薛丁格的貓在盒子裡，到底能不能看？看了可能就死了，或者活了

2020-09-08 科學之美

量子物理學很難解釋，薛丁格的貓在盒子裡，能不能看？看了它可能就死了或者活了，因為它在盒子裡既是死的也是活的，觀察者一看就會改變了狀態。廣島大學霍爾格·F·霍夫曼副教授和印度理工學院孟買分校卡蒂克·帕特卡爾試圖解決量子物理學中最大的難題之一：如何在不改變量子系統的情況下測量它？他們在發表《新物理學期刊》上新研究中發現：

通過讀取從遠離系統本身的量子系統觀察到的信息，研究人員可以根據分析方法確定其狀態。雖然分析完全從量子系統中移除，但通過仔細閱讀量子數據，可以恢復可能結果的初始疊加。通常情況下，通過尋找來尋找一些東西。但在這種情況下，觀察改變了物體，這是量子力學的問題。我們可以用複雜的數學來描述它，但是怎麼才能確定數學描述的是什麼呢？

當我們測量一些東西時，會有一個權衡，它可能是什麼的其他可能性就會丟失。如果不進行相互作用，就無法了解任何事情，便會預先付出代價。在帕特卡爾在廣島大學長達一個月的停留期間，兩位物理學家試圖想像測量系統而無需「付出代價」的方法，即保持系統的疊加或意味著系統可以存在於所有狀態。

為了理解研究結果，霍夫曼用著名的薛丁格貓故事描述了發現：薛丁格的貓在盒子裡，科學家們不知道它是死是活。設置一個照相機，觀察從盒子外部位置拍攝照片的盒子。給貓拍的照片模糊不清，我們可以看到有一隻貓，但不知道它是死是活。相機上的閃光燈也去掉了一個「量子標籤」，標記著貓的疊加。

這張照片現在與貓的命運糾纏在一起，也就是說，可以通過以某種方式處理這張照片來決定貓發生了什麼。然後可以將照片從盒子中取出，並在計算機或暗室中進行處理。根據處理照片的方法，我們可以找出貓是活的還是死的，或者閃光燈對貓做了什麼，恢復量子標籤。讀者的選擇決定了我們對貓的了解。我們可以找出它是死的還是活的

（博科園圖示）由於框中的貓(左上角)處於疊加狀態，這意味著它可以處於許多不同的狀態(例如死的和/或活的)，並且用量子標籤來標記。貓的照片與盒子裡的情況糾纏在一起。我們可以通過以某種方式處理照片來決定貓的命運(左下角)，或者我們可以通過使用不同的過程來恢復量子標籤(右下角)來保持它的疊加。圖片：Associate Professor Holger F. Hofmann and Emma Buchet/Hiroshima University

或者恢復拍攝照片時移除的量子標籤，但不能同時恢復兩者。這只是在我們對量子力學理解上向前邁出的一步。今天，它的完全應用仍然局限於像量子計算機這樣的專家級系統，儘管它的一些方面也可以用於精確測量，以及使用量子密碼術進行安全通信。這是研究的一個關鍵部分，真的很想知道為什麼會有這種量子怪異，所以把重點放在測量上，因為這就是怪異的來源！

