「多重宇宙」為什麼可以解釋「薛丁格的貓」?

2020-09-19 每日速攬

前面我給大家花2期講解過「薛丁格的貓」這個思想實驗,其中詳細談了兩個核心:1、微觀世界的隨機和宏觀世界的隨機完全不一樣。2、觀察會使得微觀世界的「疊加態」變回「本徵態」。如果不懂這個思想實驗和疊加態的朋友,可以先去看看前面的相關文章。

為了照顧沒看文章朋友,我再講解下這個思想實驗:其實就是把一隻貓放進箱子,箱子裡有鐳、計數器、錘子和毒瓶,當鐳衰變就會激發計數器,讓錘子敲碎毒瓶從而讓貓死,如果沒衰變貓就不死。本來這是一個很簡單的實驗,但是關鍵在於鐳衰變是一個真正意義上的「隨機」事件。

怎麼去理解啥叫「真正意義上的隨機」?其實前面的文章我詳細講解了,就是真正的隨機在於不可預測,宏觀世界的隨機其實是可預測的,比如你扔一個硬幣,當你扔的一刻其實就已經決定了硬幣到底是正面還是反面,只要我掌握了你扔硬幣的初速度、硬幣的質量、扔硬幣的角度、空氣阻力、風速、地面的彈性係數等等初始信息,我甚至能計算出來硬幣落地到底是正面還是反面,所以具有可預測性。

但是微觀世界鐳是否衰變是不具有可預測性的,姑且不說你壓根就無法獲取完整的初始信息,因為根據「不確定性」原理,你無法同時精確微觀粒子的位置和速度,就算你能真正掌握初始信息,你也無法預測一個微觀粒子將來一定會如何,你只能給出微觀粒子將來處於某種狀態的概率是多少。

所以微觀世界才具有真正意義上的隨機性,由這個隨機性就帶來了「疊加態」,微觀粒子時刻處於多個個狀態的疊加態就比較好理解了。但是疊加態到底是啥造成,卻成為了懸念。誠如我上一期內容所說,疊加態其實可以用「多重宇宙論」來解釋。

為什麼多重宇宙可以解釋它呢?其實「薛丁格的貓」最主要的核心在於:微觀世界的隨機性是真隨機,微觀世界的疊加態是真實存在的。千萬不要把微觀粒子可以「同時處於多個位置」的這種能力理解成為,由於微觀粒子運動太快導致看起來像在多個位置。看起來像多個位置和真實處於多個位置,這是認知上質的差別。

當你了解了這種疊加性是真實存在,並非我們人類的錯覺,那麼我們就要談「薛丁格的貓」第二個核心,就是「觀察對微觀世界的影響」。誠如前面幾期文章所講,觀察會讓微觀粒子從「疊加態」變回「本徵態」(所謂本徵態就是指類似宏觀物體一樣具有一個固定位置的狀態)。所以當你去「觀察」一下這隻貓,開箱的一瞬間貓從原來的生死疊加態變回本徵態,要麼生要麼死。而且更重要的是你要認識的,正式你開箱的這個動作導致貓變回本徵態的,也就是說如果開箱發現貓死了,殺死貓的兇手就是你,是你開箱的動作導致貓死的。如果你開箱發現貓活著,拯救貓的也是你,是你開箱的動作拯救貓的。

說到這裡我還是沒有談到多重宇宙和薛丁格的貓有啥關係,不知道大家想過沒有,為啥我們的觀察會導致貓變回本徵態?換一種問法,為啥我們對微觀世界的「觀察」會改變被觀察物體的屬性?多重宇宙論這時就派上用場了。

假設我們的宇宙本身就有多個,我們生活的每時每刻都在分裂出新的宇宙,比如我們一出生會經歷很多事情,沒一個環節都會誕生一個新的宇宙,裡面的你會經歷不一樣的人生,而這個新的人生也會不斷分裂出新宇宙,所以說宇宙有無數個。

有了這個理論基礎我們再談薛丁格的貓,當你開箱的一瞬間,其實你只是選擇了一個自己宇宙往哪個方向演化的方向,假設你開箱發現貓死了,其實此時你的宇宙分裂出來了兩個,一個宇宙是貓死了,也就是你最終選擇的宇宙,另一個宇宙貓還活著,也就是未被你選擇的宇宙。所以有了多重宇宙論,貓的疊加態就不需要變回本徵態了,因為貓在你開箱前所處的「生死疊加態」可以等效理解為,你開箱前貓處於兩個宇宙的重疊處,其中一個宇宙的貓已經死了,另一個宇宙的貓還活著。

