波函數揭示薛丁格的貓:本身就是既活又死

2020-11-25 cnBeta

北京時間3月3日消息，據國外媒體報導，「薛丁格的貓」闡述了量子力學中長期存在的一個謎題：貓到底是活的還是死的，或者這只是我們頭腦中的怪誕想法？如今，昆士蘭大學的研究者在這個問題的解答上取得了重要進展。利用光子的四維狀態，並對它們進行非常精確的測量，研究者排除了傳統的觀點——只因為不知道貓的真實狀態，就將其描述為既是活的也是死的。

在量子力學中，量子系統的量子態可以用波函數（用希臘字母「ψ」表示）來描述。

與量子物理學中的所有東西一樣，這隻貓也可以用波函數來進行描述。

昆士蘭大學數學和物理學院的亞歷山德羅（Alessandro Fedrizzi）博士解釋道，儘管量子波函數是我們用來描述量子力學系統的核心工具，但我們對它的本質還了解得不是很透徹。「它是只表現了我們對一個系統真實狀態的有限了解，還是會與這種真實狀態發生直接聯繫？」他說，「還有，是否客觀存在著這樣的真實？」

幾十年來，這一爭論一直只停留在理論層面，直到近日，包括共同作者Cyril Branciard博士和Eric Cavalcanti博士在內的三個研究團隊才進行了實驗測試，對該問題進行了解答。

「這一新進展測試了對波函數的幾種闡述是否能解答『我們為什麼不能肯定地說出量子狀態』的問題，這個問題正是量子力學中的核心所在。」研究主要作者Martin Ringbauer說，「我們的結果顯示，如果存在客觀真實，那波函數就會對這個真實做出反應。」他們的研究發表在近日的《自然-物理學》（Nature Physics）雜誌上。

換句話說，「薛丁格的貓」實際狀態就是既是活的也是死的。隨著測量手段的進一步改進，物理學家將只剩下兩種對波函數的解釋：或者波函數是完全真實的，或者沒有什麼是完全真實的。

