為什麼「薛丁格的貓」這個實驗在現實中永遠無法實現

2021-01-09 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

  • 為什麼不抓一隻貓去做薛丁格的貓實驗?
    量子世界的這個反常讓很多科學家覺得不可思議,薛丁格設計了一個被後人叫做薛丁格的貓的理想實驗去反駁波恩等人對波函數機率波的解釋。在這個實驗中貓被關進一個密閉的箱子,箱子裡還有一瓶劇毒物質、一把錘子、一個放射性原子、控制系統。當放射性原子發生了衰變放出粒子被系統檢測到,錘子便將裝有劇毒物質的瓶子打碎,貓便必死無疑。若是原子不發生衰變,貓就會活著。
  • 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,雙方最著名的一次交鋒是在
  • 薛丁格的貓與人性
    或者我們再說回薛丁格的那隻倒黴的貓,如果那隻貓無法忍受既生又死的狀態,趁著薛丁格不留神,逃向了實驗室的後花園,薛丁格要想再捉到這隻搗蛋的貓,必須要到花園裡去尋找。這個尋找的過程就相當於「觀測」或觀察,沒有觀察,薛丁格無法確定他的貓具體在花園中什麼位置,哪個位置都有可能,但是不能確定 - 這倒頗有點兒像哥本哈根詮釋對於微觀粒子運動狀態的描述,直到他終於在花園裡的某一樹叢中發現了他的貓,他的「觀測」行為幫助他確定了他的貓的位置。
  • 薛丁格的貓又死又活了85年,從未驗證過,是實驗技術難度很大嗎?
    薛丁格當時與愛因斯坦結成統一戰線,對哥本哈根詮釋中提出的測量會導致波函數坍塌、粒子運動不確定性原理提出質疑,認為任何事物都是有內在規律可循的,量子力學的不確定性只不過是存在一些局域隱變量沒有被人們發現,揭示了這個隱變量就能夠得到確定的答案,愛因斯坦說:「上帝是不會擲骰子」的。薛丁格的貓就是為了說明這個所謂不確定性的荒謬之處,是把量子微觀世界的現象用宏觀現象來解釋。
  • 許多科普作者都曲解了「薛丁格的貓」實驗
    "薛丁格的貓"不是一個真正的實驗,因此沒有科學證明任何東西。薛丁格的貓甚至不是任何科學理論的一部分。薛丁格的貓只是一種教學工具,薛丁格用該教學工具來說明有些人是如何曲解量子理論的。薛丁格用貓構建了他的假想實驗,以證明對量子理論的簡單曲解會導致與現實世界不符的荒謬結果。
  • 網友問:為什麼沒人做「薛丁格的貓」實驗,是因為有技術難度嗎?
    為了回答網友的這個問題,我決定親身做一下「薛丁格的貓」這個實驗,等我片刻。123好了我已經做完N遍薛丁格的貓實驗了,並沒有技術難度。「薛丁格的貓」是物理學界的四大神獸之一,這是一個思維實驗,當初薛丁格就沒有打算抓一隻貓來實驗,而是在大腦中想想就好了。這個思維實驗過程如下:在一個密閉盒子中有這樣幾個物品,一隻貓、一瓶密封毒藥、一個錘子、一個電子開關、還有一個放射性元素(可衰變)。
  • 薛丁格的貓、雙縫幹涉實驗、平行宇宙,上帝究竟玩不玩骰子?
    一,薛丁格的貓。 1935年,奧地利著名物理學家薛丁格提出了著名的思想實驗:「薛丁格貓」佯謬 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」。 量子理論認為,如果沒有揭開蓋子,進行觀察,我們永遠不知道貓的死活,它將永遠處於即死又活的疊加態,這就使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理。 一隻又死又活的貓違背人類的邏輯思維。
  • 名聲大噪的薛丁格的貓,根本就不存在?
