你也可以看懂,量子力學的困惑,測不準原理 薛丁格的貓 !

2020-12-03 科學認識論

量子力學已經是現代物理學的基礎學科之一,其影響力越來越大!巨大的影響力迫使著人們了解它,可量子世界中的種種奇異現象卻挑戰著常人的邏輯底線。甚至 讓許多物理愛好者也摸不著頭腦, 以至於玻爾(量子物理學家)說到「如果一個人第一次聽到量子物理而不感到困惑,那他一定是沒有聽懂」!

薛丁格

薛丁格的貓 只是幫助人們理解量子世界 的一種思想實驗!

薛丁格的貓是1935年由物理學家薛丁格提出的一種思想實驗,由於人們對微觀世界的種種現象感到困惑,所以薛丁格就藉助宏觀世界中較易理解的事例 來解釋微觀世界的困惑現象。

這個實驗是這樣的:

把一隻貓放在一個非透明的盒子裡,同時放入少許的放射性物質 ,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 。這种放射性原子有50%的概率會衰變 而放下錘子,並釋放出毒氣殺死這隻貓,同時有50%的概率 放射性原子不會衰變 而貓將活下來。放射性原子是否衰變則完全是隨機的!

薛丁格的貓

對這個實驗的理解有兩種,一是普通人的思維方式,二是 量子疊加的思維方式!

首先,我們常人會認為,這還需要扯犢子嗎?即便不打開盒子, 貓要麼死,要麼活,只能有一種結果。真正的結果要等打開盒子才能確定!!!我想,此刻的你也是這樣認為的,因為這太符合我們的思維慣性了!

然而,在量子世界中,事情並非常人所想的那樣。因為盒子 一蓋,裡面的世界就是個封閉的系統。只要我們不去打開盒子觀察,裡面的情況永遠就不知道,貓的死活就是疊加態的。也就是說,貓既是活的又是死的,是兩種結果的疊加,而不僅只有一種 非死即活的結果 。

我知道你肯定迷糊了,說不定要罵人了,準備在評論區開噴了!但是別急,往下看,你或許就明白了!

薛丁格的貓終歸是個思想實驗而已,具體還要看量子世界中的實際情況!

量子世界中,粒子的運動 即是波動的 也是粒子態的!這兩種狀態同時存在,是波粒二象性的體現,同時也是薛丁格的貓 的疊加體現。

下面舉實例,你馬上就明白了!

生活中,我們都打過桌球吧!也都見過桌球是怎樣運動的!桌球既上下震動,又在前行運動。

原諒小編,實在找不到素材,就自己動手製作了這個動圖!

圖中桌球的真實運動就好像是 量子世界中粒子運動的波粒二象性。即上下震動,又前行運動,運動軌跡是在波動著!同時桌球是個實在的物體,這裡可以理解成是個粒子。 所以說桌球在運動的過程中,即是個粒子,又在波動的前行著。 不能說 桌球在運動過程中 要麼是粒子,要麼是波動。它是既是粒子的,又是波動的,是兩種狀態的疊加!!!

而我們常人對薛丁格的錯誤理解,就相當說,桌球的運動要麼是粒子,要麼是波動,反正就是這兩種狀態的一種。而這是錯誤的觀念!!!

量子世界中的粒子運動具有波粒二象性。和桌球一樣,既是粒子,又在波動!

而當我們打開蓋子觀察時,盒子裡的疊加態立馬消失,盒子裡的狀態 會以粒子的形式表現出來。

直白點說,當我們觀察的時候,粒子的不確定性(疊加態)就變得確定了,這也是測不準原理的另一種理解。

如果說 我們給運動中的桌球 拍照,就相當於對量子世界中的粒子進行觀察。 桌球的真實運動就是既是波動又是粒子,當我們觀察時,我們拍照了,拍出來的照片是靜態,我們只能通過照片看出來桌球是個物體(粒子),而看不出來它在波動。(不要鑽牛角,說 還有參照物這樣的話)

當我們觀察(拍照)桌球時,通過照片只能看到它是粒子狀態的,卻看不出來它在波動!

可這只是人的觀察而已,桌球的真實運動依然既是波動 又是粒子。可就是當我們觀察時,桌球只能顯示出一種特性,而表現不出波動!!!

(PS:筆者這裡只是舉例子,測不準原理並未文章例子中說的那樣。 測不準原理,不是由於測量器材的誤差導致的。確切的說,應該叫 不確定性原理,指的是粒子的位置和動能不能同時測量,位置測得越準,動能就越不準,反之同理)

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