愛因斯坦與哥本哈根派之爭鹿死誰手,薛丁格的貓扮演了什麼角色?

2020-12-03 時空通訊

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這是一段歷史,是愛因斯坦質疑哥本哈根詮釋的一段爭論史。

愛因斯坦說:「上帝不會擲骰子」;波爾說:「別去管上帝能做什麼!」

這是網絡上流傳的愛因斯坦與波爾之爭的精闢語言。其實這都不是原話,但意思差不多。

爭論的兩邊都知道這個世界沒有上帝,他們爭論的「上帝」是指自然規律。

網絡上常有聲音認為,愛因斯坦是竭力的反對量子力學,爭論的是經典物理學還是量子力學誰對誰錯的問題,是有我無他有他無我的問題,其實這是嚴重誤解。

一些別有用心的人甚至扯到爭論的是有沒有上帝,科學的盡頭是神學的問題上,這就純屬扯淡了,反智反科學的無知態令人可憐可笑。

其實,爭論的兩派都是大師級科學家,而且都是量子力學的奠基人。他們爭論的焦點,不是量子力學這個大門類對不對的問題,而是量子力學領域中關於微觀粒子現象的一些詭異特性的爭論。

那麼這個被號稱為世紀之爭的科學理論大戰具體是怎樣一個過程,最終鹿死誰手呢?我們一起來重溫一下這段歷史,看看這些科學大師們的風採。

哥本哈根詮釋是什麼?

在上世紀二三十年代,量子力學崛起,以波爾和海森堡為代表的的一群科學家,經過對發現的量子新穎特性研究,得出了一些嶄新的理論,因為這種理論是在哥本哈根研究出來的,因此被稱為哥本哈根詮釋。

而研究出臺這些理論的科學家被稱為哥本哈根學派,這個學派主要核心骨幹人物有玻恩、海森伯、泡利以及狄拉克。

哥本哈根詮釋最主要的一些核心內容為:

1、量子系統的量子態可以用波函數完全描述,但這種描述是概率性的,這個概率就是波函數的絕對值平方;

2、在量子系統,一個粒子的位置和動量無法同時被確定,這就是量子力學的不確定性原理;

3、物質具有波粒二象性,實驗中無法同時展示出物質的兩種行為,即粒子性或波動性;

4、所有的測量儀器都是經典儀器,可以用於測量經典物質性質,但在量子世界,測量會改變粒子的行為和狀態,因此無法同時測準粒子的位置和動量。

通俗的說,這些理論中最大的一個爭議就是量子世界的不確定性原理和量子糾纏的超距作用。

這些理論剛開始被很多經典物理學家們反對,愛因斯坦就是其中的領頭羊。

其主要核心觀點就是「上帝不會擲骰子」。這裡的上帝不是指那個神仙上帝,而是泛指自然規律。

他認為量子世界現在還有許多不被人認識的奇異特性,是因為還有許多深層次的原因尚沒有弄清楚,也就是所謂的「隱變量」還沒有找到,在今後的研究中,一定會有一個「完備理論」出來。

就像擲出的骰子,雖然有概率和隨機性,但這些概率和隨機在投出的那一瞬間就已經決定了。如果是一個公平的骰子,在n次的投擲下,每一面向上的概率是基本均等的。

他的意思是任何事物裡面都蘊含著規律,只不過需要找出來而已。

愛因斯坦多次對哥本哈根派反擊,結果都被波爾等人破解了。

比如愛因斯坦提出了一個光盒實驗:光盒裡裝著一個與實驗室同步的時鐘,他提出當光盒裡的光子從小孔釋放出來時,完全能精準的知到它出來的時間。

愛因斯坦試圖用這個實驗來反對哥本哈根派提出的測不準定律。也就是說,測量會改變粒子的狀態,從而無法同時測準粒子的位置和動量。

當時的確把波爾等人打蒙了,一時無法反應。但波爾想了一夜後,用愛因斯坦自己創立的廣義相對論否定了他的實驗。

波爾認為,盒子裡的時鐘與實驗室的時鐘高度不一致,不同的重力條件導致了不同的時間膨脹率,因此無法確定時間的同一性,結果就無法精確。

愛因斯坦的實驗失敗了。

他並沒有服輸,而是準備進一步反擊。

1935年愛因斯坦、波多爾斯基、羅森等科學家合寫了一篇文章,叫《能認為量子力學對物理實在的描述是完備的嗎》,以後人們就把他們提出的理論以三人姓氏的第一個字母為名稱為「EPR佯謬」。

