「薛定谔的猫」是指什么
薛定谔的猫是奥地利著名物理学家薛定谔提出的一个思想实验,试图从宏观尺度阐述微观尺度的量子叠加原理的问题,巧妙地把微观物质在观测后是粒子还是波的存在形式和宏观的猫联系起来,以此求证观测介入时量子的存在形式。随着量子物理学的发展,薛定谔的猫还延伸出了平行宇宙等物理问题和哲学争议。
表达式:P(死)+P(生)=1【P(死)=P(生)】
提出者:薛定谔
提出时间:1935年
应用学科:量子物理学
基本概念:“薛定谔的猫”是由奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的有关猫生死叠加的著名思想实验,是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的推演。这里必须要认识量子行为的一个现象:观测。微观物质有不同的存在形式,即粒子和波。通常,微观物质以波的叠加混沌态存在;一旦观测后,它们立刻选择成为粒子。实验是这样的:在一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质。之后,有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫,同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。
薛定谔方程:埃尔温・薛定谔在20世纪20年代中期创立了现在被称为量子力学分支中的一个方程。
方程:
其实主要就是叠加态的问题,以及这个悖论的证伪【至今仍然没有被证伪】
量子力学告诉我们:除非进行观测,否则一切都不是确定的,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。【逻辑思维:客观规律不以人的意志为转移】
薛定谔的猫实验,是有前提条件的,就是符合量子力学的随机触发装置。
先简单介绍一下实验流程吧。在一个封闭的盒子里,有一只猫,和一个装满毒气的装置。装置有50%的概率开启,如果开启的话,装置内的毒气会杀死盒子里的猫。
好,现在回到这个前提条件,就是装置的随机性。这50%的概率,不是简简单单的投一枚硬币,50%几率正面,50%几率反面这么简单。假如你只是投一枚硬币的话,那么你的掷出力度、掷出角度、硬币旋转的线速度,空气阻力,硬币旋转产生的空气动力,甚至是硬币表面的分子分部、地球的地转偏向力,任何细微的数据全部集中在一起,经过庞大的计算的话,那么在硬币投掷出去的瞬间,得到的结果其实早已注定,根本没有所谓50%的随机性可言。
我们可以这样理解:投掷硬币的所有数据,都在“宇宙”的观察中,所以“宇宙”知道“装置”是否会喷射毒气,换言之,盒子里的猫是无法“量子化”的。
这个实验的核心,既不是盒子,也不是猫,而是可以产生真正的“随机”的装置。其原理就是放射性元素的半衰期不可预测性。机关由一个放射性原子所控制,其裂变则触发机关。这个装置可以捕获“宇宙”所无法观察和计算到的随机数,并根据随机数的结果,有50%的概率将毒气释放。
在这个前提条件下,在盒子封闭起来时,猫就会处于活着和死去的叠加状态。因为连“宇宙”都不知道盒子里的猫,是活着还是死亡。
如果我们不揭开密室的盖子,根据我们在日常生活中的经验,可以认定,猫或者死,或者活。这是它的两种本征态。如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫,则只能说,它处于一种活与不活的叠加态。我们只有在揭开盖子的一瞬间,才能确切地知道猫是死是活。此时,猫构成的波函数由叠加态立即收缩到某一个本征态。量子理论认为:如果没有揭开盖子,进行观察,我们永远也不知道猫是死是活,它将永远处于半死不活的叠加态,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。
再这之后,我们人类,也是宇宙的一部分。在我们开启盒子时,我们就充当了宇宙的“观察者”的角色。在我们开启盒子时,原本处于生死叠加状态的猫,就会通过我们的眼睛,被“宇宙”所观察。“观察者”存在时,原本包裹着猫的“概率云”就会坍塌。根据装置给出的结果,假如装置喷射了毒气,那么叠加状态的猫的“活猫”部分,就会随着“概率云”塌缩,我们就只能观察到死去的猫。反之,如果装置没有喷射毒气,那么“死猫”就会塌缩,我们会观察到一只活着的猫。
另外,猫为什么不是宇宙的一部分呢。
首先,猫被封闭在盒子内,盒子中的随机装置将左右它的生死。
所以,猫本身会被“概率云“包裹。也就是说,猫处于活着和死去相叠加。这个叠加无法互相观察。叠加状态的”活猫“部分,认为自己一直活着。而”死猫“部分就只知道毒气喷射,随后就成为了一具尸体。
一个“装置喷射了毒气”,和“一个装置没有喷射毒气”两种截然相反的情形,在盒子里同时出现又互不干预,当盒子内的情形暴露在“宇宙”中,才会有其中一种与随机装置给出的结果不一致的情形塌缩消失。
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