薛丁格的貓,關於量子理論的理想實驗,3分鐘帶你了解多重宇宙

2020-11-23 楓林推文天地

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「薛丁格的貓」是一個非常著名的量子理論理想實驗,總結了古典物理學、量子力學哥本哈根解釋、量子力學多重世界解釋這三者的差異。通過這項實驗,我們能了解到很多關於多重宇宙的解釋,下面一來了解下。

薛丁格的貓

假設有一個箱子,箱子中被關進了只貓,箱子裡有一部儀器,可以放出瓦斯,能立刻將箱子中的貓置於死地。至於這部儀器會不會放出致命的瓦斯只是一個隨機事件,我們只知道箱子中有這些東西,但是並不知道裡面發生了什麼事情。在實驗開始後,箱子會被完全密封起來。一段時間過後,就會出現兩種情況,要麼箱子中的儀器已經放出了瓦斯,要麼箱子中的儀器還未放出瓦斯。雖然箱子中只存在這兩種情況,但如果我們不打開箱子,就不可能知道箱子中到底發生了什麼,這就是薛丁格的貓。

薛丁格的貓圖解

從古典物理學的角度來看,箱子中的貓只有兩種結局,要麼已經死了,要麼還沒有死。關於這一結果,只要我們打開密閉的箱子就會得到一個肯定的答案。可是如果從量子力學的角度去預測箱子中貓的情況,就會變得困難起來。量子力學會給出這樣的解釋,此時箱子中貓的情況應該是一種過渡狀態:在這種狀態的波函數中既包括了貓死亡的可能性,也包括了貓不死的可能性。當我們真的打開密閉的箱子後,這兩種可能性就會一個成真,一個消失。這種成真與消失的情況被認為是波函數的坍塌,因為波函數裡面那個代表沒有發生的可能性被擊破了。

薛丁格的貓

想要證明量子力學中的波函數就必須打開密閉的箱子,這樣才會有一個可能性真正發生。如果不打開密閉的箱子,那麼關於這種未知的解釋就只會有一個波函數的推測形式,而不會有一個具體的結果。在大多數人的眼中,量子力學所給出的解釋不具有任何現實意義。因為根據我們以往的經驗,我們知道自己往密閉的箱子中放進去了一隻貓。在實驗結束後,箱子中被關著的還是一隻貓,而不是量子力學所說的波函數。這個實驗的關鍵問題在於貓是死是活。但是經驗主義所關注的問題是,不論我們有沒有打開密閉的箱子,我們都知道箱子中有一隻貓。即使我們好幾天不打開箱子,我們同樣也知道箱子中有一隻貓。

薛丁格方程

這種經驗主義的觀點及常識也是古典物理學的觀點。因為古典物理學告訴我們,當人們在觀察某樣東西的時候就會了解這樣東西。但是量子力學卻告訴我們,人們在觀察某樣東西的時候,這樣東西才被「擁有」。所以,箱子中的貓是死是活,是我們向密閉的箱子裡面看時才能確定的結果。不論是量子力學哥本哈根解釋還是量子力學多重世界解釋,對我們來說,貓到底是死是活,都要等我們打開密閉的箱子看時才能得知。可是看過密閉箱子中的情況後,量子力學哥本哈根解釋和量子力學多重世界解釋就會給出不同的說法。

多重世界

量子力學哥本哈根解釋給出的說法是,當我們向密閉的箱子中看的N時候,就說明代表貓的那個波函數所給出的兩種可能性中的一種可能性世就會實現,而另一種可能性則會消失。也就是說,在這種解釋中,波函數會在打開箱子的那一刻崩塌。量子力學多重世界解釋給出的說法是,不論密閉箱子中的貓是死是活,就在原子衰減的時候,這個世界會分裂成兩個,而每個世界中都會有一個貓是死是活的版本。也就是說,在這種解釋中,貓既是死的又是活的,因為波函數即使在打開箱子的那一刻也不會出現崩塌的現象,與量子力學哥本哈根解釋的波函數完全不同。

量子理論

波函數就會分裂為兩個,其中一個波函數與貓的死亡的實相分支緊密相連;而另一個波函數與貓的活著的實相分支緊密相連。關鍵在於,這兩種不同的情況是相互隔絕的,任何一方都不知道另一方的情況,所以量子力學多重世界解釋給出的答案是,貓既是活的也是死的。這個薛丁格的貓的理想實驗是由諾貝爾物理學獎得主薛丁格提出的,主要目的是解釋愛因斯坦相對論中存在著的祖母悖論,也被稱為平行宇宙之說。