    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,筆者覺得,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。熱播劇《生活大爆炸》中謝耳朵曾經用這樣一個量子力學理論——「薛丁格的貓」形容Leonard和Penny的戀情。1. 什麼是薛丁格的貓?
  • 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。
  • 史上最強喵主子——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。
  • 物理學上的四大神獸,除了薛丁格的貓,你知道其他三大神獸嗎?
    1.薛丁格的貓這四大神獸裡,最為人熟知的也許就是量子力學中最為著名的思想實驗薛丁格的貓了。這個思想實驗講的是假如有一隻貓被關在一個裝有有毒氣體的箱子裡,而決定有毒氣體是否釋放的開關則是一個放射性原子。在這個實驗裡,如果反射性原子發生衰變,那麼毒氣就會釋放,這個貓就會被毒死。
  • 薛丁格的貓會存在於現實生活中嗎?我們的研究可能很快會提供答案
    因為您比一個原子大得多,這是不可能實現的。但是原子和粒子受量子力學規則支配,其中幾種不同的可能情況可以同時存在。量子系統由所謂的「波動函數」(wave function)控制:一個描述這些不同可能情況的概率的數學對象。這些不同的可能性可以作為不同狀態的「疊加」共存于波動函數中。例如,一次存在於幾個不同位置的微小粒子就是我們所說的「空間疊加」。
  • 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。
  • 薛丁格的貓在現實生活中會存在嗎?同一時間去多個地方如何?
    有個研究小組將他們的成果發表在了Optica上,他們提出了一個可以徹底解決這個棘手問題的實驗。 薛丁格的貓 在20世紀30年代,奧地利物理學家薛丁格提出了他著名的思考實驗,關於盒子裡的一隻貓,根據量子力學,貓可以同時活著和死去。
  • 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。
  • 線上展覽 | 「薛丁格的貓」到底是什麼?
    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。薛丁格設計了這個可怕的實驗來挖苦量子理論荒唐的一面,按照量子論支持者的解釋,在打開盒子看貓之前,這隻貓非生非死,而是處在典型的量子態,即活與不活疊加的離奇狀態。
  • 薛丁格的貓-量子力學中最受歡迎、被誤解的寵物
    參考文章:對薛丁格的貓的簡要說明。藝術家對薛定貓的描繪。 (圖像:快門)被稱為薛丁格的貓的思想實驗,是量子力學中最為著名和被誤解的概念之一。 通過深入探索,研究人員對物質現實有了驚人的了解。假設一個人製造了一個奇怪的裝置,薛定在1935年的一篇論文中寫道,「量子力學的現狀」。 該儀器由一個裝有密封的氰化物小瓶的盒子組成,盒子上方懸著一個錘子,該錘子連接到蓋革計數器上,用於瞄準一小塊輕度放射性鈾。盒子裡還有一隻小貓(記住,這是一個從未實際進行過的思想實驗)。盒子被密封住,實驗要進行一定的時間,可能是一小時。
  • 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。
  • 科學史上五大神獸,除了薛丁格的貓,你知道其它四大神獸嗎?
    「恐懼之淚」的歌曲中,有一句歌詞是「薛丁格的貓死在了這個世界」,所以大家都知道薛丁格的貓最終還是死了!如果按照哥本哈根的解釋,在被觀測之前,粒子處於疊加態,那麼這隻貓是否也處於生與死的疊加態?很顯然生死疊加這種狀態是不存在的!這個問題在於一個經典實驗,將微觀的粒子疊加態轉移到了宏觀,而且薛丁格的貓到現在也沒有一個正解。
  • 薛丁格的貓說明了什麼,理解它或許能讓你超越愛因斯坦?
    這個實驗已經流傳了幾十年了,而量子力學早已今非昔比。當初薛丁格構建實驗的關鍵點,包括愛因斯坦讚賞這個假設實驗對量子力學提出的質疑,用現代的量子力學來看其實他們當初使勁都使錯了地方。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。