為什麼「薛丁格的貓」這個實驗在現實中永遠無法實現

2020-12-13 胖福的小木屋

很簡單,因為「薛丁格的貓」這個實驗是套用宏觀世界的認知來對對微觀世界進行闡述,在宏觀世界是無法複製的。

1924年,德布羅意首次正式提出了「波粒二象性」,他指出波粒二象性不只是光子才有,一切微觀粒子,包括電子和質子、中子,都具有波粒二象性。他把光子的動量與波長的關係式 p=h/λ 推廣到一切微觀粒子上,指出:具有質量m 和速度v 的運動粒子也具有波動性,這種波的波長等於普朗克恆量 h 跟粒子動量 mv 的比,即 λ= h/(mv)。這個關係式後來就叫做德布羅意公式。而且根據這一假說,電子也會具有幹涉和衍射等波動現象。

電子的發現者J.J湯姆遜的兒子P.G.湯姆遜也以高速電子穿過多晶金屬箔獲得類似X射線在多晶上產生的衍射花紋,確鑿證實了電子的波動性;為德布羅意波提供了又一堅實的基礎。 他們兩個人一起於1937年斬獲諾獎。

量子力學的構建者哥本哈根學派認為,微觀物質以波的疊加混沌態存在;一旦觀測後,它們立刻選擇成為粒子。

哥本哈根學派的領導者玻爾認為人類並不能獲得實在世界的確定的結果,他稱自己只有由這次測量推測下一次測量的各種結果的分布機率,而拒絕對事物在兩次測量之間的行為做出具體描述。

而這恰恰也是愛因斯坦的相對論所無法接受的,相對論雖然推翻了牛頓的絕對時空觀,卻仍保留了嚴格的因果性和決定論。

作為愛因斯坦的盟友,薛丁格同樣無法認可玻爾的觀點,所以他提出了「薛丁格的貓」。

薛丁格提出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。

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。

但是在量子的世界裡,當盒子處於關閉狀態,整個系統則一直保持不確定性的波態,即貓生死疊加。貓到底是死是活必須在盒子打開後才能夠知道。

現實世界裡,貓怎麼可能處於既生有死的狀態,薛丁格認為這非常好的反駁了玻爾,但是他忽略了一個問題,微觀世界和現實世界是不一樣的。

宏觀世界的認知是無法適用於微觀世界的,量子力學的一個中心原則就是粒子可以存在於疊加態中,能同時擁有兩個相反的特性,也就是我們說的波粒二象性。

儘管我們在日常生活中常常面對「不是A就是B」的抉擇,而但在微觀世界中是可以接受「既是 A 又是 B」的。

後來經過多次的實驗,都證明了量子疊加是正確的,也就是說在微觀世界裡,貓真的是處於「既生又死」的狀態,粒子同時以兩種狀態存在的能力。

而正是基於量子疊加的特性,使得量子計算成為可能,量子計算也被稱為是第四次工業革命的引擎 。

因為傳統計算機每比特非0即1,而在量子計算機中,量子比特可以以處於即是0又是1的量子疊加態,這使得量子計算機具備傳統計算機無法想像的超級算力。

舉個例子,如果x=0,運行A;如果x=1,運行B。

傳統計算機永遠只會一次執行一種邏輯分支,要麼A,要麼B,要麼兩種情況各運行一次。

但在量子計算機中,變量X是量子疊加態,既為1,又為0,因此它可以在一次計算中同時執行A和B。這也被稱為量子比特或者叫量子位。成為了量子信息的計量單位。

也就是說,傳統計算機使用0和1,量子計算機也是使用0跟1,但與之不同的是,其0與1可同時計算。古典系統中,一個比特在同一時間,不是0,就是1,但量子比特是0和1的量子疊加。這是量子計算機計算的特性。

所以如果我們將量子比特的數量增加到10個,那麼傳統計算機需要計算2^10=1024次。量子計算機需要計算多少次呢?

