除了「薛丁格的貓」,原來還有這麼多與貓相關的科學理論

2020-12-13 Felinology貓咪研究所

不知道什麼原因,從古至今,科學家們似乎都喜歡跟喵星人過不去,總把貓當作「原材料」,去做科學實驗。尤其是在「思維假想實驗」方面,喵星人們的功勞可謂天地可鑑。

今天就讓我們來盤點一下,那些科學史上與貓相關的科學理論吧。

為了薛丁格的貓,我們要爭取自由!

薛丁格的貓( Schrdinger's Cat)

如果評選喵星文明史上最令貓聞風喪膽的人類,薛丁格一定會上榜!相信大家對這個名字也並不陌生。

薛丁格

用一句話概括所謂的「薛丁格的貓」,就是讓一隻貓處於死活疊加態(半死不活)的狀態。

當然,這只是個假想實驗,是薛丁格為反駁哥本哈根學派,提出的一個思想實驗。

這個實驗的過程是這樣的:

實驗是這樣的:一隻貓被關在一個密閉無窗的盒子裡,盒子裡有一些放射性物質。一旦放射性物質衰變,有一個裝置就會使錘子砸碎毒藥瓶,將貓毒死。反之,衰變未發生,貓便能活下來。

這時,如果按照量子論支持者(即哥本哈根學派)的解釋:「觀測」這種行為對被觀測對象造成一定影響的效應。由於在打開盒子前(即未觀測前),我們無法確定放射性元素是否發生衰變,進而放射性元素便處於衰變和沒有衰變兩種狀態的疊加,相應的,貓也就處於死貓和活貓的疊加狀態。所以在我們看貓之前,這隻貓是處於一種非生非死的離奇狀態的 。

然而一隻貓怎麼可又死又活呢?

這便是薛丁格假想這個實驗的最終目的。薛丁格設計了這個可怕的實驗正是用來挖苦量子理論荒唐的一面。

如今來看,這隻活在假設中的薛丁格的貓,不僅成為歷史上經典悖論的重要主角,也因它的怪異、嚴謹的荒誕感為時下流行貢獻了一份力量,就像它的主人薛丁格在一百年後的今天突然得到了個「虐貓狂人」的惡搞頭銜一樣。

桑代克的貓

桑代克(Thorndike)是美國著名心理學家,他用過許多動物做實驗來進行教育心理學的研究,其中最著名的實驗便是迷籠實驗:即餓貓學習如何逃出迷籠獲得食物的實驗。

桑代克

實驗過程:一隻餓貓被關在他專門設計的實驗迷籠裡,籠門緊閉,籠子附近放著一條鮮魚,籠內有一個開門的機關,碰到這個機關,籠門便會啟開。開始餓貓無法走出籠子,只是在裡面亂碰亂撞,偶然一次碰到機關打開門便得以逃出吃到魚。經過多次嘗試錯誤,貓學會了碰機關以開籠門的行為。

在迷箱實驗中,他創造了15個用來關住貓的「迷箱」——編號A到O,每個箱子都有門,內部附有開門的裝置。在這些迷箱中,A箱是最簡單的,貓按一下機關就能打開逃出來,後面的難度增加,有的需要又拉拉杆又按按鈕。

實驗結果說明的是刺激(S)與反應(R)之間的聯結。他認為動物會在每次嘗試中,構建一種刺激-反應聯繫,當它們成功時,就會記下這些刺激-反應,那些不正確的會慢慢被排除掉,從而完成學習過程。

我把你關在箱子裡怎麼樣啊,桑代克?