博科園｜研究/來自：廣島大學

參考期刊《新物理學期刊》

DOI: 10.1088/1367-2630/ab4451

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    文/仗劍走天涯薛丁格的貓在盒子裡，到底能不能看出它是死是活呢？看看科學家怎麼說？量子力學被全人類都認為是最高的育種學碩也是最難與學透學懂的一種學說，是全世界高知識分子所研究這一種科學領域。普通人是根本沒有辦法去理解量子力學其中蘊含的道理的，薛丁格的貓被放在科學實驗的盒子當中，它到底是死還是活著的呢？薛丁格的貓這一個實驗也是世界上被譽為最難以去解決的一個難題。還能在不改變量子系統的情況下進行對他的測量。
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    當時剛提出來量子力學還算是比較容易讓人接受，但是隨著不確定原理、疊加態和波函數等概念提出來後，就連愛因斯坦都不能再認可了，愛因斯坦到死都沒能認可量子力學。為什麼這些概念的提出後，大家都不能認可或者理解呢？
  • 薛丁格的貓到底是什麼梗?為何一會死一會活,一會既死又活?
    幾十年前的貓——不確定性有了上面的爭執便有了這個假想實驗，薛丁格描述的是一隻貓放在裝有少量放射性物質的盒子裡。當放射性物質衰變時，它會觸發毒藥瓶上的計數器，導致毒藥瓶被破壞，從而殺死貓。也就是說量子力學的定律決定了貓的生死，薛丁格把微觀世界抽象的概念過渡成了現實問題。於是粒子到底是不是隨機出現的微觀態尺度和貓的生死這種宏觀態尺度聯繫了起來。
  • 簡單科普,薛丁格的貓到底是什麼意思?
    信有很多朋友在看頭條或者一些關於量子力學的文章中都能看到「薛丁格的貓」這個詞語， 那麼這到底是什麼意思呢？ 薛丁格是誰？
  • 薛丁格的貓在講一個什麼道理?真的存在「既死又活」的狀態嗎
    學物理的朋友對「薛丁格的貓」這個實驗是非常了解的吧？但是這個小小的實驗說明了什麼問題呢？可能大家的理解也是五花八門的吧？「薛丁格的貓」是由奧地利物理學家薛丁格於1935年提出的有關貓生死疊加的著名思想實驗，是把微觀領域的量子行為擴展到宏觀世界的推演。
  • 一隻既死又活的貓——通俗易懂解釋薛丁格的貓原理
    薛丁格的貓是由薛丁格提出的一種理想實驗假說。實驗中，我們在一個封閉不透明的盒子中放置一個放射性原子，一個粒子探測裝置，一隻貓，一個錘子，一個放置劇毒的瓶子。如果放射性原子發生了衰變，粒子探測器就會接收到粒子，發出信號打碎瓶子，貓必死無疑。另一種是粒子不發生衰變，貓活著。然而，實驗不能受光和其他因素的幹擾，所以人們無法查看實驗結果。這樣一來，薛丁格的貓就是一隻既死又活的貓了。人們打開盒子查看是一種宏觀活動，而實驗研究的是微觀現象。打開盒子，就會使微觀和宏觀發生錯亂。
  • 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。
  • 薛丁格的貓是什麼貓?這是我看到的最通俗的解釋
    薛丁格的貓到底是描述了微觀和宏觀的差異，還是主觀和客觀的矛盾？其實，量子力學不是概率論。概率論是對事件發生的可能加以評估，但事件最終可能只有一個。所以，一般人的理解是一種概率論式的理解。從概率論來說，你認為一個事件的發生有多種可能，但最終結果只能有一個。
  • 什麼是薛丁格的貓,這隻貓到底「害死」了多少人?
    如果你對這些科學不感興趣，不想被這隻貓給「整死」，那麼建議你不要看此文。首先我所說的被薛丁格的貓給害死，並不是指這隻貓真的害死了大量人的性命，這裡的「害死」主要是指精神上的考驗。而當人們試圖觀測到底是怎樣一種疊加狀態時，光子或電子會瞬間退化為單個粒子狀態。總之，讓人無法觀測。於是薛丁格提出了著名的貓實驗思想，在一個盒子裡有一隻貓，以及少量放射性物質。之後，有50%的概率放射性物質將會衰變並釋放出毒氣殺死這隻貓，同時有50%的概率放射性物質不會衰變而貓將活下來。
  • 薛丁格的貓——箱子裡的貓既是活的又是死的,直到我們看到它
    當薛丁格領會到量子世界是如此奇特後，他認為：貓也是由原子組成的，而每一個原子都遵從量子力學的法則；當貓被放在箱子裡，其命運便與放射性原子糾纏在一起（術語叫做「纏結」， entangled），也應該適用相同的量子法則。如果原子未產生衰變，貓就會存活下來；如果發生衰變，貓就死了。如果原子同時處於這兩種態，貓也必須同時處於兩種態——活貓態和死貓態。
  • 薛丁格的貓說明了什麼,理解它或許能讓你超越愛因斯坦?
