迷宫,虽然还没找到出口,但已经开始逐渐摸清一些墙壁和通道的规律了。
而且这只倒霉又神奇的猫也让我开始思考关于观测和现实的关系。
在没有观测之前,一切都是充满可能性的,一旦观测,就确定了一种结果。
这是不是也有点像我们的生活呢?有时候我们没去深入了解一个人或者一件事的时候,这个人或者事在我们心中就有无限的可能,但当我们真正去接触、去观察的时候,就只有一种情况被我们所感知到了。
当然啦,这可能只是我过度联想,但这种思考的乐趣真的很让人着迷。
这本书还让我对科学家们的脑洞大为惊叹。
他们怎么就能想出这么奇特的理论和实验呢?我想这可能就是科学的魅力吧,永远不满足于现有的认知,总是要在未知的领域里去挖掘那些让人意想不到的东西。
就像薛定谔一样,用一只猫把全世界都给“忽悠”得开始对量子力学着迷,也让我这样的普通人对那个微观又神秘的世界充满了好奇和敬畏。
这是一本能让你脑袋转个不停的书,读完之后就感觉自己仿佛窥探到了世界背后隐藏着的一个超级神秘的小秘密。
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薛定谔之猫“薛定谔之猫”又名“薛定谔的猫”,是关于量子理论的一个理想实验,薛定谔之猫的概念提出是为了解决爱因斯坦的相对论所带来的祖母悖论,即平行宇宙之说。
背景什么是薛定谔猫?这要从头说起。
薛定谔(E.Schr dinger ,1887—1961)是奥地利著名物理学家、量子力学的创始人之一,曾获1933年诺贝尔物理学奖,量子力学是描述原子、电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规律很不一样。
处于所谓“叠加态”的微观粒子之状态是不确定的。
例如,电子可以同时位于几个不同的地点,直到被观察测量(观测)时,才在某处出现。
这种事如果发生在宏观世界的日常生活中,就好比:我在家中何处是不确定的,你看我一眼,我就突然现身于某处——客厅、餐厅、厨房、书房或卧室都有可能;在你看我之前,我像云雾般隐身在家中,穿墙透壁到处游荡。
这种“魔术”别说常人认为荒谬,物理学家如薛定谔也想不通。
于是薛定谔就编出了这个佯谬,以引起注意。
果不其然!物理学家争论至今。
实验内容把一只猫放进一个封闭的盒子里,然后把这个盒子连接到一个包含一个放射性原子核和一个装有有毒气体的容器的实验装置。
设想这个放射性原子核在一个小时内有50%的可能性发生衰变。
如果发生衰变,它将会发射出一个粒子,而发射出的这个粒子将会触发这个实验装置,打开装有毒气的容器,从而杀死这只猫。
根据量子力学,未进行观察时,这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态,但是,如果在一个小时后把盒子打开,实验者只能看到“衰变的原子核和死猫”或者“未衰变的原子核和活猫”两种情况。
薛定谔在1935年发表了一篇论文,题为《量子力学的现状》,在论文的第5节,薛定谔描述了那个常被视为恶梦的猫实验:哥本哈根派说,没有测量之前,一个粒子的状态模糊不清,处于各种可能性的混合叠加。
比如一个放射性原子,它何时衰变是完全概率性的。
只要没有观察,它便处于衰变/不衰变的叠加状态中,只有确实地测量了,它才会随机的选择一种状态而出现。
那么让我们把这个原子放在一个不透明的箱子中让它保持这种叠加状态。
现在薛定谔想象了一种结构巧妙的精密装置,每当原子衰变而放出一个中子,它就激发一连串连锁反应,最终结果是打破箱子里的一个毒气瓶,而同时在箱子里的还有一只可怜的猫。
事情很明显:如果原子衰变了,那么毒气瓶就被打破,猫就被毒死。
要是原子没有衰变,那么猫就好好地活着。
这个理想实验的巧妙之处,在于通过“检测器-锤子-毒药瓶”这条因果链,似乎将铀原子的“衰变-未衰变叠加态”与猫的“死-活叠加态”联系在一起,使量子力学的微观不确定性变为宏观不确定性;微观的混沌变为宏观的荒谬——猫要么死了,要么活着,两者必居其一,不可能同时既死又活!难怪英国著名科学家霍金听到薛定谔猫佯谬时说:“我去拿枪来把猫打死!”薛定谔之猫的疑惑如果我们不揭开密室的盖子,根据我们在日常生活中的经验,可以认定,此猫或者死,或者活。
