薛丁格的貓——既死又活的貓

2021-01-07 愛學習物理的小貓

量子力學是描寫微觀物質的一種物理學理論,與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱,許多物理學理論和科學如原子物理學、固體物理學、核物理學和粒子物理學以及其它相關的學科都是以量子力學為基礎。當時的科學家為了解決當時不能用經典物理學解決的四大問題,所以創立了量子力學,1900年被譽為量子年,當時引用了量子力學去解決了四大問題。

氫原子光譜、黑體輻射、光電效應和原子穩定性問題的解釋都引用了普朗克的量子論,普朗克被譽為量子力學之父。簡單通俗的講,當時的量子力學主要是指不能用經典物理學解釋的東西,都可以解釋成不連續,一份一份的,比如能量不是連續的,而是一份一份的;解釋原子穩定性問題時,電子層數不是連續的,是一層一層的,電子是躍遷運動的等等。

量子力學的基本原理包括量子態的概念,運動方程、理論概念和觀測物理量之間的對應規則和物理原理。

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?主要是這些概念實在太違背我們已經既定的定律或者定理,比如最著名的要數薛丁格的貓,一隻既死又活的貓,一隻貓它既是死的也是活的兩種狀態疊加在一起,當我們打開盒子時,波函數坍塌那麼貓的死活就瞬間確定。在我們宏觀世界怎麼可能接受一隻既死又活的貓呢,根本無法理解。

薛丁格的貓是諸多量子困惑中有代表性的一個。一隻貓被封在一個密室裡,密室裡有食物有毒藥。毒藥瓶上有一個錘子,錘子由一個電子開關控制,電子開關由放射性原子控制。如果原子核衰變,則放出阿爾法粒子,觸動電子開關,錘子落下,砸碎毒藥瓶,釋放出裡面的氰化物氣體,貓必死無疑。原子核的衰變是隨機事件,物理學家所能精確知道的只是半衰期——衰變一半所需要的時間。如果一种放射性元素的半衰期是一天,則過一天,該元素就少了一半,再過一天,就少了剩下的一半。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。

「薛丁格的貓」這個思想實驗本來是薛丁格用來諷刺量子力學的一個笑話,誰知道根本哈根學派完美的解釋了這個實驗,結果這個實驗成了我們理解量子力學最好的一個途徑或者工具。

1996年5月,美國科羅拉多州博爾德的國家標準與技術研究所(NIST)的Monroe等人用單個鈹離子做成了「薛丁格的貓」並拍下了快照,發現鈹離子在第一個空間位置上處於自旋向上的狀態,而同時又在第二個空間位置上處於自旋向下的狀態,而這兩個狀態相距80納米之遙!有沒有既死又活的貓雖不能直接證明,但是科學家們用實實在在的實驗證明了離子同時存在兩種相反的自旋,相當於宏觀世界既死又活的貓。

其實薛丁格的貓也很好理解,假如一個病人要做手術了,家屬問醫生手術成功的概率是多大,醫生回答到:不存在概率多大,做成功了就是100%,做失敗了就是0%,就像薛丁格的貓一樣,沒開盒子之前,生死都有可能,但是打開後要不是活的,要不是死的,兩個概率瞬間變成了0%和100%。

測不準原理更加顛覆了我們的現在有物理概念,在牛頓力學體系下,世界上的任何一個物理運動都會有一個確定值,我們用時空坐標和時間坐標就能準確的描述一個物體,比如地球在19年5月1日會在哪一個地理位置,我們是可以預測到的或者是確定的。但是在微觀世界裡面,量子的很多東西都是不可測定或者不可預測的。下一篇文章主要介紹測不準原理。