還是1次。

我們再把量子比特數加到100個、1000個、10000個乃至更多,看出差距了嗎?現有計算機要運行上萬年的工作量,量子計算機只用幾分鐘就能搞定。

愛因斯坦那句著名的話;」上帝不玩骰子「,然而薛丁格的貓卻成為最好的論證:上帝似乎是玩骰子的。

正是因為量子疊加的正確性,「薛丁格的貓」實驗在宏觀世界中永遠不可能複製,因為宏觀物質不可能處於「既生又死」的狀態,微觀世界和宏觀世界擁有者不同的運行法則。

相關焦點

  • 為什麼說「薛丁格的貓」是對上帝在擲骰子的最好論證?
    「薛丁格的貓」是量子力學裡一個非常著名的實驗,這個實驗的最初目的是為了論證量子力學的不可靠性,但是最後卻叛變,成為了證明量子力學正確性的重要實驗。但是「薛丁格的貓」這個實驗在現實也就是宏觀世界中是永遠無法實現的。這究竟是為什麼呢?
  • 為什麼少有人做「薛丁格的貓」這個實驗,是有技術難度嗎?
    「薛丁格的貓」雖然是一個實驗,但它是一個思想實驗,換句話說只能在腦子裡做,無法在現實中演示上世紀初的理論物理學界是最熱鬧的,各路大神粉墨登場讓人應接不暇,但總體而言大神們就兩個派系,一個是以愛因斯坦為首(差不多就他一個)的反量子力學派,一個是以玻爾為代表的量子力學哥本哈根學派
  • 讓薛丁格的貓跳舞起來 ——破解薛丁格的貓的思想實驗難題
    這個思想實驗其實是為了對電子雙縫實驗的哥本哈根解釋進行抨擊,將微觀的粒子狀態與宏觀上生物的死活現象聯繫在一起,從而把難以想像的微觀「疊加態」轉換到很直觀的宏觀生物的「死活」現象疊加態,進而令人感到「死活疊加態」的不可理喻,實現對量子力學中哥本哈根解釋的嘲諷和否定。薛丁格的貓這個著名實驗的具體內容眾說周知,簡單概括如下:由於原子有半衰期,在其半衰期內大量原子會有一半衰變,有另一半不衰變。
  • 薛丁格的什麼貓?
    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。
  • 薛丁格的貓,前世、今生、後世
    量子理論告訴我們「無限分割」只是數學上的概念,不可能在物理現實中實現。不知道你是否聽說過「阿喀琉斯烏龜賽跑悖論」?悖論說,作為特洛伊戰爭大英雄的阿喀琉斯,卻根本追不上一隻烏龜。假設兩者最初相距100米,當阿喀琉斯跑了100米後,烏龜又前進了10米,阿喀琉斯追了10米後,烏龜又前進了1米…,如此循環下去,阿喀琉斯永遠追不上烏龜。
  • 薛丁格為什麼會提出薛丁格的貓思想實驗?竟是為了幫愛因斯坦吵架
    薛丁格為什麼會提出薛丁格的貓思想實驗?當談論起薛丁格的貓之時想必各位小夥伴並不陌生,這是著名科學家薛丁格提出的一個思想實驗,是用宏觀世界來描述微觀世界的不確定性。在量子理論發展的初期,著名的物理學及愛因斯坦和另一位偉大的物理學家波爾正在爭論一個話題,那就是量子力學中的不確定性原理。
  • 什麼是薛丁格的貓?
    不過,他最著名的還是是「薛丁格的貓」,這是他為了反對哥本哈根學派關于波函數的觀點而用一隻貓做的思想實驗,但後來,被廣泛應用於形象描述宏觀和微觀物理體系的不同之處。但愛因斯坦和薛丁格定域的物理實在性觀點,認為哥本哈根學派違反了狹義相對論,他們認為電子在產生的那一刻就有了確定的自旋方向,只是量子力學無法告知而已.換言之,量子力學是不完備的。薛丁格就用貓來做了一個形象的思想實驗。設想製作這樣一個黑箱子,把一隻貓咪放在裡面。
  • 量子十問之四:「薛丁格貓」為什麼會自然死亡?
    圖1 薛丁格於1935 年提出的有關貓生死疊加的著名思想實驗示意圖薛丁格提出這個佯謬本意是想問,宏觀世界是否存在與微觀世界一樣可區分態的疊加態?現實世界為何只看到要麼死,要麼活的貓,從未看到這隻半死半活的貓?可見這裡的關鍵詞是「死」和「活」這兩種可區分狀態,「貓」只是用於形象地表徵這個物理命題而已,採用貓呀狗呀都一樣。
  • 為什麼少有人做「薛丁格的貓」這個實驗,是有技術難度嗎?專家給出...
    然而真正能夠了解這個故事及其背景的人卻並不多,如果你真的希望誰複製這個實驗,去抓只貓來試一試的話,那就說明你真的不懂它。 薛丁格並沒有打算做這個實驗,他甚至不認為這個實驗能夠成功,因為他闡述的是一個悖論,用了當時科學家們最拿手的思想實驗的方式。在薛丁格的貓身上,有強烈的不滿,我們甚至能感覺到些許諷刺。
  • 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