这是她的两种本征态。
但是,如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫,则只能说,她处于一种活与不活的叠加态。
我们只有在揭开盖子的一瞬间,才能确切地知道此猫是死是活。
此时,猫的波函数由叠加态立即收缩到某一个本征态。
量子理论认为:如果没有揭开盖子,进行观察,我们永远也不知道此猫是死是活,她将永远到处于半死不活的叠加态。
这与我们的日常经验严重相违,要么死,要么活,怎么可能不死不活,半死半活?薛定谔挖苦说:按照量子力学的解释,箱中之猫处于“死-活叠加态”——既死了又活着!要等到打开箱子看猫一眼才决定其生死。
(请注意!不是发现而是决定,仅仅看一眼就足以致命!)正像哈姆雷特王子所说:“To be or not to be,that was a question."只有当你打开盒子的时候,叠加态突然结束(在数学术语就是“坍缩(collapse)”),哈姆雷特王子的犹豫才终于结束,我们知道了猫的确定态:死,或者活。
哥本哈根的几率诠释的优点是:只出现一个结果,这与我们观测到的结果相符合。
但是有一个大的问题:它要求波函数突然坍缩。
但物理学中没有一个公式能够描述这种坍缩。
尽管如此,长期以来物理学家们出于实用主义的考虑,还是接受了哥本哈根的诠释。
付出的代价是:违反了薛定谔方程。
这就难怪薛定谔一直耿耿于怀了。
自然的推论当它们都被锁在箱子里时,因为我们没有观察,所以那个原子处在衰变/不衰变的叠加状态。
因为原子的状态不确定,所以猫的状态也不确定,只有当我们打开箱子察看,事情才最终定论:要么猫躺在箱子里死掉了,要么它活蹦乱跳地“喵呜”直叫。
问题是,当我们没有打开箱子之前,这只猫处在什么状态?似乎唯一的可能就是,它和我们的原子一样处在叠加态,这只猫当时陷于一种死/活的混合。
一只猫同时又是死的又是活的?它处在不死不活的叠加态?这未免和常识太过冲突,同时在生物学角度来讲也是奇谈怪论。
如果打开箱子出来一只活猫,那么要是它能说话,它会不会描述那种死/活叠加的奇异感受?恐怕不太可能。
换言之,“薛定谔猫”概念的提出是为了解决爱因斯坦的相对论所带来的祖母悖论,即平行宇宙之说。
薛定谔猫佯谬实际上提出了一个十分重要的问题:什么是量子力学的观测?观察或测量都与人的主观有关,而人在箱外,所以必须打开箱子才能决定猫的死活。
谁都知道箱中猫的死活是由铀的衰变决定的——衰变前猫是活的,衰变后猫就死了,这与是否有人打开箱子进行观察毫不相干。
所以毛病出在观测的主观性上,应该朝这个方向寻根究底。
微观的观测与宏观的观测有所不同。
宏观的观测对被观测对象没有什么影响。
俗话说:“看一眼总行吧。
”意思是对所看之物并无影响,用不着担心。
微观的观测对被观测对象有影响,会引起变化。
以观测电子为例,要用光照才能看见,光的最小单位光子的能量虽小但不是零,光子照到被观测的电子上,对电子的影响很大。
所以,在微观世界中看一眼也会惹祸!量子力学认为,观测的结果使得被观测对象的状态改变了:一个确定态从原先不确定的叠加态中蹦了出来。
再追究下去,观测无非是观测手段(如光子)与被观测对象(如电子)之间的一种相互作用,这种相互作用并不一定与观测者联系起来,后者可以用检测器之类的仪器代替。
经过几十年的探索,物理学家终于认识到:在由叠加态到确定态的转变中,观测曾经扮演的角色应该以相互作用来代替,这样不仅更普遍而且更客观。
具体到薛定谔猫佯谬,就能将人的主观因素完全排除——猫的死活不是由人开箱看猫一眼所决定的。
读者会说:“不就是一只假想的猫吗,让霍金开枪打死不就完了。
”事情并非那么简单,否则许多物理学大师就不会那么孜孜以求了。
薛定谔猫佯谬衍生出更深刻的问题:大量原子、分子所构成的生物与这些微观粒子遵从的量子力学规律之间的关系究竟是什么?这不仅是重要的理论问题,而且具有实际意义。
例如,自我意识的机制至今仍然是未解之谜,有人认为可能与量子力学或者更深层次的微观规律有关。