相關焦點

  • 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？
  • 薛丁格的貓是指什麼,為什麼會出現「既死又活」的貓?
    「薛丁格的貓」是怎麼來的呢？ 其實這只是薛丁格為了反對哥本哈根學派關于波函數的觀點而提出的。當初以玻爾為首的哥本哈根學派提出了觀測對微觀粒子的影響。 如著名的電子雙縫實驗，他們在測量之前電子的自旋是不確定的，是測量使得電子的態矢量發生坍塌，同時產生出另一個方向電子的自旋。
  • 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
    量貝理論和哥本哈根詮釋的區別在於它們對波函數、概率以及塌縮的解釋。 哥本哈根詮釋認為波函數是客觀存在的，但「測量」會破環這種客觀存在，使原本的量子疊加態塌縮到一個具體位置上。量貝模型則認為波函數並非客觀實在，而是取決於每一個代理人，它依賴於代理人的知識與經驗，它只是觀察者所使用的數學工具，是主觀的。
  • 既死又活的薛丁格的貓,根本就不存在?
    來源：環球科學圖片來源：IQOQI/Harald Ritsch撰文 | 漢斯·克裡斯蒂安·馮貝耶爾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。但是，這又需要付出怎樣的代價？
  • 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?
    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，既死又活，因為它是一隻代表「電子」狀態的量子貓。
  • 科學軼事二則:薛丁格的貓既死了又活著?上帝不擲骰子?
    薛丁格的貓既死了又活著？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。薛丁格微觀粒子具有波粒二象性，在量子力學中用一個波函數來描述。而波函數具有一個重要的性質：它可以展開成若干個本徵狀態的疊加，這叫做態疊加原理，就好比一個粒子可以既是自旋向下的狀態又是自旋向上的狀態。這是一種很難直觀想像但是卻被無數實驗證實了的微觀世界的特徵。在薛丁格的貓的實驗中，某個粒子處於衰變與不衰變的疊加態，而實驗儀器規定一旦粒子衰變則釋放毒氣將貓毒死。
  • 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
    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，外部觀測者觀測時，物質以粒子形式表現後才能確定。這項實驗旨在論證量子力學對微觀粒子世界超乎常理的認識和理解，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?
    薛丁格的貓是一隻倒黴透頂的貓，又死又活了85年。所謂「薛丁格的貓」是奧地利物理學家埃爾溫·薛丁格，在1935年提出有關貓生死疊加的一個思想實驗，其目的是反對量子力學大師波爾、海森堡等提出的所謂「哥本哈根詮釋」。
  • 薛丁格的貓:既死又活的貓,難以理解的糾纏態
    隨著這些年穿越電視劇的影響，蝴蝶效應和薛丁格的貓開始被大眾廣泛流傳。本篇文章就來講一講薛丁格的貓。實驗內容如果放射性物質發生衰變，粒子探測器就能接收到衰變放射出的粒子，然後發出信號讓錘子打碎裝著劇毒物質的瓶子，那麼貓就會死。如果粒子不衰變，貓就會活著。白話說明如果不打開容器觀察貓的狀態，就不能判斷這隻貓是活著還是已經死亡。那麼不能判斷貓是死是活，這個時候貓就處在既死又活的糾纏態。如果一旦觀測了，那麼貓就會只處在死亡或者存活一種狀態，這種狀態稱為本徵態。
  • 我就是薛丁格的貓
    可這個方程的根本物理意義是什麼，薛丁格沒有給出來。後來，另一位傑出的物理學家波恩對波函數給出了統計解釋，認為波函數本身沒有什麼意義，只有波函數的模的平方才有意義，也就是波函數在空間某一點的強度與在該點找到粒子的機率成正比。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。
  • 薛丁格的貓——是什麼鬼？
    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。此時，貓構成的波函數由疊加態立即收縮到某一個本徵態。
  • 用EXCEL給你一個薛丁格的貓,活貓還是死貓,你能猜對嗎?
    物理學中有個很有名的假說，叫薛丁格的貓，其假設一個鐳原子，氰化物，貓關在一個籠子裡，如果鐳原子發生了衰變，那麼就會引導釋放氰化物，貓就掛了，如果沒有衰變，氰化物不釋放，貓就依然活著。因為放射性的鐳原子會處於衰變和沒有衰變兩種狀態的疊加，所以貓就應處於死貓和活貓的疊加狀態。
  • 薛丁格方程及薛丁格的貓
    戰後,薛丁格在歐洲一些高校供過職。1921年他加入蘇黎世大學,一待就是六年,並在此作出了讓自己流芳百世的發現。1924年,法國物理學家路易·德布羅意提出了波粒二象性,認為粒子能夠表現出波動性,而波也能表現出粒子性。薛丁格在得知德布羅意的研究成果後,作出了自己的偉大發現。
  • 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。
  • 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。那麼，如果我們不打開箱子，這隻貓咪是死是活呢？
  • 名聲大噪的薛丁格的貓,根本就不存在?
    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。
  • 薛丁格提出「薛丁格的貓」,竟是為了推翻量子力學?
    薛丁格是量子力學的奠基人之一，1926年，他提出了波函數和薛丁格方程，構建了量子力學的一種數學形式——波動力學，奠定了近代量子力學的基礎。但是，他在1935年卻提出一個怪異的思想實驗——薛丁格的貓，這個實驗構建了一隻看上去處於「死」和「活」的疊加態的貓，讓人們感覺量子力學十分荒謬。一隻既死了又活著的貓，這還不夠荒謬嗎？
  • 薛丁格的貓是什麼?它到底是死還是活?
    什麼是薛丁格的貓 薛丁格的貓，是由量字力學奠基人之一的薛丁格提出的思想實驗。薛丁格為了反對玻爾等提出的量子力學哥本哈根詮釋，設計出了這個半死不活的貓來嘲諷，這個無法完成的思想實驗，把微觀的不確定擴展到宏觀的不確定，給玻爾等人帶來極大的困擾。
  • 生還是死?薛丁格的貓,既生又死!
    這种放射性原子有50%的概率會衰變而放下錘子，錘子會打破毒藥瓶釋放出毒氣殺死這隻貓；同時放射性原子也有50%的概率不會衰變，那麼貓將活下來。放射性原子是不是衰變完全是隨機的！請問：盒子裡的貓是死是活？即便不打開盒子， 貓要麼死，要麼活，只能有一種結果。打開盒子看看不就確定貓的死活了嗎！！！那麼，恭喜你！你是一個正常的普通人！ 然而，在量子世界中，事情與常人所想則大相逕庭。因為盒子 一蓋，裡面的世界就構成一個封閉的系統，只要我們不去打開盒子觀察，就永遠不會知道裡面的情況，而貓的死活就是疊加態的。
  • 既死又活的薛丁格的貓,你有沒有可能讀懂量子力學?
    文/陳根在物理學的發展道路上曾經出現過四大神獸：薛丁格的貓，芝諾龜，拉普拉斯獸，麥克斯韋妖。這四大神獸裡，最為人熟知的、也是量子力學中最著名的思想實驗也許就是薛丁格的貓了。