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薛定諤的貓的真正含義是什麽?

薛定諤的理想貓實驗不是為了證明什麽,而是為了表達對波恩統計解釋的不滿。

微觀世界中物質的運動不能用牛頓力學來描述。德布羅意給出物質波概念後,德拜對薛定諤說:“既然是波,怎麽會沒有波動方程呢?”沒想到幾個月後薛定諤真的給出了波動方程。這就是著名的薛定諤方程。這個方程可以很好地描述微觀世界中粒子的運動,在量子力學中的地位堪比經典力學中的牛頓第二定律。薛定諤也因為這個方程獲得了諾貝爾物理學獎。

薛定諤方程不是推導出來的,而是拼湊出來的。雖然薛定諤方程很漂亮地解決了微觀粒子的運動,但這個方程背後仍然存在困擾物理學界的基本問題。薛定諤給出了方程,但是他自己也不知道這個方程是什麽意思。後來波恩給出了統計解釋,波函數模的平方代表了在空間某個位置發現粒子的概率。波恩的解釋與實驗非常壹致,因此波恩獲得了諾貝爾物理學獎。

然而,也有壹些物理學家對波恩的解釋不滿。愛因斯坦的那句“我不相信上帝在擲骰子”就是對概率解釋的不滿。薛定諤本人對波恩的解釋不滿意。為了反駁波恩,薛定諤設計了壹個至今仍困擾物理學界的“薛定諤的貓”的理想實驗。

實驗基本是這樣的。把壹只貓放進壹個密閉不透光的盒子裏,盒子裏還裝有壹個放射性原子、壹個粒子探測裝置、壹瓶劇毒物質和壹把錘子。如果放射性物質衰變,粒子探測器可以接收到衰變發出的粒子,然後發出信號,讓錘子打碎裝有劇毒物質的瓶子,這樣貓就死了。粒子不衰變,貓就活了。也就是說,貓的狀態是由粒子是否衰變決定的。貓有兩種狀態,活著的狀態和死了的狀態。根據量子力學中的態疊加原理,在物理學家測量壹只貓的狀態之前,這只貓處於壹種活態和死態的疊加狀態。只有開箱測量,貓才會坍縮到壹個本征態,只能測量活態和死態中的壹個。這是違背常識的。薛定諤用貓實驗把微觀和宏觀聯系起來,把量子行為擴展到宏觀世界。

隨著討論的深入,有人用多元宇宙解釋薛定諤的貓,也有人把薛定諤的貓比作談戀愛時的猶豫。薛定諤的貓也獲得了更大的市場。然而,人們不斷嘗試在薛定諤的貓身上做實驗,卻看不到如何探測是否存在多重宇宙。量子力學的隨機性不是決定論,這也是為什麽人只有活著才能享受鬥爭和奮鬥的驚喜。

薛定諤的貓是奧地利物理學家埃爾溫·薛定諤在1935年提出的壹個思想實驗。薛定諤通過這個思想實驗,指出了量子力學哥本哈根解釋所帶來的問題,以及這個問題與物理常識的矛盾。

薛定諤自己這樣描述薛定諤的貓實驗:

在壹個密閉的鐵容器裏養壹只貓,安裝以下儀器(註意這個儀器壹定不能被容器裏的貓直接幹擾):把極少量的放射性物質內置到壹個蓋革計數器裏,這種放射性物質在壹個小時內至少有壹個原子衰變的概率是50%,不衰變的概率也是50%;如果衰變事件發生,蓋革計數管將放電,通過繼電器啟動壹個錘子,將裝有氰化氫的燒瓶打碎。壹小時後,如果沒有腐爛事件,貓仍然活著;否則衰變,觸發機制,氰化氫揮發,導致貓立即死亡。用來描述整個事件的波函數,其實表達的是活貓和死貓壹起半修正的狀態。

薛定諤的貓是壹個非常著名的物理思想實驗。其意義也是非常重大的。要知道,在量子力學的發展史上,很多物理學家都很難接受和適應量子力學的陌生。微觀粒子的位置和動量不能同時精確測量,粒子可以同時處於不同的狀態。相距甚遠的兩個粒子之間的量子糾纏可以瞬間傳播。面對這些違反直覺的結論,當時的物理學家普遍采取了“務實”的態度。也就是說,壹切都以實驗數據為基礎,把量子現象當成只能出現在微觀世界的已有結論,強行接受,回避甚至拒絕思考量子物理背後的物質本質和理論基礎。

薛定諤的貓出現後,量子力學中怪異的疊加態意外地從微觀世界跑到宏觀世界,讓貓處於生死疊加狀態!這就是這個思想實驗的意義所在:它把物理學家逼入死角,迫使他們思考和改進量子理論中存在的問題。

