為什麼「薛丁格的貓」這個實驗在現實中永遠無法實現

2020-11-26 胖福的小木屋

很簡單,因為「薛丁格的貓」這個實驗是套用宏觀世界的認知來對對微觀世界進行闡述,在宏觀世界是無法複製的。

1924年,德布羅意首次正式提出了「波粒二象性」,他指出波粒二象性不只是光子才有,一切微觀粒子,包括電子和質子、中子,都具有波粒二象性。他把光子的動量與波長的關係式 p=h/λ 推廣到一切微觀粒子上,指出:具有質量m 和速度v 的運動粒子也具有波動性,這種波的波長等於普朗克恆量 h 跟粒子動量 mv 的比,即 λ= h/(mv)。這個關係式後來就叫做德布羅意公式。而且根據這一假說,電子也會具有幹涉和衍射等波動現象。

電子的發現者J.J湯姆遜的兒子P.G.湯姆遜也以高速電子穿過多晶金屬箔獲得類似X射線在多晶上產生的衍射花紋,確鑿證實了電子的波動性;為德布羅意波提供了又一堅實的基礎。 他們兩個人一起於1937年斬獲諾獎。

量子力學的構建者哥本哈根學派認為,微觀物質以波的疊加混沌態存在;一旦觀測後,它們立刻選擇成為粒子。

哥本哈根學派的領導者玻爾認為人類並不能獲得實在世界的確定的結果,他稱自己只有由這次測量推測下一次測量的各種結果的分布機率,而拒絕對事物在兩次測量之間的行為做出具體描述。

而這恰恰也是愛因斯坦的相對論所無法接受的,相對論雖然推翻了牛頓的絕對時空觀,卻仍保留了嚴格的因果性和決定論。

作為愛因斯坦的盟友,薛丁格同樣無法認可玻爾的觀點,所以他提出了「薛丁格的貓」。

薛丁格提出在一個盒子裡有一隻貓,以及少量放射性物質。之後,有50%的概率放射性物質將會衰變並釋放出毒氣殺死這隻貓,同時有50%的概率放射性物質不會衰變而貓將活下來。

根據經典物理學,在盒子裡必將發生這兩個結果之一,而外部觀測者只有打開盒子才能知道裡面的結果。

但是在量子的世界裡,當盒子處於關閉狀態,整個系統則一直保持不確定性的波態,即貓生死疊加。貓到底是死是活必須在盒子打開後才能夠知道。

現實世界裡,貓怎麼可能處於既生有死的狀態,薛丁格認為這非常好的反駁了玻爾,但是他忽略了一個問題,微觀世界和現實世界是不一樣的。

宏觀世界的認知是無法適用於微觀世界的,量子力學的一個中心原則就是粒子可以存在於疊加態中,能同時擁有兩個相反的特性,也就是我們說的波粒二象性。

儘管我們在日常生活中常常面對「不是A就是B」的抉擇,而但在微觀世界中是可以接受「既是 A 又是 B」的。

後來經過多次的實驗,都證明了量子疊加是正確的,也就是說在微觀世界裡,貓真的是處於「既生又死」的狀態,粒子同時以兩種狀態存在的能力。

而正是基於量子疊加的特性,使得量子計算成為可能,量子計算也被稱為是第四次工業革命的引擎 。

因為傳統計算機每比特非0即1,而在量子計算機中,量子比特可以以處於即是0又是1的量子疊加態,這使得量子計算機具備傳統計算機無法想像的超級算力。

舉個例子,如果x=0,運行A;如果x=1,運行B。

傳統計算機永遠只會一次執行一種邏輯分支,要麼A,要麼B,要麼兩種情況各運行一次。

但在量子計算機中,變量X是量子疊加態,既為1,又為0,因此它可以在一次計算中同時執行A和B。這也被稱為量子比特或者叫量子位。成為了量子信息的計量單位。

也就是說,傳統計算機使用0和1,量子計算機也是使用0跟1,但與之不同的是,其0與1可同時計算。古典系統中,一個比特在同一時間,不是0,就是1,但量子比特是0和1的量子疊加。這是量子計算機計算的特性。

所以如果我們將量子比特的數量增加到10個,那麼傳統計算機需要計算2^10=1024次。量子計算機需要計算多少次呢?