平行宇宙

在平行宇宙或是多重宇宙的解釋中,微觀世界的規律與我們日常生活中所觀察到的宏觀規律存在著一定的差異,而處於所謂「疊加狀態」的微觀粒子之間的狀態的最大特點就是不確定性。其中,量子力學哥本哈根解釋告訴我們,這個世界不論真正的樣子是什麼,總不是實存的。也就是說,量子力學哥本哈根解釋雖然沒有告訴我們真正的世界到底是什麼樣子,但是卻告訴我們世界真正的樣子並不是我們通常所認為的那樣。

多重宇宙

量子力學多重世界解釋告訴我們,我們的世界有許多版本存在,而遊且我們也有許多個自己,對應著生存在多個版本的世界中,也就是說,有多個平行的宇宙存在,而且這種平行宇宙的具體數量還是無法計算的,並且全部真實存在。量子力學既被認為是一種物理學理論,也被認為是處理亞原子現象的一種程序。關於亞原子現象的觀察,一般人是無法做到的,必須藉助精密的設備才可以進行觀察。

相關焦點

  • 量子力學、薛丁格的貓與平行宇宙
            因為平行宇宙的理論基礎是量子力學和薛丁格的貓實驗,所以如果要談及平行宇宙的概念,我們還必須先從量子力學和薛丁格的貓說起。        量子力學是上個世紀產生的物理學的重要分枝。它和相對論被稱為物理學的兩座理論大廈。
  • 為什麼不抓一隻貓去做薛丁格的貓實驗?
    量子世界的這個反常讓很多科學家覺得不可思議,薛丁格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。在這個實驗中貓被關進一個密閉的箱子,箱子裡還有一瓶劇毒物質、一把錘子、一個放射性原子、控制系統。當放射性原子發生了衰變放出粒子被系統檢測到,錘子便將裝有劇毒物質的瓶子打碎,貓便必死無疑。若是原子不發生衰變,貓就會活著。
  • 為什麼不抓一隻貓去做薛丁格的貓實驗?
    ,薛丁格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。
  • 「多重宇宙」為什麼可以解釋「薛丁格的貓」?
    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。
  • 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。
  • 量子理論實驗「薛丁格的貓」,讓我們認識到一切都是最好的安排!
    我認為一切歸咎為宇宙規律,歸咎為構成我們物質世界的量子。根據量子理論,一切都是不確定的,電子在原子裡的運動是不確定的,時而在這軌道,時而在另一個軌道,其他粒子也一樣,存在觀測與不觀測的兩種結果。而你一看它後,它馬上只有一個結果,不是生就是死。簡直讓人瘋癲。 「薛丁格的貓」就是揭露了量子論難以理解的一面,甚至愛因斯坦也曾說過,天上的月亮,當你看它的時候,是一輪明月當空,而你一旦不看它了,它卻變為一股虛無的雲煙。換成人來比喻,就是我看著你的時候你是個活生生的人,我不看你,你只是個煙霧,或者影子。真的有點神經病了。
  • 薛丁格的貓是什麼意思比喻什麼 薛丁格的貓通俗解釋
    薛丁格的貓,原本是一個關於一個理想狀態下的量子理論的實驗,假象把一隻貓放進一個密閉且不透明的盒子裡,盒子裡有一個毒瓶,毒瓶與一個放射性原子核組成一個理想裝置,假定該原子核一小時內有50%的可能發生衰變,並且該原子核衰變時會觸發裝置打開毒瓶,那麼在你不打開盒子的情況下你就不會知道貓是活著還是死了。
  • 怎樣了解量子?或許你要先解開薛丁格貓的生死之謎……
    薛丁格的貓是物理學的四大神獸之一,並非是指某種動物,而是一種思維實驗。而對於經典的薛丁格的貓思維實驗,現在已經成為了量子力學的代名詞,究竟薛丁格的貓是生是死?和量子之前又有怎樣的聯繫呢?出品:"SELF格致論道講壇"公眾號(ID:SELFtalks)以下內容為科普作家、《上帝擲骰子嗎?
  • 一個關於量子力學的經典實驗——薛丁格的貓,但是,你知……
    一個關於量子力學的經典實驗——薛丁格的貓,但是,你知…… 2018-02-06 21:11 來源:澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 量子糾纏究竟是什麼?著名的科學實驗:薛丁格的貓
