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薛定谔的猫是什么意思

薛定谔的猫是什么意思

2023-09-02 11:30 361浏览

所谓薛定谔的猫,指的是如果意见是你不去做,可能会有两个结果,可以是这个结果也可能是另外个结果,但是你付出行动之后,结果就只有一个了,你的行为也干预了整个结果。

薛定谔的猫是什么意思

薛定谔的猫(Schrödinger's Cat),是奥地利物理学家薛定谔(Schrodinger)提出的一个思想实验。实验将一只猫与装有毒气的瓶子关在一起,同时在盒子内设置一个由放射性物质控制的机关,机关连接着一个锤子,当机关被触发时锤子会打碎装有毒气的瓶子。放射性物质有几率发生衰变,如果放射性物质发生衰变,会触发机关打碎瓶子,放出毒气,猫会死;如果放射性物质不发生衰变,猫就存活。这个实验的核心在于:外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果;按照量子力学的解释,在没有打开盒子之前,不能说猫是死的也不能说猫是活的,猫的死活一直保持在这种不确定的状态下,即:猫既生又死,处于一种生与死的叠加态,但在宏观经验上,猫的死活是一个确定的状态,不存在既生又死的猫,这是一个悖论。

20世纪初,量子力学对微观现象的解释逻辑已经能够自洽,但量子力学的前提即关于不确定性和测量作用的假设,仍引起了当时许多物理学家包括爱因斯坦(Einstein)与薛定谔的质疑,薛定谔在与爱因斯坦的通信中,提出了这个思想性实验,以“薛定谔猫”的悖论性质疑哥本哈根学派的量子力学解释,由此而掀起一场载入史册的科学争论,使得的针对量子理论的各种争论开始出现,不少量子力学效应如量子隧穿、量子纠缠等在宏观尺度的推广也会导致类似薛定谔猫的悖论,通过这些争论,哥本哈根学派的量子力学的理论解释越来越完善,开始被广为接受。

起源与提出历史

学者们希望量子力学具有宏观与微观的普适性。1925到1935年间,以薛定谔和爱因斯坦为代表的传统经典观点一直与以玻尔(Bohr)、海森堡(Heisenberg)和玻恩(Born)为代表的哥本哈根学派(CopenhagenSchool)进行论战。

1927年,海森堡提出测不准原理,认为宏观的基本概念如质量、位置和速度放到微观中时无法被测量,当用宏观仪器去测量时会干扰微观粒子的行为,测得的数据是微观粒子被干扰后的结果,无法准确掌握微观粒子的本来面目。

1928年,玻尔提出互补原理,认为原子现象不能用经典力学所要求的完备性来描述,构成完备的经典描述的物理特性是互补的,不会在同一次测量中出现,但在描述和解释微观现象时具有并协性,缺一不可。

1935年,爱因斯坦(Einstein)与波多尔斯基、罗森发表一篇论文,对量子力学的完备性进行了质疑并设计了EPR思想实验,EPR思想实验将两个微观粒子相互作用后分开,通过测量其中一个粒子就可以不直接测量而通过推算得到另一个微观粒子的物理状态;波尔作出回应,EPR思想实验的整个微观粒子和测量仪器构成了一个整体,测量单个粒子的时候就已经对该粒子施加了干扰,由此而推算出的另一个粒子的物理状态也并不正确。同年,为了质疑量子力学的完备性,薛定谔在与爱因斯坦的通信讨论中提出了薛定谔的猫这个思想实验,提出了“薛定谔的猫”思想实验,实验中,猫的死活是客观存在的,却由观测者的观测行为决定,形成了一个悖论。

实验原理

放射性物质会发生衰变,但对于某一具体时刻来说,原子发生衰变与否是概率性的。原子衰变与否决定猫的生死,客观上,盒子里必将出现生或死两个结果之一,外部观测者只有打开盒子才能知道盒子里的结果。

实验内容

将一只小猫和一瓶有毒气体(比如氰化氢)放在一个密闭的盒子中,无法透过盒子观测到盒子内的情况的。盒子中放置一台盖革计数器,其中放入极少量的放射性物质,由于放射性原子数量极少,在一定时间(比如1小时)内,每一个原子衰变与否的概率均为50%。放射性原子控制盖革计数器,盖革计数器控制其所在电路构成的电子开关,电子开关控制控制悬挂在装有有毒气体气体的瓶子上方的锤子。如果原子发生衰变放出粒子,盖革计数器计数,盖革管放电,电路导通,继电器启动锤子,锤子下落打破毒气瓶,有毒气体气体释放出来,小猫将被毒死。如果原子没有发生衰变,小猫存活。

实验推论

要知道猫的死活,就需要打开盒子查看,按量子力学理论,在未打开盒子之前,猫的死活无法确定,处在死与活的叠加态上,而打开盒子就相当于进行了一次测量,打开盒子使得猫的死活得以确定,即测量改变了猫的状态,但实际上,猫的生死是客观存在的,并不是由外界观测者是否观测而决定的结果,这就形成了一个悖论。

与之相似的祖母悖论

爱因斯坦曾经提到过另外一个说法,也就是祖母悖论。如果时光倒流,某人将自己的祖母给打死了,后面这个人就不会存在了,他可能进入了另外一个宇宙,也就是所谓的平行宇宙,然后会发展出无穷无尽的宇宙吗?其实这个说法是不正确的,只有倒流回去之后对宇宙做出了某些改变,宇宙才会发生相对于的变化,如果不倒流回去,宇宙就像薛定谔的猫,并不一定处于什么状态。

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