EPR論證並沒有質疑量子力學的正確性,它質疑的是量子力學的不完備性。認為或許在不久的未來,物理學家會想出更完備的量子理論。

為了更好的反擊,他們還準備了一個思想實驗。

當愛因斯坦把自己的想法告訴好朋友薛丁格後,薛丁格興奮的決定設計一個更能說明問題的思想實驗,以此支持愛因斯坦。

這就是著名的「薛丁格的貓」。

薛丁格當然有許多的科學成就,但流傳至今更為廣大吃瓜群眾所知的卻是這隻「薛丁格的貓」。

簡單的說,薛丁格的貓實驗就是假設在一個密封的盒子裡,有一隻貓,還有少量的放射性物質,一系列的機關。放射性物質可能發生衰變,也可能不發生衰變,當發生衰變時,就會觸發機關釋放出毒氣,這只可憐的貓就會死掉;而不發生衰變,這隻貓就會幸運的活著。

薛丁格認為,在沒有打開盒子前,人們無法知道這隻貓是死是活;打開了盒子,才能夠知道這隻貓是死了還是活著,但並不能認為就是打開那一瞬間它突然或死或活的。

這是一個常識。

問題是哥本哈根派不認同這個說法。它們認為,這種常識只適用於宏觀事物,在量子領域,這隻貓是死是活處於一種疊加態,在沒有打開盒子前,這隻貓處於又死又活的疊加態,只有打開盒子的一瞬間,盒子裡處於疊加態的貓才會發生波函數坍塌,變成某種我們觀察到的狀態,或死或活。