    因為在如此小的尺度上,物理性質,不同於你一直看到的宏觀物體的物理性質,你所了解的日常世界是按照「經典物理學」的規律來運作的,原子尺度上的系統,是按照「量子物理學」的規律運行的。量子世界,是一個非常奇怪的地方一個著名的思想實驗,給出了量子奇異性的例證:薛丁格的貓。一個物理學家把貓和一個ZhaDan放進盒子裡,然後蓋上蓋子,ZhaDan有50%的機會爆炸。
  • 薛丁格的貓命運如何?它告訴你平行宇宙和量子力學,一點也不難
    提到貓大家應該都不陌生,很多人都很喜歡貓咪,有的人家裡就有養貓,貓對於愛寵人士來說,它僅僅是個動物,更是一種陪伴,一種情感的寄託。不過接下來我們要說的這隻貓咪,它對於薛丁格來說不是陪伴,也不是情感的寄託,而是用來做實驗的。
  • 思想實驗中的薛丁格貓是什麼?
    這個實驗場景呈現出一隻可能同時存活和死亡的貓,這種狀態被稱為態疊加原理(Quantum superposition),這是由於與可能發生或可能不發生的隨機亞原子事件聯繫在一起的結果。 思想實驗也經常出現在量子力學詮釋(Interpretations of quantum mechanics)的理論討論中。 薛丁格在開發思想實驗的過程中也創造了Verschrnkung(量子糾纏)一詞。
  • 薛丁格的貓對量子理論有重要的啟示
    量子力學是一種支配微觀領域的理論,它在許多違反直覺的事情中暗示,在觀察到量子系統之前,它不一定有明確的性質。以他的同僚物理學家埃爾文·薛丁格(Erwin Schrdinger)著名的思想實驗為例,在這個實驗中,一隻貓被困在一個裝有毒藥的盒子裡,如果一個放射性原子衰變,這些毒藥就會釋放出來。
  • 量子計算機、肖爾算法與多重宇宙有關聯性,能證明多重宇宙存在
    我們知道,傳統計算機的發明是20世紀最為重要的科學事件之一,那麼,量子計算機的發明將是21世紀最為重要的科學事件,它的重要性並非僅僅體現在計算機本身,而且將可能顛覆我們傳統的單一宇宙觀——我們的可見宇宙並不是唯一的,多重宇宙確實存在。可能很多人會認為這純粹是扯淡,量子計算機和多重宇宙有什麼關係?量子計算機的出現怎麼會是多重宇宙存在的有力證據?
  • 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?」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。
  • 尋找薛丁格的貓:量子物理的奇異世界
    薛丁格這隻離奇的、著名的「貓」從何而來? 探索科學離奇的佯謬, 感受物理學裡迷人的量子世界。量子力學入門必備 科學又有趣的量子物理發展史      這只不死不活的貓總是像噩夢一樣讓物理學家們不得安寧……     全面論述了量子理論的基本概念,並賦予那些無限複雜又傷腦筋的實驗以生機,使我們可以毫不費力地把握現代量子力學之迷。
  • 薛丁格的貓告訴我們,宇宙不只有一個,還有其他平行宇宙存在?
    平行宇宙這一概念源起於近代的量子力學,根據量子的不確定性,所以科學家們推測宇宙也不止有一個,還有很多個相似的宇宙存在。試想像一下,還存在著另一個和我們宇宙相似的宇宙,在那個宇宙裡有著一個和你長得一模一樣的人,但是卻有著不同的人生經歷,這也是很多科幻作品中所描寫的內容。
  • 關於多重宇宙的幾個推論
    據量子物理學關於多重宇宙詮釋(MWI),我們生活在無限的交替時間網裡。
  • 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。1926年,薛丁格憑藉其深厚的微積分功底,推導出了「薛丁格方程」,並成功運用它解釋了氫原子結構,但作為數學大牛的薛丁格卻無法解釋薛丁格方程中波函數的物理意義。我們知道,數學公式與物理公式最核心的區別就在於是否具有物理意義,如果沒有具體的物理意義就稱不上一個完整的理論。
  • 薛丁格的貓將帶人類走進量子世界和平行宇宙
    快遞小哥回答道,這我不知道,可能是好的,也可能是壞的,好和壞可能同時存在,你只有在打開盒子的一瞬間,這兩種可能才會坍塌到一種可能上。雖然這只是撒貝寧老師說的一個段子,但是其中的梗是量子力學中著名鼎鼎的「薛丁格的貓」。