黃油貓悖論(Buttered cat paradox)

黃油貓悖論是把兩種民間常識組合而成的惡搞悖論。

一是大家熟悉的墨菲定律(Murphy's Law):事情如有變壞的可能,不管可能性多小,總會發生。由此如果將一片塗有黃油的麵包片拋到半空,,吐司永遠在塗上黃油的一面落地。二是貓翻正反射(righting reflx)落貓問題(Falling cat problem)。簡單的說就是一隻貓有用腳著地的先天能力。如果從一定高度落下,它能夠感覺到自身方向的錯位,在空中調節姿態,永遠用腳著陸。

那麼若是把一個黃油吐司沒黃油那面,粘在一隻貓的背上。再讓貓從一定高度落下,到底會是貓腳著地呢,還是黃油著地呢?於是這個著名的黃油貓悖論就這樣誕生了。

某些人表示,黃油貓實驗將導致一個反地心引力的作用。他們猜測,黃油貓在半空落地之時,它將漸漸減速和轉動,最終到達一種恆穩狀態,與地面浮著一個短的距離高速轉動,使得吐司沒有塗上黃油的一面和貓背無法接觸地面。

令人疑惑且非常搞笑的是,這個悖論還引發了關於「永動機」和恆穩狀態的討論,簡直讓人啼笑皆非。有人認為,黃油麵包和貓會漂浮在空中成為一種違背能量守恆的穩定狀態……

於是,永動機產生了!

這究竟是人類的勝利,還是貓的勝利!(誤)

事實上,這不是一個實驗,而是一個嘲諷。黃油貓悖論是嘲諷那些曲解「墨菲定律」的人,或者說是嘲諷那些只看中某個理論的表面意思,而忘了它具有的邏輯上深層意義的人。

踢貓效應(Kick cat effect)

踢貓效應是一種心理學效應。指的是是對弱於自己或者等級低於自己的對象發洩不滿情緒,而產生的連鎖反應。

踢貓效應,描繪的是一種典型的壞情緒的傳染。人的不滿情緒和糟糕心情,一般會沿著等級和強弱組成的社會關係鏈條依次傳遞。而無處發洩的最弱小的那一個元素,則成為最終的受害者。其實,這是一種心理疾病的傳染。

這個故事的原版是這樣的:

一父親在公司受到了老闆的批評,回到家就把沙發上跳來跳去的孩子臭罵了一頓。

孩子心裡窩火,狠狠去踹身邊打滾的貓。

貓逃到街上,正好一輛卡車開過來,司機趕緊避讓,卻把路邊的孩子撞傷了。

總之,所謂的踢貓理論就是一種不良情緒在社會關係鏈中的惡性循環。這告訴我們對於自己不良情緒的控制是十分重要的。

去大腦僵直實驗(decerebrate rigidity)

以上幾個理論,要不就只是假想,要不也不會對貓造成實際傷害,然而下面要介紹的這個實驗就是真的有些殘忍了。(可以搜一下實驗的圖片)

去大腦僵直是中腦嚴重損傷的臨床表現之一。而動物實驗在研究這種臨床現象上有重要意義。

去大腦僵直的傳統方法是採用開顱術,在動物(兔或貓)中腦上、下丘之間切斷腦幹。動物便會出現去大腦強直,表現為伸肌張力增 高,兩上肢過伸並內旋,下肢亦過度伸直, 頭部後仰呈角弓反張狀,此現象便稱為去大腦 僵直。

而當人類腦部有疾病或腦損傷時,也會出現類似去大腦僵直的現象。輕者可為陣發性發作,外界稍有刺激即可誘發,重者則持 續性強直。

看完以上幾個實驗,喵星人表示真的什麼仇什麼怨,咋就是跟我們過不去呢?

不過貓咪在人類的歷史長河中,的確扮演了重要的角色。儘管人與貓的故事也不都是美好的,貓有敏感的神經系統,很多貓被用於神經學實驗,包括藥理和毒性等等方面,不免招來種種議論……

雖然貓是解決人類和動物健康不可或缺的動物模型之一,但從上個世紀70年代開始,科研用貓的數量逐年下降。當今科研中使用的大多數脊椎動物是齧齒動物和魚,但仍然需要少量的貓,因為在某些領域它們是最合適或者唯一可用的動物模型。