我相信很多人對薛定諤的貓的理論認識來自美劇《生活大爆炸》。在這部劇裏,佩妮向謝爾頓咨詢她是否想和倫納德交往,謝爾頓在回答她的問題時引用了這個理論。但是佩妮顯然看起來很困惑。

這個理論是壹個關於理想狀態下的量子理論的實驗。科學家薛定諤把壹只貓放在壹個不透明不透氣的盒子裏,盒子裏有壹個理想的裝置,由壹個充滿有毒氣體的玻璃瓶和壹個放射性原子核組成。壹個小時內,有50%的幾率原子核會衰變。壹旦腐爛,毒氣瓶就會被打開,貓就會死去。但是如果妳不打開盒子,妳就不知道貓是死是活。所以在打開盒子之前,貓可能是死的,也可能是活的。

我想引用謝爾頓的這個理論。我想是告訴佩妮,如果妳不努力和萊納德在壹起,妳就不知道他們是否合適。

但是這個理論的真正意義是什麽呢?我們應該從薛定諤和量子力學開始。

E.薛定諤(1887-1961)是奧地利著名物理學家,量子力學的創始人之壹。他在1933獲得諾貝爾物理學獎,薛定諤的貓在1938。多年來,許多物理學家絞盡腦汁試圖解決這個悖論。直到最近,經過壹系列巧妙的實驗,這個問題才逐漸浮出水面。2000年7月,《自然》雜誌報道了最新的實驗結果。

量子力學是關於電子、原子等微觀粒子的理論,其揭示的微觀規律與日常生活中看到的宏觀世界有很大不同。原子的大小是10的-15次方米,原子核的大小是10的-18次方米。我們通常能看到的壹切,即使是最小(最短)的東西,也不包含成千上萬。而是數以億計的原子或分子。

薛定諤的貓是描述量子力學“疊加態”的假設。

疊加態意味著壹個粒子可能同時處於兩種不同的狀態。在宏觀世界裏,這是不可能的。例如,壹個人不能同時在家和在外面。但是在量子世界裏,壹個電子可能在這個電子雲的任何地方。就像,壹個人在家哪裏是不確定的。妳看他的時候,他可能在任何地方——客廳、廚房、餐廳、臥室或者書房;在妳看到他之前,他無處不在。

這個定律顯然很難理解,有些科學家甚至拒絕承認某些定律的真實性,比如著名科學家愛因斯坦。所以薛定諤的虛擬實驗更像是“壹只同時處於生死狀態的貓”的比喻來解釋這種疊加態。它是對壹種現象的描述,而不是壹種理論或原則。

這個理論聽起來有點像中國的詭辯。但這是壹個宏表達式。量子力學講的是微觀世界的物理,原理可能和我們熟悉的完全不壹樣。

需要註意的是,在這個實驗中,當盒子關閉時,我可以認為它沒有被觀察到。開箱這個動作,從宏觀角度來看可能只是壹個“瞥”的動作,什麽都不會改變。從微觀的角度來說,就是去衡量它,相當於從外部幹預了它的狀態,它的狀態被改變了。

從這個理論中我們可以看出,任何事物的狀態都是不確定的,除非去觀察。這就是為什麽謝爾頓告訴佩妮這個理論。愛因斯坦認為,量子力學只是對原子和亞原子粒子行為的合理描述。這是壹種現象學的理論,本身並不是終極真理。

薛定諤的貓是解釋量子力學疊加態的比喻。

量子力學是描述微觀世界的定律。微觀世界出奇的小。原子的大小是10的-15次方米,原子核的大小是10的-18次方米。我們通常能看到的壹切,即使是最小(最短)的東西,也不包含成千上萬。而是數以億計的原子或分子。

疊加態意味著壹個粒子可能同時處於兩種不同的狀態。在我們的宏觀世界裏顯然是不可能的。比如壹個彈珠,很明顯不是在坑裏就是在坑外。不是這裏就是那裏。不可能同時在這裏和那裏。但在量子世界中,壹個電子在原子核周圍的位置就是壹朵雲,它可能在這個電子雲的任何地方。

當然,當妳觀察這個電子的時候,顯然壹次只能有壹個觀察結果。這並不意味著它以前只有這個位置。因為這個時候的觀察,必須要用探針打他,比如光子。這個光子也帶有壹定的能量,所以我們在觀察它的時候其實已經改變了它的性質。