量子力學的觀點是觀察改變了這隻貓的狀態。

愛因斯坦、薛丁格等科學家,就是以這隻貓來諷刺量子力學的這種觀點,認為你觀不觀察,這隻貓的狀態都是確定了的,不是死了就是活著,只是到打開盒子才知道而已。

按照宏觀世界現象來理解,薛丁格的解釋當然非常符合邏輯,完全正確。

但愛因斯坦、薛丁格沒有贏,哥本哈根派用的是以子之矛攻子之盾,用薛丁格波動方程的「機率」分布解釋「薛丁格的貓」。

事實上,德布羅意和薛丁格共同創建了波動力學以及薛丁格方程,是描述量子力學的一根支柱,為量子力學理論的創建起到了至關重要的作用。

但哥本哈根派認為,不進行觀測,在默認的粒子本徵態下薛丁格方程可以闡述粒子波動規律。但是在觀測下,波函數崩潰,粒子特性無法被認知。

這就是個哥本哈根詮釋與愛因斯坦、薛丁格等的根本分歧。

現在的認識是,「薛丁格的貓」是把量子微觀領域的一些性質,企圖用宏觀事物來描述,這是不恰當的,因此最終當然以慘敗告終。

但爭論並沒有止步,一直到愛因斯坦、薛丁格雙雙離開人世,爭論還在繼續。

但愛因斯坦並不否認量子力學的正確性,也沒有否認量子領域的一些奇異表現,只是認為這些現象是由於理論的不完備性而得不到正確的解釋。

後來愛因斯坦轉向了統一場論的研究,試圖從大統一理論中找到解釋量子現象的正確途徑,但無果而終。

愛因斯坦和薛丁格都是科學界公認的量子力學奠基人,即便他們後來的各種質疑,也為量子力學的發展和完善起到了重大促進作用。

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  • 愛因斯坦的「上帝不會擲骰子」與「薛丁格的貓」有什麼聯繫?
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  • 深入淺出講解薛丁格的貓
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    隨後波恩和海森堡介紹量子力學的矩陣理論,而薛丁格介紹波動力學。最後,玻爾在科莫演講的基礎上再次做那個關於量子公設和原子新理論的報告,進一步總結互補原理,給量子論打下整個哲學基礎。這個議程本身簡直就是量子論的一部微縮史,從中可以明顯地分成三派:只關心實驗結果的實驗派:布拉格和康普頓;哥本哈根派:玻爾、波恩和海森堡;還有哥本哈根派的死敵:德布羅意,薛丁格,以及坐在臺下的愛因斯坦。
  • 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。本來薛丁格應該感謝玻恩,奈何薛丁格是支持愛因斯坦的「決定論派」,而玻恩的概率詮釋屬於「概率論派」並成為了著名的「哥本哈根解釋」,這讓薛丁格很憤懣。雖然愛因斯坦與薛丁格都曾對量子力學起到了極大的推動作用,但對於玻爾主導的「哥本哈根解釋」一直持否定態度。但三次論戰,愛因斯坦都敗下陣來,無形中反而成就了量子力學的「哥本哈根解釋」。
  • 薛丁格的貓,物理界百年困惑,一個簡易的外星人定律輕鬆破解
    所以,不確定性原理和量子疊加理論在物理界引起軒然大波,以波爾和海森堡為首的哥本哈根派贊同,愛因斯坦和薛丁格派為首反對,兩派進行了長期的爭辯,愛因斯坦不相信這種隨機性,他認為粒子世界是有規律可循,不是擲骰子來確定正反面,他相信粒子世界的上帝不會擲骰子。
  • 什麼是薛丁格的貓?
    薛丁格的貓是我們大多數人可能都聽說過的東西,但是我們當中有多少人真正知道它是什麼意思呢?今天我們就來討論一下,薛丁格的貓是在說是什麼?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。
  • 薛丁格的什麼貓?
    導語:有那麼一隻貓,它屬於薛丁格,屬於愛因斯坦,屬於物理學史,屬於每一個對量子理論懷有好奇幻想的人。有那麼一隻貓,它屬於薛丁格,屬於愛因斯坦,屬於物理學史,屬於每一個對量子理論懷有好奇幻想的人。薛丁格的貓,原本是薛丁格和愛因斯坦兩位量子力學的先驅者,為反對(當前主流的)量子力學哥本哈根詮釋而聯手鑄就的一把思想武器。為了介紹這把武器,要先從量子力學的建立,尤其是物質波說起。那年,愛因斯坦和普朗克等人論證了光具有波粒二象性。
  • 愛因斯坦與哥本哈根詮釋的世紀之懟,說明雙方理論水火不容嗎?
    1995年,麻省理工學院的沃夫岡·凱特利與科羅拉多大學博爾德分校的埃裡克·康奈爾和卡爾·威曼,使用氣態的銣原子在170 nK的低溫下首次獲得了玻色-愛因斯坦凝聚,證實了這個預言。2001年康奈爾、威曼和凱特利為他們的研究結果共享諾貝爾物理獎。1935年,提出了引起世紀之爭的EPR悖論,這個悖論以提出者愛因斯坦、波多爾斯基、羅森三位科學家名字的第一個字母命名。
