為什麼沒人做「薛丁格的貓」這個實驗,是有技術難度嗎?

2021-01-15 未知的科學界

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。

薛丁格並沒有打算做這個實驗,他甚至不認為這個實驗能夠成功,因為他闡述的是一個悖論,用了當時科學家們最拿手的思想實驗的方式。在薛丁格的貓身上,有強烈的不滿,我們甚至能感覺到些許諷刺。

(薛丁格的貓)

量子力學流派的對撞

埃爾溫·薛丁格是一個偉大的物理學家、概率量子力學——波動力學的創始人,是現代量子力學的主要奠基人之一。薛丁格因他的薛丁格方程獲得諾貝爾物理學獎。

薛丁格是一個實在論者,他提出過兩條基本原則:一是自然的可理解性原則,二是客觀化原則。薛丁格在他的科學研究中也始終堅持這兩條原則。正因為如此,它造成了薛丁格與玻爾為首的量子力學哥本哈根學派之間的激烈碰撞。

(哥本哈根學派:玻爾、海森堡與泡利)

我們先來簡單介紹一下哥本哈根學派,它是玻爾、海森堡和波恩為首在哥本哈根所創立的學派,代表人物還有大名鼎鼎的泡利、狄拉克等科學家。他們是量子力學理論最後的贏家,因此哥本哈根學派的量子力學觀點後來被冠以「正統解釋」的帽子(據說是因為反對者都先死了)。但是在一開始,波爾和海森堡的「不確定性原理」還是引發了一大波反對聲的。

其中最激烈的兩個反對者就是薛丁格和愛因斯坦。薛丁格拎出了貓,而愛因斯坦更是搬出了「上帝」。

(愛因斯坦與薛丁格)

提到薛丁格,就不能不提著名的薛丁格方程,儘管這世上沒幾個人能看懂,我還是覺得將這幾個高大上的方程式貼出來是件很有面子的事情:

(薛丁格方程組)

1926年,薛丁格通過二階線性偏微分方程組確立了量子波動力學,也一舉奠定了自己在量子力學中領導者之一的地位。

薛丁格與玻爾的「對決」

同年9月,玻爾邀請薛丁格去哥本哈根講學,這本來是件愉快的事,但薛丁格卻並不快樂,他從下了火車就開始跟玻爾「吵架」,一直吵到玻爾家裡,住在玻爾的家裡他倆天天吵,每天從早上起床就開始吵,一直吵到深夜。

本來是去做客的,這兩個科學家為啥吵起來了呢?為了學術。前面說了薛丁格創立了量子波動力學,他堅定地認為量子力學具有波函數的性質,它應該是連續的。但玻爾卻認為量子存在非連續性的躍遷,並且由於「隱變量」的關係,這種躍遷是不可測量的,在你測量它之前永遠不知道到底是個什麼狀態,而一旦你開始測量,它就崩潰了。這一點顯然是在挑戰波函數的連續性,對於持經典力學觀點的薛丁格無論如何也難以接受的。

(玻爾和他的妻子)

就這樣吵了幾天之後,薛丁格病倒在玻爾家裡,玻爾的妻子一邊給他端水遞藥,玻爾還在一旁不停地解釋,試圖說服薛丁格。你說他這是去講學呢,還是去洗腦?

當薛丁格回到家後,也許是出於對玻爾老婆照顧的感激,他不再激烈反對「不確定性原理」,但對於哥本哈根派的隱變量解釋卻始終持批判態度。薛丁格與愛因斯坦聯合起來共同對抗玻爾和海森堡的哥本哈根學派,直到炮製出「薛丁格的貓」。

(被玻爾「聊倒」的薛丁格)

「薛丁格的貓」實驗中,假設了兩個要素:一是由核衰變釋放粒子控制的電子開關和毒藥,另一個是不知死活的貓。薛丁格希望利用這個思想實驗中的不確定條件暗諷哥本哈根學派「隱變量」的不確定性,從而指出這是一個悖論。因為實驗中的貓除了「死」與「活」兩種狀態外,還有一個「不死不活」的狀態,因為你永遠不能確定它的死活。而量子現象恰恰會處於某種混沌的狀態,你不能預測它,這讓薛丁格這樣的科學家很惱火。

(薛丁格和他的貓)

愛因斯坦也一樣,那個「上帝不會擲色子」就是愛因斯坦面對量子現象不確定性問題時的錯愕與憤怒。他聽懂了量子理論,但不能接受這種解釋。愛因斯坦喜歡薛丁格方程及波函數的確定性,他至死都不認可還有「不死也不活狀態」的貓。

思想實驗

最後說一說思想實驗。與今天的物理學家們嚴重依賴價值數百億美元的強子對撞機不同,十九、二十世紀的科學家們大量採用的是思想實驗,他們在頭腦中構築起思想機器、用精密的邏輯和思維來驅動微觀粒子、用美妙的數學來計算、用簡潔優美的公式來告訴人們結論。當愛因斯坦還是瑞士伯爾尼專利局的小職員時,他根本沒有條件去測量天體,但他卻通過思想實驗創立狹義相對論與廣義相對論。同樣的,薛丁格也用他精確的方程組創立了量子力學的半壁江山。