相關焦點

  • 薛丁格的什麼貓?
    導語:有那麼一隻貓,它屬於薛丁格,屬於愛因斯坦,屬於物理學史,屬於每一個對量子理論懷有好奇幻想的人。有那麼一隻貓,它屬於薛丁格,屬於愛因斯坦,屬於物理學史,屬於每一個對量子理論懷有好奇幻想的人。而薛丁格(和狄拉克分別獨立地)寫出與實驗結果吻合的波動方程,才終於一錘定音地迫使學術界接受這個「毀三觀設定」:物質粒子確實有波動性。可以說,為發展物質波這個量子理論核心概念,愛因斯坦和薛丁格有鼎力之功。
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    你聽說過薛丁格的貓麼?不要被其簡單的字面意思所誤解。首先,薛丁格不姓薛,也不是中國人,他的全名是:埃爾溫·薛丁格,著名的奧地利理論物理學家。然後,他也並不養貓。最後,薛丁格的貓並不是一部寵物文學或電影。那薛丁格的貓說的是啥?
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  • 「薛丁格的貓」究竟是在說什麼東西?
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  • 物理學「神獸」薛丁格的貓,到底代表了什麼?答案比你想像的複雜
    本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。今天我們來討論一個讓很多人感到疑惑的問題,「薛丁格的貓」到底代表了什麼?為什麼這個思想實驗經常被人提及,它對我們的科學發展有什麼幫助嗎?薛丁格這個名字相信很多人都聽說過,但是對他的了解可能並不多,大部分人都是因為「薛丁格的貓」這個有意思的實驗才知道了薛丁格的名字。他對量子力學的發展做出了很大的貢獻,是量子力學的奠基人之一,只不過因為量子力學的相關知識不符合大眾的思想,並且現在的量子力學也不完善,在日常生活中基本上用不到量子力學的相關知識,因此這位科學家的名聲不是那麼響亮。
  • 薛丁格的貓
    原題設計者把它叫薛丁格的貓。下面這一段是從百度上摘下來的介紹(註:本來不想加這段,但公眾號規定文章必須夠300字才可以發,所以摘一段貓的介紹。已經知道這個概念的可以跳過這段,沒有新內容。沒有聽說過這個概念的人,如果讀了這段,而且搞懂了,或許這是你今天上網的最大收穫)。
  • 薛丁格的貓是什麼意思比喻什麼 薛丁格的貓通俗解釋
    薛丁格的貓這句話真的是比較火的,但是還是有很多的人不太清楚這到底是個啥意思,來看看薛丁格的貓比喻什麼?  比如你有個老婆,你不確定她愛不愛你,這個時候在你的思維中只會有兩個結果,愛或不愛,你不問,這兩個結果永遠存在,科學上把這個稱作《既愛又不愛》,這個也就是對應薛丁格的貓裡的,既死又活的狀態吧。  只有你問了,才會有結果,但是一旦你問你老婆,這個結果就會被決定。而這個結果是由於你提出了問題所導致的,也就是你的提問直接幹預了結果。
  • 什麼是薛丁格的貓,這隻貓到底「害死」了多少人?
    埃爾溫·薛丁格是奧地利著名的物理學家,1926年薛丁格提出了著名的薛丁格方程,為量子力學奠定了堅實的基礎。1933年埃爾溫·薛丁格因薛丁格方程獲諾貝爾物理學獎。1935年薛丁格提出的有關貓生死疊加的著名思想實驗,也就是薛丁格的貓。他試圖從宏觀尺度闡述微觀尺度的量子疊加原理的問題。
  • 我就是薛丁格的貓