  • 薛丁格的貓是什麼,為什麼經常有人提起?
    薛丁格的貓是奧地利物理學家薛丁格在1935年提出的一種思想實驗。
  • 每日科普|薛丁格的什麼貓?
    薛丁格的貓,原本是薛丁格和愛因斯坦兩位量子力學的先驅者,為反對(當前主流的)量子力學哥本哈根詮釋而聯手鑄就的一把思想武器。可以說,為發展物質波這個量子理論核心概念,愛因斯坦和薛丁格有很大的功勞。此後問題來了,那個曾被學術界拿來詰問德布羅意的問題,現在擺在了所有人面前——物質粒子怎麼可能是波,它是個什麼波?不回答這個帶有玄學意味的問題,量子理論無法前進。
  • 薛丁格方程及薛丁格的貓
    稍後,薛丁格又將這個方程應用到了量子理論中的其他問題上,同樣與實驗結果完全吻合。但是這個方程仍然缺少了某些東西,就連薛丁格本人也不能完全理解方程的含義。方程中的波函數是一個非常抽象的量,但能根據具體的物理參數(如能量)推導出來。波函數到底代表什麼呢?同年,德國物理學家馬克斯·玻恩( Max born)解答了這個問題。
  • 來自愛因斯坦的權威解釋:薛丁格的貓,啥也不是
    「薛丁格的貓」很好的闡述了20世紀量子力學這個科學成就的突破性和爭議性的現狀。隨著量子物理學的發展,「薛丁格的貓」還延伸出了平行宇宙等物理問題和哲學爭議。 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,如劉慈欣《球狀閃電》中變成量子態的人,人們已經越來越接近實現生命體的薛丁格貓。可是另外一方面,人們發現薛丁格貓態(量子疊加態)本身就在生命過程中存在著,且是生物生存不可缺少的。
  • 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?竟是為了幫愛因斯坦吵架20世紀相對論和量子力學是當時最重要的兩大基本支柱,量子力學解決微觀粒子運動規律的理論,馬克思·普朗克、尼爾斯·波爾、沃納·海森堡、埃爾溫·薛丁格、阿爾伯特·愛因斯坦等一大批科學家共同努力才得以創立量子力學,也就是上面被譽為世界最輕朋友圈的照片!
  • 神打臉,薛丁格為了幹翻量子力學放出的貓撂倒了自己還有愛因斯坦
    玻爾為首哥本哈根派認為,這一測不準原理是自然界固有的不確定性導致的!簡而言之,人類並不能獲得實在世界的確定的結果,只能由這次測量推測下一次測量的各種結果的分布機率,而無法對事物在兩次測量之間的行為做出具體描述。
  • 薛丁格的貓——是什麼鬼?
    薛丁格嘗試著用一個思想實驗來檢驗量子理論隱含的不確定之處。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。
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    愛因斯坦兩位量子力學的先驅者,為反對(當前主流的)量子力學哥本哈根詮釋而聯手鑄就的一把思想武器。可以說,為發展物質波這個量子理論核心概念,愛因斯坦和薛丁格有很大的功勞。此後問題來了,那個曾被學術界拿來詰問德布羅意的問題,現在擺在了所有人面前——物質粒子怎麼可能是波,它是個什麼波?不回答這個帶有玄學意味的問題,量子理論無法前進。
  • 「薛丁格的貓」思維實驗提出,陰差陽錯地宣傳了量子力學
    「薛丁格的貓」屬於一個思維實驗,很多人不了解這個實驗的真正含義,但是也都聽別人提過這個實驗。這個思維實驗的提出,最初目的是為了反對哥本哈根派的不確定性原理,屬於思維實驗並不是現實生活中所做的實驗。但是隨著發展全世界的物理學家都對愛因斯坦的相對論進行研究,逐漸的認識到了愛因斯坦的偉大。而量子力學的提出愛因斯坦也是舉足輕重的奠基人,但是隨著發展哥本哈根派的介入,讓量子力學走入了另外一條路。這一條路是愛因斯坦無法接收的,一個量子同時處於多種狀態,只有觀測的時候才變成一種狀態,愛因斯坦諷刺的提出:上帝還擲骰子嗎?就表達了自己對於不確定性原理的觀點是不贊同的。
  • 思想實驗中的薛丁格貓是什麼?
    在一個著名的例子中,薛丁格貓 (1935),是一隻或死或活的貓,而這隻貓到底是死是活則決定於較早的一次隨機事件。這個由常見物品構成的思想實驗相對通俗地具體化了哥本哈根詮釋中的問題。薛丁格和愛因斯坦交換了有關愛因斯坦的EPR文章的信件,在這篇文章中,愛因斯坦指出,不穩定的火藥桶的狀態將在一段時間後包含爆炸狀態和未爆炸狀態的疊加。為了進一步說明,薛丁格描述了原則上如何通過使其依賴於疊加的量子粒子來在大規模系統中創建疊加。他提出了一個方案,在一個鎖定的鋼室中有一隻貓,其中貓的生存或死亡取決於放射性原子的狀態,無論它是否已經衰變和發射輻射。