再如思维过程中的“顿悟”,会不会与前述之“一个确定态就从原先不确定的叠加态中蹦了出来”有关呢?可能有关的还有:生命的起源、物种的变异、光合作用的机制……如此等等。
总之,生命的秘密和思维的奥妙不可能与量子力学的规律无关。
这就难怪薛定谔后来转而对生命科学很感兴趣了。
1946年他写出了著名的《生命是什么》一书,提出了一些很有创见的观点。
遗憾的是,在他有生之年,那可怜的箱中之猫依然生死不明。
后续研究物理学是实验科学,一切要由实验来判定。
较早的一批关于“薛定谔猫”的实验是将处于叠加态的单个原子或分子从周围环境中孤立起来,然后以可控制的方法使之相互作用,以观察其变化。
结果发现,关键在于环境的相互作用,它导致原先的量子叠加态转变为经典的确定态。
但是将这些实验对象当作薛定谔猫是一种极度的简化,单个原子或分子与薛定谔猫相去何止十万八千里。
1996年5月,美国科罗拉多州博尔德的国家标准与技术研究所(NIST)的Monroe 等人用单个铍离子作成了“薛定谔的猫”并拍下了快照,发现铍离子在第一个空间位置上处于自旋向上的状态,而同时又在第二个空间位置上处于自旋向下的状态,而这两个状态相距80纳米之遥!(1纳米为1米的十亿分之一)——这在原子尺度上是一个巨大的距离。
想像这个铍离子是个通灵大师,他在纽约与喜马拉雅同时现身,一个他正从摩天楼顶往下跳伞;而另一个他则正爬上雪山之巅!——量子的这种“化身博士”特点,物理学上称“量子相干性”。
在早期的杨氏双缝实验中,单个光粒子即以优美的波粒二象性,轻巧地同时穿过两条狭缝,在观察屏上制造出一幅美丽的明暗相干条纹薛定谔猫是他在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。
显然,既死又活的猫是荒谬的。
薛定谔想要借此阐述的物理问题是:宏观世界是否也遵从适用于微观尺度的量子叠加原理。
“薛定谔猫”佯谬巧妙地把微观放射源和宏观的猫联系起来,旨在否定宏观世界存在量子叠加态。
然而随着量子力学的发展,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。
这次《自然》报道的实验与上述那些实验不同。
纽约州立大学石溪分校弗里德曼(J. R. Friedman)等人拿来做实验的“薛定谔猫”不是单个粒子,而是在接近绝对零度的超导体环形电路中由几十亿对电子构成的超导流。
美国国家标准和技术研究所的莱布弗里特等人在最新一期《自然》杂志上称,他们已实现拥有粒子较多而且持续时间最长的“薛定谔猫”态。
实验中,研究人员将铍离子每隔若干微米“固定”在电磁场阱中,然后用激光使铍离子冷却到接近绝对零度,并分三步操纵这些离子的运动。
为了让尽可能多的粒子在尽可能长的时间里实现“薛定谔猫”态,研究人员一方面提高激光的冷却效率,另一方面使电磁场阱尽可能多地吸收离子振动发出的热量。
最终,他们使6个铍离子在50微秒内同时顺时针自旋和逆时针自旋,实现了两种相反量子态的等量叠加纠缠,也就是“薛定谔猫”态。
实验证明,这种由大量粒子构成的宏观量子系统也可以处于叠加态——相当于薛定谔猫的“死-活叠加态”。
几十亿对电子构成的超导流当然还不能与几亿亿亿个原子构成的猫相比,但较之单个原子分子毕竟前进了一大步。
所以有人惊呼:“薛定谔猫变胖了!”奥地利因斯布鲁克大学的研究人员也在同期《自然》杂志上报告说,他们在8个离子的系统中实现了“薛定谔猫”态,但维持时间稍短。
科学家称,“薛定谔猫”态不仅具有理论研究意义,也有实际应用的潜力。
比如,多粒子的“薛定谔猫”态系统可以作为未来高容错量子计算机的核心部件,也可以用来制造极其灵敏的传感器以及原子钟、干涉仪等精密测量装备。
下一步是否拿一只真的猫来做实验呢?不可能!首先是无法将之与周围环境隔离——置于真空中的猫马上会死掉。
其次,与接近绝对零度的超导流不同,常温下的猫根本不是宏观量子系统,何来叠加态?而且也没有必要做这样的实验,物理学家根据现有的实验结果,对薛定谔猫为什么不可能有“死-活叠加态”已能作出符合量子力学的解释。