(那個時代的科學巨匠們)

對於科學,科學家們一直在不停地探索,而我們這些吃瓜群眾要做的,不僅是認可他們的工作,還應該學會以科學的態度去看待科學。即便是質疑,你也應提出自己的觀點,將它拿出來討論,就像薛丁格做的那樣。

質疑決不是沒頭沒腦地來一句:「你這是胡扯!」然後拍屁股走人。

當然,你需要有知識。

相關焦點

  • 網友問:為什麼沒人做「薛丁格的貓」實驗,是因為有技術難度嗎?
    為了回答網友的這個問題,我決定親身做一下「薛丁格的貓」這個實驗,等我片刻。123好了我已經做完N遍薛丁格的貓實驗了,並沒有技術難度。「薛丁格的貓」是物理學界的四大神獸之一,這是一個思維實驗,當初薛丁格就沒有打算抓一隻貓來實驗,而是在大腦中想想就好了。這個思維實驗過程如下:在一個密閉盒子中有這樣幾個物品,一隻貓、一瓶密封毒藥、一個錘子、一個電子開關、還有一個放射性元素(可衰變)。
  • 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
  • 為什麼少有人做「薛丁格的貓」這個實驗,是有技術難度嗎?專家給出...
    「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。 薛丁格並沒有打算做這個實驗,他甚至不認為這個實驗能夠成功,因為他闡述的是一個悖論,用了當時科學家們最拿手的思想實驗的方式。在薛丁格的貓身上,有強烈的不滿,我們甚至能感覺到些許諷刺。
  • 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。
  • 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。薛丁格的貓是奧地利物理學家薛丁格,在1935年提出的量子力學思想實驗,實驗內容:一個封閉盒子內有一隻貓,以及少量放射性物質,一段時間後,有50%的概率放射性物質會發生衰變,然後通過巧妙的物理裝置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,從而貓活了下來。那麼問題在於,我們在沒有打開箱子前,貓是死的還是活的?
  • 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
  • 為什麼不抓一隻貓去做薛丁格的貓實驗?
    當對這個粒子進行測量時,粒子會坍縮到它的本徵態,所以測量的時候只會測量到粒子處在一個位置,自旋只能有一個方向。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。
  • 為什麼不抓一隻貓去做薛丁格的貓實驗?
    當對這個粒子進行測量時,粒子會坍縮到它的本徵態,所以測量的時候只會測量到粒子處在一個位置,自旋只能有一個方向。,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。
  • 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。
  • 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。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。
  • 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。
  • 薛丁格貓死了嗎?
    在問這個問題之前,我們先來聽一聽貓的觀點。這個貓有意見了,說:「為什麼受傷的總是我呀?你能不能找一些別的動物來做這個實驗?你不要找我來做這個實驗,好不好?」其實我們找貓來做這個實驗是有一定的必然性的,有內因也有外因。
  • 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)。
  • 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。
  • 薛丁格的貓——既死又活的貓
    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?
  • 薛丁格提出「薛丁格的貓」,竟是為了推翻量子力學?
    薛丁格是量子力學的奠基人之一,1926年,他提出了波函數和薛丁格方程,構建了量子力學的一種數學形式——波動力學,奠定了近代量子力學的基礎。但是,他在1935年卻提出一個怪異的思想實驗——薛丁格的貓,這個實驗構建了一隻看上去處於「死」和「活」的疊加態的貓,讓人們感覺量子力學十分荒謬。一隻既死了又活著的貓,這還不夠荒謬嗎?
  • 薛丁格的貓與愛因斯坦之間的故事,你知道嗎?
    甚至他自己表示自己很後悔,萬萬沒想到為量子力學做了這麼多的貢獻。,這個人就是愛因斯坦。量子力學認為微觀物體具有不確定性,是有和沒有兩種狀態的疊加。就好像有人問你,你愛我嗎?你回答說我愛你但是我又不愛你,他肯定想給你一jio。愛因斯坦也這樣想,這是在耍我嗎?實際上這是宏觀認識和微觀認識的區別。量子力學很多觀點都違反了宏觀上的常識,看起來是謬論,但在微觀世界確是真理。
  • 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。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」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。但是當麥可遜-莫雷飾演結束後得出的結論讓大家大吃一驚,沒有證明以太的存在恰恰相反卻證明以太不存在,這讓很多經典物理學家坐不住了,因此針對這個問題給出很多的解釋,大多數都認為實驗本身出了問題。但有一位卻不是這樣想,他就是26歲的愛因斯坦,1905年愛因斯坦以光速不變、以太不存在為前提提出了狹義相對論,十年後1916年把引力加入到自己的理論體系,提出了廣義相對論。