這個規則顯然很難理解。所以當科學家第壹次發現量子世界的時候,他們也對它的規律感到困惑。有些科學家甚至拒絕承認某些定律的真實性,比如著名科學家普朗克和愛因斯坦。所以薛定諤發明了“壹只貓同時處於生死狀態”的比喻來解釋這種疊加態。好吧,當盒子關閉時,意味著我們還沒有觀察到它,處於不受幹擾的狀態。這就是他既是活著又是死了(註意是不可能活著也不可能死了)。開箱這個動作,也就是測量,相當於從外部介入了他的狀態,他的狀態被改變了,從而坍縮到壹個狀態,要麽活著,要麽死了。

科學對我們這個世界的影響很大,但我覺得和對待生活的態度沒有那麽直接的關系。每個人都在使用科技的產物,但仍然有很多人拒絕承認科學規律的真實性,也有很多人拒絕承認科學對世界觀、宇宙觀、人生觀的價值。尤其是科學的規律,只是默默的存在和運作,並不直接擾亂我們個人對生命意義的看法。科學家並不意味著他們都有壹種觀點或相同的生活方式。世界是豐富多彩的,對世界和人生有各種各樣的看法。多了解科學,有助於我們深入了解世界的本質,對人生當然是有幫助的。但是這個世界是非常復雜多樣的,學科學不是唯壹的途徑,學科學也不是人生的唯壹內容。人生的意義是什麽?主要是每個人都有自己的看法,科學也沒有對此做任何規定。

這就是我對這句話的全部理解和支持。

薛定諤的貓最早是由薛定諤提出的。這是壹個實驗。過程如下:壹只貓被放在壹個封閉不透光的盒子裏。盒子裏有壹瓶有毒氣體。有毒氣體上有壹個錘子。被什麽東西固定住了,需要粒子加速才能松開。如果這個東西感受不到粒子的加速度,就不會松動。如果妳感覺到了,就會反過來。而且盒子裏正好有粒子加速器,可能會發射出粒子,貓就會死。如果沒有,貓會活下來。

薛定諤的意思是,不看盒子,不知道貓是死是活。所以這只貓死了又活了,聽起來很可笑,但卻是事實。所以量子糾纏很可笑。這時,哥本哈根提出了平行宇宙。他說:“在這種情況下,會有兩個宇宙。壹只宇宙貓活著,另壹只宇宙貓死了。而我們所做的結果會分裂成許多宇宙,導致不同的結果,而這些宇宙會因為事物而增加。這就是平行宇宙。”

現實中舉個宏觀的例子,妳就知道薛定諤的貓有多不可思議了!

妳呆在家裏客廳,臥室有電腦。妳知道那臺電腦壹定在那裏,因為妳以前壹直在用它!

但根據量子論的解釋,妳的電腦比那裏更有可能,也可能不在那裏(比如在月球上),概率是50/50。妳可能會問:當它還在的時候,它怎麽會不在了呢?

量子力學的答案是:不看(不壹定用眼睛,包括監視和觀察)怎麽知道桌子在哪裏?

而當妳真的看著電腦確認它真的存在時,電腦就從“有與無”的疊加狀態坍縮,也就是坍縮到“有”的狀態!

當然,以上只是宏觀世界的形象例子,更能讓我們理解量子論的奧秘!

薛定諤的貓在講壹個類似的思想實驗。在這個實驗中,貓的存在狀態是既死又活,但不是死也不是活,而是“死與活”的疊加。但是當妳觀察貓是死是活的時候,妳的觀察行為讓結果崩成了死是活!

這說明了量子世界中的奇異現象、不確定性和疊加態,微觀世界中粒子可以同時出現在兩個地方。當然,這種奇怪的現象只出現在微觀世界,所以這並不意味著我們的生活沒有意義!

實際上,薛定諤貓假說的真正意義在於,用我們都可以接受卻無法理解的現實現象來解釋我們無法理解和理解的量子科學。

好吧,通俗地說,這只是為了讓我們這些無知的智障(相對於薛定諤這樣的高能玩家)明白薛定諤在玩什麽而編造的通俗比喻。

比如妳農村的爺爺不知道什麽是電腦,但是他知道算盤。妳告訴妳爺爺,壹臺電腦相當於很多算盤,但不是人撥的,是電做的,讓妳爺爺明白。

這就是薛定諤的貓的意義,讓完全不懂量子科學的人也能大致知道量子科學的意義,僅此而已。根本解釋不了量子的疊加態。用愛因斯坦的熔爐理論解釋相對論(愛因斯坦說我沒說),華用木桶理論解釋統計學,霍金用黑洞解釋時間簡史,牛頓用蘋果解釋萬有引力。

我們沒辦法。我們不理解真正的理論。我們能做什麽?只能舉壹個我們認為可以理解的例子,否則我們這些低等人類根本無法理解高端物理學家在玩什麽。

最後我強調壹下,薛定諤的貓沒有任何物理意義。只不過是為了讓我們這些原始人知道自己工作的意義而舉的壹個簡單的物理偉大力量的實際例子,僅此而已!