    只是讀過薛丁格的小傳,對其的印象也只能是根據一些我所了解到的零星的事實加以揣測。薛丁格是一位聰明的嚴謹的非常有個性的傑出科學家,他的薛丁格方程在近代物理學中的地位足以和牛頓的動力學方程在經典物理學中的地位相媲美。薛丁格還將他睿智的目光投向生命科學,將物理學的思想方法在生命科學中發揚光大。
  • 讓薛丁格的貓跳舞起來 ——破解薛丁格的貓的思想實驗難題
    薛丁格的貓,大名鼎鼎,由來已久,爭論不休。但近來發現這個著名的反諷量子力學的思想實驗其實存在偷換概念的的錯誤,具體說明如下:一、對薛丁格的貓這一思想實驗的簡單解釋首先要說明一下這個實驗的產生原因。接下來的物理學解釋有很多,甚至包括平行世界理論。主流的哥本哈根解釋認為,電子在沒有被觀測時處於一種「概率波」的疊加狀態,以一定概率通過雙縫,形成幹涉;觀測使概率波坍縮,電子表現出粒子性,從而沒有幹涉。此後還有更進一步的延遲選擇實驗和量子擦除實驗,由於它們只是更進一步地展現出觀察者效應的不可思議性,本質上是一致的,本文不多做討論。
  • 歷史上最著名的貓《薛丁格的貓》,這裡講的很清楚
    (這點很重要)這下把奧利地著名物理學家薛丁格給惹惱了,因為按照傳統物理學,只要知道物質的運動參數,所有的事情都是確定,為什麼到微觀就變成不確定性呢?於是提出了著名的思想實驗,薛丁格的貓。(薛丁格:what the fuck)通過這個實驗將微觀的不確定放大到宏觀的不確定,通過這樣的方式來質疑挖苦哥本哈根學派的量子理論。說:「按照量子力學的解釋,箱中之貓處於「死-活疊加態」——既死了又活著!
  • 除了薛丁格家「又死又活」的貓,物理學「四大神獸」還有什麼?
    就算沒辦法全部叫出來名字,起碼薛丁格的貓還是聽過的。這四隻神獸分別對應著量子力學、微積分學、經典力學、熱力學第2定律。說起來這四隻神獸還挺厲害的,像極了仙俠小說裡的人物。又是縮地成存,又是推演萬物,甚至還能逆轉陰陽,逆亂生死。而且它們還充滿邪性,帶給有些科學家一生的困擾。今天就讓小編來帶大家細數一下這四隻「神獸」吧。
  • 物理學四大神獸,除了「薛丁格的貓」, 你還知道哪幾個?
    分為純物理學和多學科物理學,其中的純物理學又分為:1.經典力學;2.熱力學和統計力學;3.電磁學;4.相對論;5.量子力學。薛丁格的貓 ,針對量子力學的邊界問題,提出了著名的思想實驗"薛丁格的貓",該問題直指量子力學在微觀和宏觀的過渡邊界,把微觀的不確定性帶到了宏觀世界。
  • 故事|人生的胡克定律&薛丁格的貓
    以理服人  薛丁格的貓在物理學上,有這麼一隻赫赫有名的貓,它是薛鄂定的貓,在實驗中,如果不打開盒子,這只可憐的貓就處於生死疊加的狀態。那麼在現實中,團團覺得,面對充滿不確定性的未來,只有大膽去嘗試才能獲得想要的結果吧。
  • 再揭量子真相:薛丁格的貓,到底在說什麼?
    在《科學》雜誌上發表過文章嗎? 第一個問題,我學過《量子力學》嗎?說這句話的人,大都是讀過《量子力學》這本教材的。但是你想過嗎,教材也是人編的,編寫的過程中,很容易出現翻譯或者轉述錯誤,再加上寫教材的人個人理解偏差,最終出現謬誤的可能性非常大。這就好比傳話遊戲,經過多人轉述,第一個人說的話已經面目全非:
  • 薛丁格的貓是什麼貓?這是我看到的最通俗的解釋
    撇開傳統意識,我們來看看薛丁格的貓,薛丁格貓的核心就是貓處於死與活的疊加狀態(不是處於其中的一個狀態),他是根據量子理論由原子的裂變與非裂變推論出來的。原子的裂變與非裂變疊加狀態是大家公認的實事,而貓處於死於非死的疊加狀態則令大家不能接受。這個問題曾經令許多大師難以解釋。