還是1次。

我們再把量子比特數加到100個、1000個、10000個乃至更多,看出差距了嗎?現有計算機要運行上萬年的工作量,量子計算機只用幾分鐘就能搞定。

愛因斯坦那句著名的話;」上帝不玩骰子「,然而薛丁格的貓卻成為最好的論證:上帝似乎是玩骰子的。

正是因為量子疊加的正確性,「薛丁格的貓」實驗在宏觀世界中永遠不可能複製,因為宏觀物質不可能處於「既生又死」的狀態,微觀世界和宏觀世界擁有者不同的運行法則。

相關焦點

  • 為什麼「薛丁格的貓」這個實驗在現實中永遠無法實現?
    很簡單,因為「薛丁格的貓」這個實驗是套用宏觀世界的認知來對對微觀世界進行闡述,在宏觀世界是無法複製的。
  • 為什麼說「薛丁格的貓」是對上帝在擲骰子的最好論證?
    「薛丁格的貓」是量子力學裡一個非常著名的實驗,這個實驗的最初目的是為了論證量子力學的不可靠性,但是最後卻叛變,成為了證明量子力學正確性的重要實驗。但是「薛丁格的貓」這個實驗在現實也就是宏觀世界中是永遠無法實現的。這究竟是為什麼呢?
  • 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。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。
  • 思想實驗中的薛丁格貓是什麼?
    很明顯,是科學家埃爾溫·薛丁格對貓做的一種實驗,但這並不是我們常人所能理解的那樣簡單的實驗,它是一種需要想像力去做的實驗,也就是說我們現實中無法做到的一種實驗,我們稱這種奇異的實驗為思想實驗(thought experiment)。
  • 為什麼少有人做「薛丁格的貓」這個實驗,是有技術難度嗎?
    「薛丁格的貓」雖然是一個實驗,但它是一個思想實驗,換句話說只能在腦子裡做,無法在現實中演示上世紀初的理論物理學界是最熱鬧的,各路大神粉墨登場讓人應接不暇,但總體而言大神們就兩個派系,一個是以愛因斯坦為首(差不多就他一個)的反量子力學派,一個是以玻爾為代表的量子力學哥本哈根學派
  • 為什麼沒人做「薛丁格的貓」這個實驗,是有技術難度嗎?
    為什麼沒人做「薛丁格的貓」這個實驗,是有技術難度嗎?一個不可能的實驗「薛丁格的貓」是一個許多人耳熟能詳的故事,有些人甚至能夠將它完整地背下來。然而真正能夠了解這個故事及其背景的人卻並不多,如果你真的希望誰複製這個實驗,去抓只貓來試一試的話,那就說明你真的不懂它。
  • 讓薛丁格的貓跳舞起來 ——破解薛丁格的貓的思想實驗難題
    這個思想實驗其實是為了對電子雙縫實驗的哥本哈根解釋進行抨擊,將微觀的粒子狀態與宏觀上生物的死活現象聯繫在一起,從而把難以想像的微觀「疊加態」轉換到很直觀的宏觀生物的「死活」現象疊加態,進而令人感到「死活疊加態」的不可理喻,實現對量子力學中哥本哈根解釋的嘲諷和否定。薛丁格的貓這個著名實驗的具體內容眾說周知,簡單概括如下:由於原子有半衰期,在其半衰期內大量原子會有一半衰變,有另一半不衰變。
  • 網友問:薛丁格的貓這個思想實驗,能在實際中完成嗎?
    「薛丁格的貓」是量子力學的一個思想實驗,實際可以做實驗,但是無法觀測到「貓死」和「活」的疊加;如果把貓換成其他微觀粒子,科學家是可以製備薛丁格貓態的,也有不少實驗室完成過類似的實驗。第一眼看到這個問題時,很多人肯定會想「提問的人有毛病吧!是死是活打開不就知道了,沒打開前就是一個概率問題。」如果我們在經典力學中思考這個問題,那麼質疑者完全是正確的,沒打開盒子前貓的死活就是一個概率問題;然而一旦把這個問題放在量子力學中考慮,結果就會變得撲朔迷離。
  • 薛丁格的貓為什麼恐怖 薛丁格的貓是什麼實驗
    薛丁格通過量子力學來向世界證明了,人類在某一個空間,即使生又是死,如果按照這個實驗結論以此類推的話,就決定了我們人類未來會走向哪一個平行世界。量子力學是一種非常奇妙的力量,它可以決定人類的走向,物理學的走向。  一、薛丁格的貓是什麼實驗
  • 薛丁格的貓屬於假象實驗,現實無法還原,為何相信它的人這麼多
