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我们都知道 , 薛定谔的猫是由物理学家薛定谔提出的一个著名思想实验 , 实验本身描述了一只正常的猫竟然能变成一只“既死又活”的猫!
注意 , 这里的“既死又活”指的是“死与活”的叠加态 , 而不是“死或者活”!
简单来说下这个思想实验的过程 。
将一只猫放进一个有量子系统机关的毒气瓶的箱子里 , 箱子是密闭的 。 毒气瓶的开关由一个24小时半衰期的放射性原子控制 。
【深层解读“薛定谔的猫”,一个思想实验有什么实际意义呢?】24小时内 , 如果原子衰变了 , 放出α粒子就会触动开关 , 毒气瓶将被一个铁锤砸碎 , 那么猫必死无疑;而如果原子没有衰变 , 毒气瓶完好如初 , 猫也就不会死去 。
由于原子具体何时衰变我们无法确定 , 那么盒子里的猫有可能还活着 , 也可能已经死了 , 但只有我们打开盒子才能确定猫的生死 。
这就引起一个谜题:到底量子叠加是在什么时候终止 , 并且坍缩成两种可能状态中的一种状态?
通过这个思想实验 , 薛定谔指出了量子力学的哥本哈根诠释宏观物体产生的问题 , 以及问题本身与物理常识之间的矛盾 。 思想
实验里 , 由于先前发生事件的随机性质 , 猫会处于生存与死亡的叠加态 。
根据退相干理论 , 猫不可能永远处于生存与死亡的叠加态 , 由于环境的影响 , 很快地会产生退相干效应 , 进而处于生存或死亡的经典统计学状态 , 因此
, 绝对无法观察到这生存与死亡的叠加态 。
同时 , 这个思想实验还表明 , 好比量子力学对“量子”
不可测的描述一样 , 当我们没有观察时 , 量子处于一种矛盾的“叠加态” , 而当我进行观察时 , 量子从“叠加态”坍缩为唯一确定的经典态(本征态) 。
为什么要做这个思想实验呢?
薛定谔提出过伟大的薛定谔方程 , 这个方程诠释了氢原子结构 , 但面对如此伟大的方程 , 薛定谔却不能诠释方程中波函数的物理意义 。
而任何一个公式如果不具备物理意义 , 就不是一个完整的理论 。 后来德国物理学家波恩对薛定谔方程做出了一个容易理解的诠释:
波函数描述的是一种概率波 , 只能计算在某个位置找到某个粒子的概率 , 观察测量只能预测某一结果的概率 , 却不能预测一定会得到什么结果 。
波恩也凭借这种概率诠释获得了诺贝尔奖 。
薛定谔本应感谢波恩 , 不过当年的波恩属于波尔为首的“哥本哈根派” , 支持概率论 。 而薛定谔支持的是爱因斯坦的“实在决定论” , 两者看起来“水火不容” 。 这让薛定谔有些不满 。 而爱因斯坦与波尔的三次辩论中都败下阵来!
爱因斯坦去世之后 , 薛定谔继承了爱因斯坦的思想 , 提出了著名的“薛定谔的猫”这个思想实验 , 继续向哥本哈根派领袖波尔挑战!
说白了 , 薛定谔只是想借助这个思想实验 , 让人在宏观世界中直观地感受下哥本哈根派的“概率论”有多么荒唐!思想实验本身并不能说明什么 , 仅仅是薛定谔的一种愤怒的表达 , 或者说是一种嘲讽 。
最终的问题仍旧是:世界到底是由什么来支配的?实在决定论还是概率论!
虽然这只是个思想实验 , 但类似原理已被研究与运用在实际应用领域 。
简单了解下何为“哥本哈根解释” , 为什么让爱因斯坦薛定谔等人如此难以接受?
玻恩的波函数概率解释:上面已经简单说了 。
海森堡的不确定原理:有一些成对物理量 , 它们不可能同时被精准测定 , 一个越确定另一个必定越不确定 , 此消彼长 。
波尔的互补原理:一些物理对象存在看似矛盾的多重属性 , 原则上不可能用同一种方法同时看见其多种属性 , 只能用不同的方法观察到它们不同的属性 。
波尔的对应原理:量子的各种规则虽然适用于微观尺度 , 但从规则中得出的结论不能违反宏观上的观察结果 , 而且宏观尺度上还是遵循经典物理学规则 。 也就是说 , 在大量子数极限的情况下 , 量子体系的运动趋向经典力学体系 , 量子物理定律和方程可以转化为经典物理定律及方程 。
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