薛丁格的貓:科學界最出名的貓,憑一貓之力解釋量子力學!

2020-12-14 好奇世界的舒宜昂

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大家好,我是舒宜昂。今天我們來聊一聊薛丁格的貓。(文章最後有我個人對文章重點的總結,趕時間的話可以直接跳到最後面看總結。)

薛丁格的貓可謂是科學界最出名的貓了,因為它憑藉一貓之力,靠著自己的生死為大家解釋了讓人迷惑的量子力學。我們先來說一說到底什麼是薛丁格的貓,它是如何為我們解釋量子力學的。

首先,薛丁格這隻貓並不是一隻真實存在的貓,而是薛丁格為了解釋量子力學而提出的思想實驗中假設的一隻貓。那這個薛丁格又是誰呢?(說實話,當初第一次看到這個名字的時候,我一直以為是一個姓薛的中國人,然而並不是。)

薛丁格,全名埃爾溫·魯道夫·約瑟夫·亞歷山大·薛丁格(這個名字有點長),奧地利物理學家,也是量子力學的最重要奠基人。量子力學有兩大表述形式,分別是波動力學和矩陣力學,而波動力學就是薛丁格建立的。

他還建立了薛丁格方程,這個方程是量子力學中描述微觀粒子運動狀態的基本定律,也是波動力學的基礎。他在量子力學上的成就相當於經典力學中的牛頓。

他除了在量子力學上有重大貢獻外,還發展了分子生物學,另外還在哲學方面有所建樹。不過薛丁格這些成就都不是獨創,他都是非常敏銳地發現他人創新觀念來發展和構建系統,最終構成一套理論。(這是薛丁格自己說的)

薛丁格假設在一個密閉的容器裡,有一隻貓還有一個裝置,這個裝置上半部分是裝有少量鐳的繼電器並連接了一個錘子,下面是一個裝有氰化物的瓶子。只要上半部分少量的鐳發生了衰變,就會觸發繼電器使錘子落下,砸碎裝有氰化物的瓶子,貓吸入氰化物的蒸汽後就將死亡。而鐳發生衰變的概率是百分之五十,就是說貓生存的概率也是百分之五十。

鐳何時會發生衰變,也是一個未知數,有可能是在我們打開容器的前一秒,也有可能是在我們打開容器的之後。由於這個容器設定是密閉的,所以我們無法直接看到容器內的情況,只有在打開容器的瞬間,也就是我們在觀察的瞬間,我們才可以確定貓是死是活。

從量子力學的角度來說,這隻貓的生存狀態是共存的,只要我們沒有去打開這個密閉的容器,沒有去觀察,貓既是活著的,又是死了的。只有在我們打開容器的瞬間,我們才會看到這隻貓「真正的狀態」,在確定了一種狀態的同時,也就表明另外一種狀態崩塌了。(簡單說,活和死兩種狀態就像是兩個立著的牌子,在看到貓的時候,代表所對應狀態的牌子還立著,而另一塊牌子就被推倒了。)

從我們日常的認知來說,某種事物或者某件事情都是需要有明確的結果,是怎麼樣就是怎麼樣。這其實是一種宏觀的角度分析問題和事物,但是量子力學是微觀世界的一門學科,微觀世界和宏觀世界是有著非常大的差別的。

這個實驗只是通過宏觀角度的貓來為我們解釋微觀世界的疊加狀態。習慣了宏觀世界的我們,總是在遇到任何事物和問題的時候,慣性用我們目前的思維去思考,所以難免對微觀世界的一些神奇現象抱有懷疑的態度,甚至覺得根本沒有可能。

然而世界就是這麼神奇,我們不能固步自封、坐井觀天,我們需要拓展我們的思維,需要對任何事物抱有一個質疑的態度,再去探求真相。可是,真相真的很重要嗎?其實不然,所謂真相,只不過是你自己對自己知識內存的一個整理而已,當有新的信息進入你的知識內存之時,真相就有可能隨之改變。世間並沒有真相,心之所向,即為真相。這一段看似矛盾,但又真的費解嗎?

扯遠了,繞回來。量子力學作為研究物質世界微觀粒子運動規律的物理學分支,為我們打開了世界的另一個大門,為現代物理打下了基礎。但是我們仍在探索,因為不像宏觀世界那麼直觀可以理解。對於我們平常人來說,更是很少接觸,所以也更難理解。

如果未來有一天,量子力學運用在了我們的日常生活中,為我們帶來了便利,那我們也會更容易理解吧。現在我們也不必糾結,有興趣的了解一下就可以了。對於基礎知識,宏觀的內容就已經夠我們用了。

個人覺得是重點的總結:

1. 薛丁格的貓並不是一隻真實存在的貓,只是薛丁格為了解釋量子力學而提出的思想實驗中假設的一隻貓。

2. 薛丁格,全名埃爾溫·薛丁格,奧地利物理學家,也是量子力學的最重要奠基人。量子力學有兩大表述形式,分別是波動力學和矩陣力學,而波動力學就是薛丁格建立的。他還建立了薛丁格方程,這個方程是量子力學中描述微觀粒子運動狀態的基本定律,也是波動力學的基礎。他在量子力學上的成就相當於經典力學中的牛頓。他除了在量子力學上有重大貢獻外,還發展了分子生物學,另外還在哲學方面有所建樹。

3. 薛丁格的貓是說在一個密閉容器裡,有一隻貓和一個裝置,而這個裝置有一半的機率會讓貓死亡,並且觸發的時間還是未知的。因為我們是看不到密閉容器裡面,所以只有在我們打開容器的瞬間才能看到貓的生死狀態,不然貓就是生死兩種狀態同時存在的。

4. 我們無法理解微觀世界的奇妙現象,是因為我們一直都是以宏觀的角度,看待任何事物都是一種慣性思維。但這不對,我們需要擴展我們的思維,在對事物保持質疑的情況下,去探求真相。

5. 世間並沒有真相,心之所向,即為真相。

6. 對於量子力學有興趣的人了解就好,平常人基本上不會用到,所以不必糾結。

我是舒宜昂,希望你喜歡,歡迎留言討論,謝謝觀看!

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