名聲大噪的薛丁格的貓,根本就不存在?

2021-01-16 中學數學精準輔導

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?

「薛丁格的貓」是由奧地利著名物理學家薛丁格提出的一個著名思想實驗,描述了如何將一隻活潑可愛的貓變成「生死疊加」狀態。這隻貓可以說是讓「量子力學」名聲大噪、家喻戶曉的第一功臣。

一隻貓被封在一個密室裡,密室裡有食物有毒藥。毒藥瓶上有一個錘子,錘子由一個電子開關控制,電子開關由放射性原子控制。如果原子核衰變,則放出阿爾法粒子,觸動電子開關,錘子落下,砸碎毒藥瓶,釋放出裡面的氰化物氣體,貓必死無疑。同時還有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。如果不打開盒子,整個系統將處於一直不確定的波態,即貓將處於生和死的疊加態。

這就好比量子力學對「量子」不可測的描述,當我們沒有觀察時,量子可以處於一種矛盾的「疊加態」,而當我進行觀察時量子從「疊加態」坍縮為唯一確定的經典態。

這種情況下,以哥本哈根學派的解釋,可以認為盒子裡這隻貓正處在一種「生死疊加」狀態,也就是即生即死的狀態。

2. 實驗探索

量子理論認為:如果沒有揭開蓋子,進行觀察,我們永遠也不知道貓是死是活,它將永遠處於半死不活的疊加態,可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理,客觀規律不以人的意志為轉移,貓既活又死違背了邏輯思維。薛丁格的貓本身是一個假設的概念,隨著技術的發展,人們在光子、原子、分子中實現了薛丁格貓態,甚至已經開始嘗試用病毒來製備薛丁格貓態。

薛丁格的貓代表了微觀世界運行機理的一段公案,當你觀測一個粒子時,它就以粒子的形態存在,不觀測時,它就以波的形態存在。「測不準」的原子世界,上帝是否在擲骰子?這個特性讓我不禁想起了「我思故我在」,多麼超前地預測到了微觀世界的規律!

相對論揭示的微觀世界詭異的唯心論存在還遠沒有到達科學的盡頭。最新的量子通信、量子計算所依託的量子糾纏原理,已經跨越了物質世界光速這一已知極限,跨越時空的正負粒子量子糾纏現象,是否與我們偶然體驗到的心靈感應如出一轍?

量子通信之下,可以預見這個世界的能量與信息將重新融為一體,信息即能量,人類是否有可能憑此實現瞬間超時空轉移,遇見從前的自己、另一個時空裡面的自己?

對於量子理論的傳統解釋,往往導致許多奇怪悖論,比如薛丁格的貓——貓既是死的又是活的。一種被稱為量子貝葉斯模型的量子理論,重寫了最基本的量子法則,可以把種種量子悖論一掃而空。

2001年,一個研究小組開始探索一種新模型,這一模型將可能消除量子悖論,或者使這些悖論變得不那麼令人不安。這種模型叫做「量子貝葉斯模型」(Quantum Bayesianism),簡稱為「量貝模型」(QBism),它重新解釋了在各種量子悖論中處於核心地位的一個概念——波函數(wave function)。

根據傳統量子理論的觀點,物體(例如一個電子)由它的波函數代表,波函數以數學形式描述物體的特性。如果你想預測這個電子的行為,那麼你可以計算它的波函數如何隨著時間演化。

量貝模型強調波函數是觀察者的主觀特性,而非盒子裡的貓的客觀特性,以此解決了難題。該理論認為,貓當然非死即活(而非二者並存)。當然,它的波函數代表了死活並存的疊加態,但是波函數僅僅是對觀察者信念的描述。這是一種謬論,把個人的思想狀態幻想成了物質世界中的真實存在。

當科學從宏觀世界到微觀世界,一步步終將遇見非物質的靈魂世界。科學的盡頭是神學。

「薛丁格的貓」實質可以看成是一個科學家的賭氣或玩笑,但它卻開啟了科學家們把微觀世界的量子特性引入宏觀世界來的實驗探索。

2005年美國科學家就曾宣布成功讓6個鈹離子實現了自旋方向完全相反的宏觀量子疊加態,戲稱「薛丁格貓態」。

自此這樣的實驗在世界各地大量的進行著,不過目前的結果是所有的實驗都無法持續,也就是無法讓量子疊加態持續出現在宏觀世界裡。但如果哪天真能做到,薛丁格的玩笑可就開大了,說不定我們還真能「生死疊加,不死不滅」呢?呵呵!