小百科觀點!

不知道大家有沒有看過壹部極其燒腦的電影《彗星之夜》,這部電影完美的詮釋了薛定諤的貓理論。

薛定諤的貓是奧地利著名物理學家薛定諤提出的壹個思想實驗。它試圖從宏觀尺度來解釋微觀尺度上的量子疊加原理,巧妙地將粒子或波在觀測後的存在形式與宏觀貓聯系起來,從而驗證涉及觀測時量子的存在形式。隨著量子物理的發展,薛定諤的貓也延伸出了平行宇宙等物理問題和哲學爭議。

薛定諤做了壹個簡單的實驗。把壹只貓放在壹個封閉無窗的盒子裏,盒子裏有壹些放射性物質。壹旦放射性物質衰變,壹個裝置會讓錘子砸碎毒瓶,毒死貓。相反,貓可以在腐爛發生前存活下來。薛定諤設計這個可怕的實驗是為了諷刺量子理論荒謬的壹面。根據量子論支持者的解釋,在打開盒子看到貓之前,貓要麽是活著的,要麽是死了的,只是處於壹種典型的量子狀態,也就是活著不活著的詭異狀態。

讓我們回到彗星之夜。這是壹部極簡懸疑電影。每壹個轉彎都是基於薛定諤貓的物理理論。這是壹部真正的恐怖電影,還是壹部心理恐怖電影。雖然包含暴力成分,但真正令人不安的源頭是它的哲學觀。這種觀點的關鍵在於,人物知道自己處於平行空間,卻無法理性判斷自己身份的可靠性以及相關人物是否有關聯。影片中間多次涉及到用薛定諤的貓來驗證是否是平行時空的可能性。

對薛定諤的貓理論感興趣的朋友強烈推薦妳去讀《彗星之夜》。建議看電影前先了解薛定諤的貓的理論含義。

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存在就是人獲得的傳感信息,就是那句名言“妳不看月亮,月亮真的不存在”。關於存在,這個概念是不斷進化發展的。最早的存在壹定是所有動物都感知到的。那麽人就有了“概念”的思維能力,存在的概念就變成了“* * *知識信息”,既包括歸納的知識信息,也包括抽象的知識信息,即當時那壹群人所認知的信息就會被視為存在。比如,在宗教時代,上帝會被視為存在,在哲學時代,“物質”會被視為真實存在;從科學時代早期開始,科學概念就被視為真實存在。但是隨著科學的發展和量子論的出現,這種存在的定義發生了沖突:

存在應該是除了抽象信息之外的歸納信息的集體認同。也就是存在,壹個是歸納信息,壹個是群體識別,缺壹不可。

我認為,盡管有這個總結,它可能與人擇原理有關。

薛定諤的貓是壹個思想實驗:壹只貓被密封在壹個密室裏,裏面有食物和毒藥。毒藥瓶上有壹把錘子。錘子由電子開關控制,電子開關由放射性原子控制。如果原子核衰變,會釋放出α粒子,觸發電子開關,錘子會掉下來,毒瓶會被砸碎,裏面的氰化物氣體會釋放出來,貓就會死。原子核的衰變是壹個隨機事件,物理學家能準確知道的只有半衰期——半衰變所需的時間。如果壹種放射性元素的半衰期是壹天,那麽晚壹天,這種元素就會少壹半,另壹天,剩下的壹半就會少壹半。物理學家無法知道它何時衰變,早上還是下午。當然,物理學家知道它在早上或下午衰變的概率——也就是壹只貓在早上或下午死亡的概率。如果不打開密室的蓋子,根據我們在日常生活中的經驗,可以斷定這只貓不是死了就是活了。這是它的兩個本征態。

如果用薛定諤方程來描述薛定諤貓,只能說它處於壹種生與死的疊加狀態。只有揭開蓋子,我們才能確切地知道貓是死是活。此時,由貓組成的波函數立即從疊加態收縮到某個本征態。量子理論認為,不打開蓋子觀察,永遠不知道貓是死是活,永遠處於半死不活的疊加狀態,但這就使得微觀測不準原理變成了宏觀測不準原理,客觀規律不以人的意誌為轉移,貓的生死違背了邏輯思維。

首先需要明確的是,薛定諤的貓是壹個思想實驗,通過建立壹個宏觀的東西來表達微觀屬性。