薛丁格的貓的真正意義是什麼?

2020-12-03 刁博

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?」沒想到薛丁格幾個月後真的給出了一個波動方程,這就是大名鼎鼎的薛丁格方程。這個方程能夠很好的描述微觀世界中粒子的運動,其在量子力學中的地位足以和牛頓第二定律在經典力學中的地位相媲美。薛丁格也因這個方程拿到了諾貝爾物理學獎。

薛丁格方程不是推導出來的,更像是拼湊出來的。儘管薛丁格方程非常優美地解決了微觀粒子的運動,這方程的背後還有基本的問題困擾著物理學界。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。薛丁格本人也不滿波恩的解釋,為了反駁波恩,薛丁格設計了一個至今仍困擾物理學界的「薛丁格的貓」的理想實驗。

實驗大體是這樣的,把一隻貓裝進一個封閉不透光的箱子裡,箱子裡還有一個放射性原子,一個粒子探測裝置,一瓶劇毒物質,一把錘子。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,這樣貓就必死無疑。如果粒子不衰變,貓就會活著。也就是說貓的狀態由粒子是否衰變決定,貓存在兩種狀態,活態和死態。按照量子力學的態疊加原理,物理學家在測量貓的狀態前,貓就處在活態和死態的疊加態,只有打開箱子測量的時候,貓才會塌縮到本徵態,只能測量到活態和死態中的一種。這是和常理格格不入的,薛丁格就是用貓實驗將微觀和宏觀聯繫在了一起,把量子行為拓展到了宏觀世界。

隨著進一步的討論,有人還用多重宇宙解釋薛丁格的貓,也有人將薛丁格的貓比作陷入愛河時的躊躇不定。薛丁格的貓也因此收穫了更大的市場。不過,人們正不斷努力試圖做出宏觀下薛丁格貓的實驗,卻無法看到怎樣去檢測是否存在多重宇宙。量子力學的隨機不是決定論,也正因此,人活著才能享受拼搏、奮鬥帶來的驚喜。

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    生活中有貓,其實在科學界也有「貓」,卻少為人知。今天小編來給大家講講吧。「薛丁格的貓」不知道大家聽說過沒,有人會疑問這是一種什麼品種的貓嗎。其實這只是一個科學實驗的名稱罷了。薛丁格是奧地利的物理學家,全名是埃爾溫·薛丁格。而薛丁格的貓,其實是他提出來的理論,是一隻假想的貓。這到底是一項什麼樣的研究呢?
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    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。