這隻貓的確令人毛骨悚然,相關的爭論一直持續到今天。連霍金也曾經憤憤地說:「當我聽說薛丁格的貓的時候,我就跑去拿槍,想一槍把貓打死!」

3. 薛丁格的貓蘊含著那些道理

王明陽在《傳習錄下》中也說過一句有名的話:「你未看此花時,此花與汝同歸於寂;你來看此花時,則此花顏色一時明白起來……」如果王陽明懂量子論,他多半會說:「你未觀測此花時,此花並未實在地存在,按波函數而歸於寂;你來觀測此花時,則此花波函數發生坍縮,它的顏色一時變成明白的實在……」測量即是理,測量外無理。

毛主席在《矛盾論》一文中指出:「矛盾存在於一切事物的發展過程中;每一事物的發展過程中存在著自始至終的矛盾運動」、「矛盾的主要和非主要的方面互相轉化著」、「有條件的相對的統一性和無條件的絕對的鬥爭性相結合,構成了一切事物的矛盾運動」。而老子則在《道德經》中說「萬物負陰而抱陽」,意思是萬物都分陰陽,也都包含陰陽」。又說:「有無相生,難易相成,長短相形,高下相傾,音聲相和,前後相隨」,意思是陰陽成對存在,相互對比又互為依託。陰陽哲學思想也同樣發現了相對應事物的普遍存在和對應雙方既相互對立又相互依存、相互轉化的現象,高度概括了自然規律,體現出樸素的唯物辯證法思想。

懂得了陰陽辯證的思想,就會在認識客觀世界和進行實踐時,確保大方向正確,少走彎路。然後再進一步研究具體事物的具體特點。比如,運用陰陽的思想,就會知道,有物質,一定會有暗物質或反物質;有宏觀宇宙的無限,必有微觀世界的無窮。就像莊子所說:一尺之捶,日取其半,萬世不竭。訖今為止的現代科學,還沒有找到宇宙的邊際和最小的微觀粒子,起碼到現在還說明,莊子說的是對的。在量子力學的研究中,人們也逐漸發現了其中蘊含的陰陽規律。薛丁格的貓的疊加態理論,如果用陰陽規律來說明,要好懂些,薛丁格的貓的疊加態就是量子也顯現出物質的陰陽一體的特性。薛丁格的貓是同時有生有死的,對量子現象以外的貓不適用,可在量子上的確存在又生又死的貓,為什麼?是因為量子具有雙重性,量子的雙重性是合陰陽規律的。陰陽的部分規律是陰裡有陽、陽裡有陰,陰能生陽、陽能生陰,陰也是陽、陽也是陰。量子糾纏是指不同地方的量子能相通的關聯著,猶如太極圖中陰陽魚的兩個魚眼和兩個魚尾。量子的波粒二象性可說成量子既是陰也是陽,是陰陽合一體。量子疊加也就是量子中有陰陽兩種對立又相依存的兩個特性。

由此我們不能不承認,這聽起來很有強烈的主觀唯心論的味道,薛丁格貓態存在一定的不合理性(近代多種實驗已經證明此種假設的正確性),如果說世界的一切都是不確定,這樣世界就會崩潰。貓是死是活,打開了才知道,事情的結果到底會怎麼樣,只有做了才知道。人的一生中會遇見各種各樣的盒子,我們應該勇敢地去打開,在得到結果之前,保持信心、努力拼搏,爭取為自己去的一個滿意的結果。

