網友問:薛丁格的貓這個思想實驗,能在實際中完成嗎?

2020-12-06 艾伯史密斯

本文參加百家號#科學了不起#系列徵文賽。

「薛丁格的貓」是量子力學的一個思想實驗,實際可以做實驗,但是無法觀測到「貓死」和「活」的疊加;如果把貓換成其他微觀粒子,科學家是可以製備薛丁格貓態的,也有不少實驗室完成過類似的實驗。

大名鼎鼎的「薛丁格的貓」,已經折騰了科學界80多年,可以說人類對量子力學的理解還遠遠不夠,就連物理學家費恩曼也說到:」我想我可以有把握地說,沒有人真正理解量子力學。」

薛丁格的貓是奧地利物理學家薛丁格,在1935年提出的量子力學思想實驗,實驗內容:一個封閉盒子內有一隻貓,以及少量放射性物質,一段時間後,有50%的概率放射性物質會發生衰變,然後通過巧妙的物理裝置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,從而貓活了下來。那麼問題在於,我們在沒有打開箱子前,貓是死的還是活的?

第一眼看到這個問題時,很多人肯定會想「提問的人有毛病吧!是死是活打開不就知道了,沒打開前就是一個概率問題。」

如果我們在經典力學中思考這個問題,那麼質疑者完全是正確的,沒打開盒子前貓的死活就是一個概率問題;然而一旦把這個問題放在量子力學中考慮,結果就會變得撲朔迷離。

根據量子力學根本哈根學派的解釋:由於物質衰變是一個量子隨機的過程,所以在沒打開盒子前,整個系統就處於不確定性的波態,貓的死與活是疊加的,需要注意的是,量子力學描述貓的死與活疊加並非一個數學描述,而是要求物理情景就是"貓死"與「貓活」的疊加,一隻不死不活的貓,換做是誰也接受不了。

薛丁格的貓只是量子力學中怪異結論的一個,這個問題直指量子力學和經典力學的邊界性,量子力學在微觀獲得了巨大的成功,但是宏觀世界的解釋還得靠經典力學,那麼兩者的邊界到底在哪裡呢?

"薛丁格的貓"實驗是無法實際完成的,因為我們不可能同時觀測到貓死與貓活兩個狀態,但是在微觀世界當中,確實有科學家製備了「薛定的貓態」,也就是疊加態。

比如在2016年,《科學》雜誌發表一篇文章,稱美國耶魯大學的一名科學家,首次實現了一種雙模式的貓態,實驗者利用兩個微波超導空腔,空腔內有幾十個光子組成駐波,然後通過巧妙的方法,把兩個空腔內的光子實現關聯,這些光子就如一隻「薛丁格的貓」同時存在於兩個箱子當中。

在2019年1月23日,浙江大學和中國科學技術大學的研究人員聯合中美多個研究團隊,首次在人工量子系統中合成了反對稱自旋交換作用,從而實現了「薛丁格貓態」的製備,也就是疊加態的製備,目前量子計算機的技術瓶頸,也就是對疊加態的製備和操控。