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  • 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。
  • 薛丁格的貓是指什麼,為什麼會出現「既死又活」的貓?
    ,所以這隻貓被認為處於同時活著和死了的一個量子疊加態。 而在觀測者打開箱子的那一刻,貓被迫選擇了一種狀態,或者活著、或者死了,即貓的生死是由你的觀察來決定的,進一步可以認為,如果你打開容器貓死了,那麼就是你的觀測殺死了貓!
  • 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。
  • 「薛丁格的貓」講的究竟是什麼?貓到底是死的還是活的?
    相信很多人都聽說過「薛丁格的貓」,即使對物理學不是很感興趣的人。但不少人對「薛丁格的貓」理解有些片面! 簡單說,「薛丁格的貓」是薛丁格提出的一個思想實驗,用於在宏觀現實中描述量子世界詭異的疊加態和不確定性
  • 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。
  • 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
    3 拯救薛丁格的貓 物理學史上有一隻著名、而又悲慘的貓——薛丁格的貓。這隻貓被放在一個精心設計過的盒子裡,貓和原子同生共死:原子完整貓就活著,原子衰變貓就死亡。問題是原子的波函數是處於疊加態的,這裡可憐的貓則成了「既死又活」的恐怖狀態。
  • 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?
    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。波爾說電子即在那,也在那,所以薛丁格說:「如果波爾說的是對的,那麼貓既是死的也是活的,如果你打開箱子想看看它到底是死是活,不好意思,結果是隨機的,變成了要麼死,要麼活。」
  • 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。
  • 薛丁格的貓在講一個什麼道理?真的存在「既死又活」的狀態嗎
    學物理的朋友對「薛丁格的貓」這個實驗是非常了解的吧?但是這個小小的實驗說明了什麼問題呢?可能大家的理解也是五花八門的吧?「薛丁格的貓」是由奧地利物理學家薛丁格於1935年提出的有關貓生死疊加的著名思想實驗,是把微觀領域的量子行為擴展到宏觀世界的推演。
  • 薛丁格的貓是死還是活?| 知識周刊
    今天讀書君就為你選取他的作品《薛丁格的貓:改變物理學的50個實驗》中的一部分,看看這位英國科學家筆下的這隻神奇的貓,是死還是活呢?量子力學悖論✪ [英] 亞當·哈特-戴維斯量子力學悖論1935研究人員:埃爾溫·薛丁格研究領域:量子物理結論:兩種可能性同時存在一隻貓如何能夠同時既死又活?
  • 波函數揭示薛丁格的貓:本身就是既活又死
    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
  • 如何理解薛丁格的貓?貓到底是生是死?
    ,這便是薛丁格的貓。薛丁格的貓之所以如此令人感到迷惑,因為這隻貓和深奧的量子力學聯繫在了一起。在量子世界,一個硬幣,既可能是正面,也可能是背面,然而,這在宏觀世界是確定的。奧地利物理學家埃爾溫·薛丁格就將這種狀態用一個實驗表現出來,這就是薛丁格的貓實驗。
  • 薛丁格貓究竟死了沒有?
    瓶子裡的有毒物質擴散到容器裡,就會把貓毒死。如果物質沒有衰變,那麼有毒物質不會擴散,貓就活得好好的。 因為量子系統處於疊加態,故而在人們沒有打開盒子看的時候,這些放射性物質處於衰變和沒有衰變的疊加(混合)態之中,這就使得這隻貓處於一種既活又死的疊加(混合)態之中。
  • 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?
  • 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?薛丁格的貓(Erwin Schrdinger's Cat)是奧地利著名物理學家薛丁格(Erwin Schrdinger, 1887年8月12日——1961年1月4日)提出的一個思想實驗,是指將一隻貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡。鐳的衰變存在機率,如果鐳發生衰變,會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子,貓就會死;如果鐳不發生衰變,貓就存活。
  • 薛丁格的貓
    原題設計者把它叫薛丁格的貓。下面這一段是從百度上摘下來的介紹(註:本來不想加這段,但公眾號規定文章必須夠300字才可以發,所以摘一段貓的介紹。已經知道這個概念的可以跳過這段,沒有新內容。沒有聽說過這個概念的人,如果讀了這段,而且搞懂了,或許這是你今天上網的最大收穫)。
  • 薛丁格貓死了嗎?
    沒辦法,只能委屈貓來做這個實驗。那麼現在的問題是:這隻貓到底是死貓呢,還是活貓呢,還是死貓活貓的疊加態呢?在薛丁格的時代,薛丁格不知道這個問題的答案。但是時間發展到了現代,其實我們已經可以知道這個問題的答案了。
  • 物理學家們可以窺視又死又活的薛丁格貓
    在最近《 新物理學》(New Journal of Physics)上發表的一篇學術文章指出,物理學家們可以窺視又死又活的薛丁格貓了。在量子力學裡, 薛丁格貓是一種思想實驗,其中,貓被困在盒子中,盒子中的粒子有50-50的變質機率。 如果粒子變質了,貓就死了; 否則,貓就活著。
  • 「薛丁格的貓」死了!
    這樣的場景讓王者想到了一個著名的思想實驗:薛丁格的貓。薛丁格是一個著名的物理學家,他假設把一隻貓放進裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡。鐳的衰變存在機率,如果鐳發生衰變,會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子,貓就會死;如果鐳不發生衰變,貓就存活。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,貓就處於死貓和活貓的疊加狀態。
  • 薛丁格的貓是什麼意思
    什麼是薛丁格的貓,薛丁格的貓是什麼意思,薛丁格的貓給我們的啟示有哪些?本文我們將簡單了解「薛丁格的貓」。