相關焦點

  • 深度解讀薛丁格的貓,這隻根本不存在貓為何會引發如此大的轟動?
    這隻貓就是被譽為物理學四大神獸之一的、由物理學家薛丁格飼養的薛丁格的貓薛丁格貓的由來1935年,奧地利物理學家薛丁格在一篇關於量子力學的論文中提出了一個思想實驗:把一個貓放進一個完全密閉且不透明的箱子裡,箱子裡有一個由原子衰變觸發的毒氣瓶,當原子發生衰變時,毒氣瓶就會被觸發而毒死這隻貓,如果原子沒有發生衰變,那麼這隻貓就會安然無恙的待在這個箱子裡,我們將這個實驗稱為
  • 既死又活的薛丁格的貓,根本就不存在?
    不過量貝模型認為,根本就不存在悖論。波函數的塌縮不過是觀察者在新信息的基礎上,突發、間斷地修正自己的概率賦值。量子系統並未真正發生奇怪而費解的變化,變化的只是觀察者選定用來描述自己個人預期的波函數。我們可以採取這種思考方式來看看另一個著名悖論——薛丁格的貓。
  • 外媒:古巴雞尾酒莫吉託在中國名聲大噪
    原標題:外媒:古巴雞尾酒莫吉託在中國名聲大噪參考消息網7月13日報導 外媒稱,古巴特色雞尾酒最近因為受中國市場推動而名聲大噪,7月11日該國舉行了莫吉託國際日慶祝活動。在中國,許多人選擇將這種飲品分享給朋友。
  • 科學史上最負盛名的貓——薛丁格的貓,究竟是怎樣的存在?
    根據量子力學理論,物質在微觀尺度上存在兩種完全相反狀態並存的奇特狀況,這被稱為有效的相干疊加態。由大量微觀粒子組成的宏觀世界是否也遵循量子疊加原理?奧地利物理學家薛丁格為此在1935年提出著名的「薛丁格貓」佯謬。一隻貓被封在一個密室裡,密室裡有食物有毒藥。
  • 薛丁格的貓——既死又活的貓
    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?
  • 薛丁格的貓與人性
    以電子的「波動運動」為例,薛丁格認為電子的波函數描述了電子在原子核周圍電荷密度的分布,所以薛丁格被哥本哈根學派嘲諷,說薛丁格根本不懂薛丁格方程。這是理論物理學歷史上一個很有趣的現象,對薛丁格方程的解釋卻不是由薛丁格這個創始人主導,佔據了正統地位的哥本哈根詮釋根本背離了薛丁格本人對薛丁格方程的理解。
  • 他們和它們讓這個小村子名聲大噪
    十年過去,這個不起眼的小村子也因為這群鳥兒的到來,變得越來越美,且名聲大噪。綠水青山,帶來了熙熙攘攘的遊客,也帶來了「金山銀山」。一次善舉,吸引更多白鸛的到來護鳥隊的組建要追溯到十年前,而且和一群東方白鸛有關。
  • 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。
  • 宇宙中真的存在平行世界嗎?薛丁格的貓早已給出了答案
    引言:平行世界,一個很奇特的世界,人們經常可以在科幻片上看到關於平行世界的片段,同時在感到驚奇之餘,也有人提出疑問,平行世界真的存在嗎?還是只屬於一種假想的理論呢?為了驗證平行世界的存在與否,科學家薛丁格用一隻貓做了實驗,並且找到了答案。那麼平行宇宙真的存在嗎?
  • 薛丁格的貓是什麼?
    薛丁格的貓是物理學的四大神獸之一,並非是指某種動物,而是一種思維實驗。接下來講一下這個實驗的背景故事。二十世紀物理學的兩大支柱相對論和量子力學,大家對相對論比較了解,或者是即使不懂什麼意思但是會經常聽說。
  • 「雙語彙」Schrodinger's cat/薛丁格的貓
    說起科學史上最有名的實驗動物,能跟巴甫洛夫的狗相比的,大概非薛丁格的貓(Schrodinger's cat)莫屬。但巴甫洛夫的狗是確有其狗,薛丁格的貓只活/死在想像之中。謝爾頓對潘妮說:就像薛丁格的貓既是死的也是活的,你跟萊納德約會的結果也既是好的也是壞的,想知道結果,唯一的辦法就是打開盒子——真正去赴約。在這部劇的第五季,謝爾頓把自己跟萊納德的關係描述為「薛丁格的友誼」(Schrodinger's friendship),意思是說,他倆既是朋友又是死敵,這是「薛丁格的貓」的演化版,取的是其「完全相反的兩種狀態同時存在、結果如何無法預判」之意。