    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?其實重要的並不是貓咪,而是貓咪所處的狀態「生死之間」,如果不打開盒子,我們就無法判斷貓咪的生死,這個時候這只可憐的貓就是生和死兩種狀態共存。
  • 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。
  • 故事|人生的胡克定律&薛丁格的貓
    這是每個人都必須面對、回答的問題,而這個問題的答案又是別人無法教給你的,只有自己去探索!所以只有走過彎路,才更確信當初最想要的是什麼,才能明白真正重要的不是生活中的歲月,而是歲月中的生活。時間真的很奇妙,讓深的東西越來越深,讓淺的東西越來越淺。
  • 簡單科普,薛丁格的貓到底是什麼意思?
    那為什麼會出現這種結果呢,這個實驗的巧妙之處在於使量子力學的微觀世界不確定性變為宏觀世界的不確定性;微觀的混沌變為宏觀的荒謬--貓要麼死了,要麼活著,兩者必居其一,粒子可以處於疊加狀態,但是貓不行,它不可能同時既死又活。英國科學家霍金聽到薛丁格貓佯謬時說:"我去拿槍來把貓打死!".
  • 物理學「四大神獸」,除了薛丁格的貓,你還知道哪一個?
    而在物理學中,經常會提及「思想實驗」這個概念。    所謂「思想實驗」就是利用我們的想像力,來完成一些現實中不可能實現的實驗,在物理學發展的過程中,很多理論都是建立在思想實驗之上,隨著科學的發展才一步步證實的,在物理學的各種思想實驗中,存在物理學「四大神獸」,最著名的是「薛丁格的貓」,除了這個貓咪,你還知道哪個?
  • 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——既死又活的貓
    為什麼這些概念的提出後,大家都不能認可或者理解呢?主要是這些概念實在太違背我們已經既定的定律或者定理,比如最著名的要數薛丁格的貓,一隻既死又活的貓,一隻貓它既是死的也是活的兩種狀態疊加在一起,當我們打開盒子時,波函數坍塌那麼貓的死活就瞬間確定。在我們宏觀世界怎麼可能接受一隻既死又活的貓呢,根本無法理解。薛丁格的貓是諸多量子困惑中有代表性的一個。
  • 薛丁格的貓是什麼貓?這是我看到的最通俗的解釋
    本身薛丁格的這個實驗就有前提條件:「盒子裡的噴射毒氣的裝置的隨機性,是不確定的,是真正的隨機」你了解原實驗也可以知道,機關由一個放射性原子所控制,裂變然後觸動機關噴發毒氣。有50%的概率隨機釋放。在這個「真正的隨機」的前提下,盒子關起來了,就連宇宙都不知道貓是死是活。沒有任何東西知道它是死,還是活。
  • 我就是薛丁格的貓
    可怕的貓薛丁格實際上是用一個巧妙的實驗將微觀世界與宏觀現象聯繫了起來,量子世界中的很多現象在我們習慣了看宏觀世界的眼睛裡是不可思議的,所以當我們得知薛丁格的貓又死又活時會感到困惑,感到不可理解。其實現實生活中的我們又何嘗不是處在既是這樣又是那樣的狀態?你對現實生活中的所有問題真的能給出一個明確的回答嗎? 當物理學家在箱子外為這隻貓死到多少程度吵的不可開交時,這隻貓會在幹什麼?如果它有思想,它一定會想:誰說我死了,我這不是活的好好的?在這裡貓就只看到了自己的生,看不到自己的死。
  • 科學史上最負盛名的貓——薛丁格的貓,究竟是怎樣的存在?
    說起科學界的貓,沒有比薛丁格的那隻貓更神奇的了,縱觀與量子理論有關的所有奇談,或許只有這隻既生又死的貓更懂量子理論。當然,這並不是一隻真正意義上的貓,而是一隻和貓碰巧有關實驗。物理學家卻無法知道,它在什麼時候衰變,上午,還是下午。當然,物理學家知道它在上午或下午衰變的機率——也就是貓在上午或者下午死亡的機率。如果我們不揭開密室的蓋子,根據我們在日常生活中的經驗,可以認定,貓或者死,或者活。這是它的兩種本徵態。如果我們用薛丁格方程來描述薛丁格貓,則只能說,它處於一種活與不活的疊加態。我們只有在揭開蓋子的一瞬間,才能確切地知道貓是死是活。
  • 西方對「薛丁格的貓」理論感到弔詭之時,佛教卻已踐行了3000年
    1935年,奧地利物理學家薛丁格提出了「薛丁格的貓」的思維實驗及理論,這個實驗在西方社會被認為是量力物理思想層面,非而物質層面的極其有名的理論。這個理論及實驗其實非常簡單:將一隻貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡。