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薛定谔的猫是什么意思 薛定谔的猫出自哪里

2017-10-10 17:33 来源:聊城 社会  次阅读

  薛定谔的猫这个词常常被网友们来拿说,但是其具体意思却没多少人去深究,归根结底,薛定谔的猫还是比较费解的。薛定谔的猫是量子物理学的一个理论,大致意思是说当没有人能看到盒子里面的一只50%概率死掉情况下的猫时,这只猫既可以是活的,也可以是死的,叫做“量子叠加态”,也可以说是“薛定谔猫态”。

  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,量子力学中描述原子、电子等微观粒子运动的薛定谔方 程,就是以他而命名的。

  ‘薛定谔的猫’也称‘薛定谔佯谬’,是指薛定谔为说明量子力学中的‘叠加态’设计 的一个思想实验而导致的佯谬。

  那么,首先我们需要了解,什么是‘叠加态’?

  根据我们的日常经验,一个物体某一时刻,总会处于某个固定的状态。比如我说:女儿 现在‘在’客厅里,或是说:女儿现在‘不在’客厅里。要么在,要么不在,两种状态,必 居其一。然而,在微观的量子世界中,情况却有所不同。微观粒子可以处于一种所谓‘叠加 态’的状态中,这种状态是不确定的。例如,电子可以同时位于两个不同的地点:A 和 B, 也就是说,电子既在 A,又不在 A。电子的状态是‘在’和‘不在’,两种状态按一定几率 的叠加。电子的这种混合状态,叫做‘叠加态’。

 

 

 

  聪明的读者会说:“女儿此刻‘在’或‘不在’客厅,看一眼就清楚了。电子在 A,或 是不在 A,测量一下不就知道了吗?”说得没错,当我们对电子的状态进行‘测量’时,电 子的‘叠加态’不复存在,而是‘坍缩’到‘在 A’,或是‘不在 A’,两个状态的其中之 一。但是,微观与宏观之不同,是在于观测之前。女儿在不在客厅,观测之前已成事实,并不以‘看’或‘不看’而转移。而微观电子坍缩前的状态,并无定论,直到测量它,才因坍缩而确定。这是微观世界中量子叠加态的奇妙特点。

  尽管量子现象显得如此神秘。然而,量子力学的结论却早已在诸多方面被实验证实,被 学术界接受,在各行各业还得到各种应用,量子物理学对我们现代日常生活的影响无比巨 大。以其为基础而产生的电子学革命及光学革命将我们带入了如今的计算机信息时代。可以 说,没有量子力学,就不会有今天所谓的‘高科技’产业。

  如何解释量子力学的基本理论,仍然是见仁见智,莫衷一是。这点也曾经深深地困扰着 它的创立者们,包括伟大的爱因斯坦。微观叠加态的特点与宏观规律如此不同,物理学家如 薛定谔也想不通。于是,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,薛定谔编出了一个‘薛定谔猫’的理想实验,试图将微观不确定性变为宏 观不确定性,微观的迷惑变为宏观的佯谬,以引起大家的注意。果不其然!物理学家们对此 佯谬一直众说纷纭、争论至今。

 

 

 

  以下是‘薛定谔猫’的实验描述:

  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装置,其中包含一个原子 核和毒气设施。设想这个原子核有 50% 的可能性发生衰变。衰变时发射出一个粒子,这个 粒子将会触发毒气设施,从而杀死这只猫。根据量子力学的原理,未进行观察时,这个原子 核处于已衰变和未衰变的叠加态,因此,那只可怜的猫就应该相应地处于‘死’和‘活’的 叠加态。非死非活,又死又活,状态不确定,直到有人打开盒子观测它。

  实验中的猫,可类比于微观世界的电子(或原子)。在量子理论中,电子可以不处于一 个固定的状态(0 或 1),而是同时处于两种状态的叠加(0 和 1)。如果把叠加态的概念用 于猫的话,那就是说,处于叠加态的猫是半死不活、又死又活的。

  量子理论认为:如果没有揭开盖子,进行观察,薛定谔的猫的状态是‘死’与‘活’的 叠加。此猫将永远处于同时是死又是活的叠加态。这与我们的日常经验严重相违。一只猫, 要么死,要么活,怎么可能不死不活,半死半活呢?别小看这一个听起来似乎荒谬的物理理 想实验。它不仅在物理学方面极具意义,在哲学方面也引申了很多的思考。

  谈到哲学,聪明的读者又要笑了,因为在古代哲学思想中,不凡这种似是而非、模棱两可的说法。这不就是辩证法的思想吗?你中有我,我中有你,一就是二,二就是一,合二而一,天人合一,等等等等,如此而已。

  此话不假,因此才有人如此来比喻‘薛定谔的猫’:男女在开始恋爱前,不知道结果是 好或者不好,这时,可以将恋爱结果看成好与不好的混合叠加状态。如果你想知道结果,唯 一的方法是去试试看,但是,只要你试过,你就已经改变了原来的结果了!

  无论从人文科学的角度,如何来诠释和理解‘薛定谔的猫’,人们仍然觉得量子理论听 起来有些诡异。有读者可能会说:“你拉扯了半天,我仍然不懂量子力学啊!”

  还好,刚才我们已经给读者打了预防针,不是吗?没有人懂量子力学,包括薛定谔自己在内!薛定谔的本意是要用‘薛定谔猫’这个实验的荒谬结果,来嘲笑哥本哈根学派对量子力学,对薛定谔方程引进的‘波函数’概念的几率解释,但实际上,这个假想实验使薛定谔自己,站到了自己奠基的理论的对立面上,难怪有物理学家调侃地说到薛定谔:“薛定谔不 懂薛定谔方程!”

 

 

 

  薛定谔的猫通俗用来比喻什么?

  打个比喻,注意是比喻,并不是完全一样,只是为了好理解,是比喻!!你在太空站里抛了个硬币,于是这个硬币一直在空中旋转,这时我们可以说它是“正面态”与“反面态”的叠加态。然后你啪地一下把它拍在桌子上,可能是正面也可能是反面。概率是50%和50%。在量子力学的相关实验里,你没办法预测实验的结果,但是你能预测得到某个结果的概率。就像上面的硬币,你不知道是正面还是反面,但是你知道得到正面的概率是50%。抛硬币其实只是个过程,你不能说硬币同时是正面和反面,而叠加态是一种态,它可以是两种基态的叠加状态。

 

 

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