  • 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。
  • 戰魂銘人薛丁格的貓是什麼 新道具薛丁格的貓介紹
    很多玩家們對於這些新的道具都很陌生,很對的玩家們還不知道這些新道具是什麼,那麼新道具薛丁格的貓是什麼?新道具薛丁格的貓怎麼樣?下面就來看看新道具薛丁格的貓介紹吧。 新道具薛丁格的貓可能還會有很多的玩家們都不知道這個新道具的存在,所以對於玩家們來說這是一個非常陌生的道具,在其實在遊戲中薛丁格的貓這個道具是很特殊的一個道具
  • 我就是薛丁格的貓
    薛丁格薛丁格方程是根據一些零星的事實和猜想建立起來的,用它可以非常好地描述微觀世界物質的運動。可這個方程的根本物理意義是什麼,薛丁格沒有給出來。按照波恩的解釋,描述粒子的波就是機率波,也就是說空間這個位置什麼時候出現一個粒子完全是不確定的,只能說某一時刻會有多大的可能性出現一個粒子。波恩的統計解釋與實際相符,並逐漸被大多數物理學家所接受,他也因此獲得了諾貝爾獎。但這種解釋很多人不敢苟同,愛因斯坦詼諧地說:上帝在擲色子;薛丁格更是對波恩大喊:波恩,你胡扯!我的方程根本不是這麼一回事!
  • 「薛丁格的貓」至今無解,有著什麼樣的秘密?
    玻爾認為 : 任何物質 在 沒有被觀測 前 ,處於一種疊加態,也就是隨機的狀態, 即 我們的世界是隨機和不確定的。 但愛因斯坦認為 : 這違背了物理學的基本定律。由此兩個學派展開了長達百年的世紀之戰。 為了反駁哥本哈根學派,同樣支持愛因斯坦 的 薛丁格展開了一個大膽的思想實驗,這就是聞名於世的薛丁格的貓。
  • 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。
  • 薛丁格,不只有他的貓,還有他難以啟齒的婚姻關係
    要說起現在最火的神獸——草泥馬,也就是羊駝,可能逐漸都要被這位仁兄的貓給擠下去了,可為什麼說一隻貓是神獸呢?那我們還得從它的主人——薛丁格說起。或許在平常在我們刷一些電視劇的時候,往往都會看到彈幕上或者是評論區裡出現「薛丁格的貓」,在翻看了各種各樣的量子力學解釋之後,以現在網友的具體形容和表達方式,它大約意思就是指一種存在或者是不存在的狀態。相當於薛丁格的貓,也可以說成是你頭頂上的飛機,只要他在飛行便有可能會砸中你,而你有沒有被砸中,那麼就是這個理論的玄妙之處了。那麼薛丁格的貓是怎麼誕生的呢?
  • 薛丁格的貓,到底是怎麼回事?
    薛丁格的貓是物理學家薛丁格提出的一個思想實驗,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」。但是是不可能存在即死又活的貓,則必須在打開箱子後才知道結果。該實驗試圖從宏觀尺度闡述微觀尺度的量子疊加原理的問題,巧妙地把微觀物質在觀測後是粒子還是波的存在形式和宏觀的貓聯繫起來,以此求證觀測介入時量子的存在形式。
  • 薛丁格的貓的真正意義是什麼?
    薛丁格提出的貓的理想實驗並不是要證明什麼,而是表達對波恩統計解釋的不滿。微觀世界中物質的運動並不能用牛頓力學去描述。德布羅意給出物質波的概念後,德拜對薛丁格說「既然是波,怎能沒有波動方程?」薛丁格給出了方程,但是他本人也不知道這個方程的意義是什麼。後來波恩給出了統計解釋,認為波函數模的平方代表空間某個位置找到粒子的機率。波恩的解釋和實驗非常吻合,波恩也因此拿到了諾貝爾物理學獎。不過也有一些物理學家對波恩的解釋不滿,愛因斯坦的那句「我不相信上帝在擲骰子」就是對機率解釋的不滿。
  • 科普小說:貓的薛丁格(下)
    他的貓可以以量子的形態在多個宇宙同時存在,但薛丁格不信。貓就瞬間消失在他的眼前,下一秒又緊接著出現在他的腦子裡,然後開口說話了。薛丁格被嚇得不輕,他非常肯定腦子裡確實是那隻貓在說話,而不是他自我意念所產生的幻覺。有時候那隻貓會在夢裡將他帶到別的平行宇宙裡去,他從未見過另一個薛丁格,他的貓說去往那些平行宇宙之後,他的身份就是那個宇宙的薛丁格了。