薛定谔的猫是什么意思

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薛定谔的猫是什么意思?

猫在日常生活中特别常见,如宠物猫、叮当猫、加菲猫等,甚至是炒到了2千块钱的星巴克猫抓杯,然而今天我们要说的这一只猫在科学界影响非常大,不过却是一个不真实存在的“猫”——薛定谔的猫。

对于大多人来说,关于量子力学根本说不出什么所以然,但这只猫却与深奥的量子力学联系在了一起,为什么一只猫居然能如此轻描淡写般的示意这样的一个深奥理论呢?

其实薛定谔指的是埃尔温·薛定谔(1887~1961),奥地利物理学家,发展了分子生物学,在量子理论方面贡献很大,是量子力学的奠基人之一。

在物理学方面,他的薛定谔方程贯穿了整个量子力学课程学习,并在1933年被授予了诺贝尔物理学,但他最著名的却不是薛定谔方程,而是“薛定谔的猫”,被广泛应用于形象描述宏观尺度与微观尺度的量子叠加原理。

薛定谔的猫是什么意思

「薛定谔的猫」是怎么来的呢?

其实这只是薛定谔为了反对哥本哈根学派关于波函数的观点而提出的。当初以玻尔为首的哥本哈根学派提出了观测对微观粒子的影响。

如著名的电子双缝实验,他们在测量之前电子的自旋是不确定的,是测量使得电子的态矢量发生坍塌,同时产生出另一个方向电子的自旋。

简单来说,哥本哈根学派的观点就是任何系统都不具有确定性,没有确定的状态,只能用概率来度量他们的行为,而测量行为会影响系统并使概率变为1,这种情况被他们称为波函数塌缩。

这个观点也是我们现在大部分物理教科书上的观点,在我们观察某个东西之前,它处于每种可能的叠加态,而我们观察到的情况就是由于波函数塌缩,概率变成了1所导致的。

但是这种波函数塌缩解释是薛定谔,爱因斯坦无法接受的,认为哥本哈根学派违反了狭义相对论,他们认为在电子双缝实验中,电子在产生的那一刻就已经有了确定的自旋方向,只是量子力学无法表达出来而已,即量子力学是不完备的。

于是薛定谔和玻尔等人展开了激烈的争论,并在1935年提出了“薛定谔的猫”这个思想实验以此来反对哥本哈根学派的观点。

头脑风暴——「薛定谔的猫」

这是由薛定谔提出的一项思想实验,是指将一只猫关在一个装有少量镭和氰化物的密闭容器里,其中镭有可能会发生衰变,也有可能不发生衰变,这两个事件发生的概率相等。

如果镭发生衰变的话,就会触发机关打碎装有氰化物的瓶子,猫就会死亡;如果镭不发生衰变的话,那么猫就能活下来。

哥本哈根学派的观点:

如果把猫作为量子力学的研究对象,它被装进密闭容器内的状态应就可以被波函数描写,也就是说一直到容器被打开之前,猫的状态都是未知的,所以这只猫被认为处于同时活着和死了的一个量子叠加态。

而在观测者打开箱子的那一刻,猫被迫选择了一种状态,或者活着、或者死了,即猫的生死是由你的观察来决定的,进一步可以认为,如果你打开容器猫死了,那么就是你的观测杀死了猫!

密闭容器内的猫是死还是活呢?

这取决于镭是否发生衰变,因为我们不确定镭是否衰变,这样镭也处于一个衰变和非衰变的一个叠加态。

那么镭是否会发生衰变呢?

答案肯定是未知的,因为衰变的概率取决于量子的随机性。

那么我们如何知道这只猫是死是活呢?

根据量子力学理论,放射性的镭是处于衰变与不衰变的两种状态中,所以在打开容器之前,这只猫应该是处于死或者活的叠加态,也可以认为这只猫是处在一个典型的量子纠缠状态,直到打开容器的那一刻,这种叠加态才能消失并确定猫是死还是活。

而这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔的猫”,是薛定谔试图从宏观来解释微观方面的一个假想实验,自然也就无法实际进行,更无法进行实验验证。

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