    貓這種生物在人類社會中是比較常見的,許多人將貓作為一種貼身的寵物飼養著,但在物理學中,貓這種生物卻被冠以了別樣的含義,相信很多人都聽過著名的實驗——薛丁格的貓。這是一種薛丁格對「人類意識具有特殊地位」的說法進行諷刺的思想實驗,在實驗中,薛丁格將一隻貓放進了一個裝有鈾元素並且有可能會產生衰變的盒子裡,這個實驗的結果無非只有兩個,鈾元素發生衰變,貓受到輻射死亡,亦或是鈾元素沒有產生衰變,貓存活。
  • 薛丁格的什麼貓?
    而薛丁格(和狄拉克分別獨立地)寫出與實驗結果吻合的波動方程,才終於一錘定音地迫使學術界接受這個「毀三觀設定」:物質粒子確實有波動性。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鼎力之功。
  • 薛丁格的女朋友為什麼不如薛丁格的貓有名?
    提到薛丁格的貓就要提到薛丁格這位物理學家,他給出了薛丁格方程,這個方程在量子力學中的地位足以和牛頓第二定律在力學中的地位相媲美。薛丁格的貓是薛丁格為了反駁波恩的統計解釋給出的一個理想實驗實驗中被困在箱子裡的貓處在活態和死態的疊加態中,只有打開箱子對貓的狀態進行測量時貓才會坍縮成死態或活態。這個薛丁格的貓問題已經困擾物理學家將近100年,至今也沒有得到解決。
  • 薛丁格的女朋友為什麼不如薛丁格的貓有名?
    進入資訊時代後,量子力學與人類的生活聯繫越來越密切,沒有學過《量子力學》課程的人也能經常聽到量子糾纏、薛丁格的貓等與量子力學相關的概念。提到薛丁格的貓就要提到薛丁格這位物理學家,他給出了薛丁格方程,這個方程在量子力學中的地位足以和牛頓第二定律在力學中的地位相媲美。
  • 薛丁格的貓是一個思想實驗,它的真正意義是什麼?
    為什麼要做這個實驗?在1955年愛因斯坦去世之後,作為愛因斯坦的嫡系大將的薛丁格憋了一個大招,就是「薛丁格貓」的思想實驗,繼續向玻爾一派宣戰。薛丁格的本意是借這個思想實驗,將量子態的不確定概念引入到宏觀世界,讓人們直觀體驗一下「概率」描述的不靠譜。其實這個思想實驗並不能證明什麼?僅僅是再次發洩了薛丁格對於量子力學「哥本哈根解釋」的不滿,但他自己也知道提不出什麼更好的解釋。
  • 每日科普|薛丁格的什麼貓?
    而薛丁格(和狄拉克分別獨立地)寫出與實驗結果吻合的波動方程,才終於一錘定音地迫使學術界接受這個「毀三觀設定」:物質粒子確實有波動性。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。
  • 薛丁格的貓又死又活了85年,從未驗證過,是實驗技術難度很大嗎?
    薛丁格當時與愛因斯坦結成統一戰線,對哥本哈根詮釋中提出的測量會導致波函數坍塌、粒子運動不確定性原理提出質疑,認為任何事物都是有內在規律可循的,量子力學的不確定性只不過是存在一些局域隱變量沒有被人們發現,揭示了這個隱變量就能夠得到確定的答案,愛因斯坦說:「上帝是不會擲骰子」的。薛丁格的貓就是為了說明這個所謂不確定性的荒謬之處,是把量子微觀世界的現象用宏觀現象來解釋。
  • 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。
  • 每日科普|薛丁格的什麼貓?
    為了反對這個匪夷所思的答案,薛丁格和愛因斯坦兩位大師通過多番討論,最終由薛丁格提出了一個簡單犀利的思想實驗——薛丁格的貓。實驗大體是這樣的:在蓋好的盒子中,有放射性粒子、毒氣裝置和貓;一定時間後,放射性粒子概率性發生衰變,而毒氣裝置能探測到這次衰變並釋放毒氣將貓毒死;除非打開盒蓋,盒子內的情形無法被外界探測。
  • 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?當談論起薛丁格的貓之時想必各位小夥伴並不陌生,這是著名科學家薛丁格提出的一個思想實驗,是用宏觀世界來描述微觀世界的不確定性。在量子理論發展的初期,著名的物理學及愛因斯坦和另一位偉大的物理學家波爾正在爭論一個話題,那就是量子力學中的不確定性原理。