    幾十年前的貓——不確定性有了上面的爭執便有了這個假想實驗，薛丁格描述的是一隻貓放在裝有少量放射性物質的盒子裡。當放射性物質衰變時，它會觸發毒藥瓶上的計數器，導致毒藥瓶被破壞，從而殺死貓。也就是說量子力學的定律決定了貓的生死，薛丁格把微觀世界抽象的概念過渡成了現實問題。於是粒子到底是不是隨機出現的微觀態尺度和貓的生死這種宏觀態尺度聯繫了起來。關於生命只有兩種可能，非死即活，而在實驗中的貓有了第三種狀態，即死又活，因為它是一隻代表「電子」狀態的量子貓。
  • 再揭量子真相:薛丁格的貓,到底在說什麼?
    很多時候，他們說的名詞你聽不懂，並不一定就是你的問題，而是因為他們自己根本就說不清楚，或者壓根不想讓你聽懂。 好，言歸正傳，繼續我們今天的主題：量子力學中「薛丁格的貓」，到底在說什麼？ 薛丁格的貓，又稱薛丁格之貓，是奧地利物理學家薛丁格在1935年提出來的，大致內容是：將一隻貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡。
  • 歷史上最著名的貓《薛丁格的貓》,這裡講的很清楚
    之後，有50%的概率放射性物質將會衰變並釋放出毒氣殺死這隻貓，同時有50%的概率放射性物質不會衰變而貓將活下來。這個實驗有什麼意義呢？根據經典物理學，在盒子裡必將發生這兩個結果之一，而外部觀測者只有打開盒子才能知道裡面的結果 。
  • 「薛丁格的貓」究竟是在說什麼東西?
    「薛丁格的貓」一個充滿神秘色彩的科學名詞？雖然只有簡單的五個字，卻蘊含著極其深刻的科學猜想。可它，究竟是在說什麼東西？首先，我們應該了解的是，它是一個思想實驗的代稱，由奧地利著名物理學家薛丁格提出的。事實上，」薛丁格的貓「這個名詞大概可以補充為——薛丁格做的關於密閉容器內的貓是死是活的實驗，其實驗內容大概就是將一隻貓放在一個密閉容器裡，且容器中裝有少量鐳和氰的化合物（氰化物是一種有毒的致命物質）。在某一時刻，鐳有可能會發生衰變，其結果就是觸發機關，打碎裝有氰化物的瓶子，氰化物在密閉容器內散發，殺死裡面的貓。同時，在這一時刻鐳也有可能不發生衰變，氰化物仍裝在瓶內，容器內的貓依然活著。
  • 薛丁格的什麼貓?
    為了反對這個匪夷所思的答案，薛丁格和愛因斯坦兩位大師通過多番討論，最終由薛丁格提出了一個簡單犀利的思想實驗——薛丁格的貓。實驗大體是這樣的：在蓋好的盒子中，有放射性粒子、毒氣裝置和貓；一定時間後，放射性粒子概率性發生衰變，而毒氣裝置能探測到這次衰變並釋放毒氣將貓毒死；除非打開盒蓋，盒子內的情形無法被外界探測。
  • 如何理解「薛丁格的貓」?觀察者決定了「量子」的狀態演變
    如何理解「薛丁格的貓」？觀察者決定了「量子」的狀態演變要說在物理學當中，最神奇的一種「生物」，莫過於「薛丁格的貓」了。這隻貓到底是死是活，許多年來一直困擾著非常多的科學家，而且除了科學家，也讓許多的的科學愛好者同樣滿頭霧水。
  • 當量子力學遇上貝葉斯理論,薛丁格的貓終於不用既死又活了
    3 拯救薛丁格的貓 物理學史上有一隻著名、而又悲慘的貓——薛丁格的貓。這隻貓被放在一個精心設計過的盒子裡，貓和原子同生共死：原子完整貓就活著，原子衰變貓就死亡。問題是原子的波函數是處於疊加態的，這裡可憐的貓則成了「既死又活」的恐怖狀態。
  • 「薛丁格的貓」,近百年來使人深思熟慮,到底有什麼深奧內涵
    「薛丁格的貓」很好地闡述了20世紀量子力學這個科學成就的突破性和爭議性的現狀。隨著量子物理學的發展，「薛丁格的貓」還延伸出了平行宇宙等物理問題和哲學爭議。這裡必須要認識到量子行為的一個現象驗是這樣的：我們在一個盒子裡放入一隻貓，以及和一些的少量放射性的物質。之後，便會有50%的概率放射性物質將會衰變並釋放出毒氣殺死這隻貓，同時有50%的概率放射性物質不會衰變而貓將活下來。「薛丁格的貓」理論
  • 不妨把孩子看作「薛丁格的貓」，心中對孩子懷著無限期待父母必修
    奧地利物理學家薛丁格想像出一隻充滿暗黑能量的盒子，裡面關了一隻無辜的貓。這隻盒子裡有放少量鐳和氰化物。鐳的衰變存在機率，如果鐳發生衰變，會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會死；如果鐳不發生衰變，貓就存活。現在，這隻貓到底是死的、還是活的呢？你肯定回答：不知道。
  • 薛丁格的貓表達了什麼?世界也許不是我們看到的樣子!
    導讀：物理學上有一個著名的實驗——薛丁格的貓！是指將一隻貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡。鐳的衰變存在機率，如果鐳發生衰變，會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會死；如果鐳不發生衰變，貓就存活。根據量子力學理論，由於放射性的鐳處於衰變和沒有衰變兩種狀態的疊加，貓就理應處於死貓和活貓的疊加狀態。這隻既死又活的貓就是所謂的「薛丁格貓」。