放到微觀世界我們也就可以這樣理解微觀粒子的疊加態,其實微觀粒子並不具有真正的疊加態,因為微觀粒子在你觀察之前其實一直處於多個平行宇宙的重疊處,每個宇宙微觀粒子的位置都不一樣,但是把所有宇宙中微觀粒子的位置進行「疊加」你就會發現這個微觀粒子:可以同時處於多個位置了,也就是微觀粒子處於「疊加態」了。當我們去觀察一下微觀粒子,其實我們並沒有將微觀粒子帶回「本徵態」,我們所做的僅僅是從眾多宇宙中選擇了其中一個普通宇宙繼續演化而已。

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  • 用「多重宇宙論」可以解釋微觀世界的「疊加態」嗎?
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  • 「多重宇宙論」可以解釋微觀世界的「疊加態」?
    這是一個非常值得思考的問題,目前主流的物理學家對這個現象無法合理解釋,但是有一種說法卻可以比較合理的解決這個問題,那就是多重宇宙論。多重宇宙論是指我們的宇宙不止一個而是有無限個,我們日常生活每時每刻都在不停的分裂出新的宇宙出來,而我們只能選擇其中一個宇宙繼續演化,無法同時選擇兩個宇宙演化,到底誰在決定我們選擇哪個宇宙,目前似乎可以用「意識」來解釋。
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  • 為什麼不抓一隻貓去做薛丁格的貓實驗?
    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。與原子的衰變捆綁在一起的是貓的死活,這樣用波函數來描述貓的狀態時貓就處在了活和死的疊加中。只有打開箱子對貓的死活進行測量時,貓才會坍縮到死態或活態。對於這隻貓也有從多重宇宙的角度予以解釋的,測量使得狀態發生了分裂,你測量到了死貓,同時還有活貓分裂到另一個宇宙中。
  • 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。
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  • 量子力學、薛丁格的貓與平行宇宙
            平行宇宙就是在單電子雙縫實驗及薛丁格貓的思想實驗的背景下產生的。我們總結了這一理論提出的理由有一下幾點:其一,提出者認為宇宙世界都是由量子組成的。其二,提出者認為,薛丁格的貓說明宏觀宇宙也具備微觀量子同時性疊加態的詭異現象。
  • 「多重宇宙論」到底是不是科學?
    上一期內容我們通過「多重宇宙論」再次解讀了「薛丁格的貓」,從而進一步講解了微觀世界的「疊加態」概念,其主要核心在於假設宇宙有無限個且每時每刻宇宙都在不停的分裂,而我們只能選擇其中一個宇宙繼續演化下去,所以薛丁格的貓可以不用再處於所謂的「生死疊加態」,只需等效理解為有兩個宇宙,一個宇宙貓死,一個宇宙貓活著即可
  • 「多重宇宙論」到底是不是科學?
    上一期內容我們通過「多重宇宙論」再次解讀了「薛丁格的貓」,從而進一步講解了微觀世界的「疊加態」概念,其主要核心在於假設宇宙有無限個且每時每刻宇宙都在不停的分裂,而我們只能選擇其中一個宇宙繼續演化下去,所以薛丁格的貓可以不用再處於所謂的「生死疊加態」,只需等效理解為有兩個宇宙,一個宇宙貓死,一個宇宙貓活著即可
  • 薛丁格的貓是一個思想實驗,它的真正意義是什麼?
    薛丁格的貓是什麼?「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。
  • 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?
  • 中微子是薛丁格的貓
    我們看一看什麼是薛丁格的貓。現在我們就像薛丁格那樣發揮自己的想像力,做一個薛丁格的貓的實驗。假設有一個封閉的盒子,裡面放進去一隻活貓,再放進去一瓶毒藥,然後放入一种放射性原子。放射性原子的用途就是為了打開毒藥的瓶子,這樣毒藥就可能毒死貓。同學們可能會好奇,為什麼要選擇放射性原子,而不是普通的開關?因為放射性原子不穩定,它們會分解,或者說會衰變。我們利用放射性原子的衰變作為開關就有它的好處。
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