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  • 思想實驗中的薛丁格貓是什麼?
    很明顯,是科學家埃爾溫·薛丁格對貓做的一種實驗,但這並不是我們常人所能理解的那樣簡單的實驗,它是一種需要想像力去做的實驗,也就是說我們現實中無法做到的一種實驗,我們稱這種奇異的實驗為思想實驗(thought experiment)。
  • 讓薛丁格的貓跳舞起來 ——破解薛丁格的貓的思想實驗難題
    薛丁格的貓,大名鼎鼎,由來已久,爭論不休。但近來發現這個著名的反諷量子力學的思想實驗其實存在偷換概念的的錯誤,具體說明如下:一、對薛丁格的貓這一思想實驗的簡單解釋首先要說明一下這個實驗的產生原因。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。在1955年愛因斯坦去世之後,作為愛因斯坦的嫡系大將的薛丁格憋了一個大招,就是「薛丁格貓」的思想實驗,繼續向玻爾一派宣戰。薛丁格的本意是借這個思想實驗,將量子態的不確定概念引入到宏觀世界,讓人們直觀體驗一下「概率」描述的不靠譜。其實這個思想實驗並不能證明什麼?僅僅是再次發洩了薛丁格對於量子力學「哥本哈根解釋」的不滿,但他自己也知道提不出什麼更好的解釋。
  • 為什麼沒人做「薛丁格的貓」這個實驗,是有技術難度嗎?
    為什麼沒人做「薛丁格的貓」這個實驗,是有技術難度嗎?一個不可能的實驗「薛丁格的貓」是一個許多人耳熟能詳的故事,有些人甚至能夠將它完整地背下來。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。
  • 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。
  • 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
  • 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。
  • 「薛丁格的貓」
    薛丁格的貓這個詞常常被網友們來拿說,但是其具體意思卻沒多少人去深究,歸根結底,薛丁格的貓還是比較費解的。薛丁格的貓是量子物理學的一個理論,大致意思是說當沒有人能看到盒子裡面的一隻50%概率死掉情況下的貓時,這隻貓既可以是活的,也可以是死的,叫做「量子疊加態」,也可以說是「薛丁格貓態」。
  • 薛丁格的貓思想實驗原來是為了諷刺它的,量子之父看完都哭笑不得
    大家好,歡迎收看量子科普第99期,我是常常,今天和大家聊一聊薛丁格和薛丁格的貓在物理學界有這樣一個笑談:據說當物理學家愛因斯坦發表廣義相對論時,在場的科學家都聽得滿頭霧水,很多科學家對於愛因斯坦的相對論都表示不理解,只有三個科學家聽懂了,後來有一名科學家為了讓物理學界更好的理解相對論
  • 為什麼「薛丁格的貓」這個實驗在現實中永遠無法實現
    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。
  • 為什麼「薛丁格的貓」這個實驗在現實中永遠無法實現?
    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。
  • 藝術家對「薛丁格的貓」的13種理解
    撰文 米斯·塞拉尼亞(Miss Cellania)翻譯/漢化 丁家琦IMAGE CREDIT: CHRISTIAN SCHIRM/PUBLIC DOMAIN「薛丁格的貓」這一概念來自物理學家埃爾溫·薛丁格1935年提出的一個思想實驗。將一隻貓關在箱子裡,箱子裡有一种放射性元素,它在1小時之內衰變的概率為50%。
  • 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。
  • 有趣的薛丁格把妹,宏觀了解量子物理學,網友:黃油貓是搞笑的吧
    文/羅伊薛丁格是一位非常偉大的物理學家,他的偉大之處就在於用一個思想實驗,去嘗試著從宏觀角度闡述微觀角度的一類問題,用巧妙的比喻手法把觀測到的粒子和波的存在形式,比喻成裝在盒子裡的貓聯繫。這一思想實驗去求證關於量子的存在形式。
  • 薛丁格的貓是什麼意思?薛丁格的貓來源
    薛丁格的貓是什麼意思?薛丁格的貓被稱為史上最著名十大思想實驗之一,其提出和實驗過程對人類思想的研究具有重要的指導與推動意義。
  • 愛因斯坦的骰子,薛丁格的貓,你真的懂嗎?
    這句話已經成為了流傳後世的名言,但是就像薛丁格的貓一樣,被大部分人所誤解。愛因斯坦反對量子力學嗎?儘管提出了量子力學中重要的 薛丁格方程,但薛丁格同樣對量子力學中所謂的概率嗤之以鼻。長期以來,薛丁格和愛因斯坦兩個人就在大西洋兩岸不斷書信往來,隔著數千公裡對量子力學表示著彼此的同仇敵愾,同時還互相出謀劃策。在1935年發表了論文之後,愛因斯坦還在給薛丁格的書信中出了一個主意,那就是設計一個思想實驗,能夠把微觀尺度所謂的疊加態擴展到宏觀尺度,就可以看出它的荒謬來。
  • 我就是薛丁格的貓
    只是讀過薛丁格的小傳,對其的印象也只能是根據一些我所了解到的零星的事實加以揣測。薛丁格是一位聰明的嚴謹的非常有個性的傑出科學家,他的薛丁格方程在近代物理學中的地位足以和牛頓的動力學方程在經典物理學中的地位相媲美。薛丁格還將他睿智的目光投向生命科學,將物理學的思想方法在生命科學中發揚光大。
  • 薛丁格的什麼貓?
    為了反對這個匪夷所思的答案,薛丁格和愛因斯坦兩位大師通過多番討論,最終由薛丁格提出了一個簡單犀利的思想實驗——薛丁格的貓。實驗大體是這樣的:在蓋好的盒子中,有放射性粒子、毒氣裝置和貓;一定時間後,放射性粒子概率性發生衰變,而毒氣裝置能探測到這次衰變並釋放毒氣將貓毒死;除非打開盒蓋,盒子內的情形無法被外界探測。
  • 薛丁格的貓被關在箱子裡八十多年了,它活著的概率依然是50%嗎
    1935年,奧地利科學家,埃爾文薛丁格提出來了一個有趣的思想實驗,這就是「薛丁格的貓」。當時的薛丁格和愛因斯坦是一條戰線的,兩人認為哥本哈根測量理論不符合宇宙常理,為了證明海森堡的哥本哈根測量理論是錯誤的,他在經過了長期的研究後,提出了這個「薛丁格的貓」。這到底是啥意思呢?