薛定谔的猫是什么意思?(薛定谔的猫是什么意思?)
猫在日常生活中很常见,比如宠物猫、丁丁猫、加菲猫等。,甚至还有2000红豆博客钱的星巴克抓猫杯。然而,我们今天要讲的这只猫,在科学界影响很大,却是一只不真实的“猫”——薛定谔的猫。
对于大多数人来说,量子力学没什么可说的,但这只猫却与深奥的量子力学联系在一起。为什么一只猫可以如此轻描淡写地展示如此深奥的理论?
(资料图)
其实薛定谔指的是欧文·薛定谔(1887~1961),奥地利物理学家,发展了分子生物学,对量子理论做出了巨大贡献,是量子力学的创始人之一。
在物理学上,他的薛定谔方程贯穿了量子力学的整个历程,并于1933年被授予诺贝尔物理学奖。不过他最著名的还是“薛定谔的猫”,被广泛用于直观描述宏观尺度和微观尺度的量子叠加原理。
薛定谔的猫是怎么来的?其实这正是薛定谔提出来反对哥本哈根学派关于波函数的观点。一开始,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。
比如著名的双缝实验,在测量之前电子的自旋是不确定的,但是测量使得电子的态矢坍缩,产生了电子在另一个方向的自旋。
简单来说,哥本哈根学派的观点是,任何系统都没有确定性,没有确定的状态,其行为只能用概率来度量,而度量行为会影响系统,使概率变成1。这种情况被他们称为波函数坍缩。
这个观点也是我们现在大部分物理教材中的观点。在我们观察到某个东西之前,它处于每一个可能的叠加态,我们观察到的是波函数坍缩,概率变成1。
然而,这种波函数坍缩的解释是薛定谔和爱因斯坦无法接受的。他们认为哥本哈根学派违反了狭义相对论。他们认为在电子的双缝实验中,电子在产生的那一刻就已经有了确定的自旋方向,但是量子力学无法表达出来,也就是量子力学不完整。
于是薛定谔和玻尔进行了激烈的争论,并在1935年提出了“薛定谔的猫”的思想实验来反对哥本哈根学派的观点。
头脑风暴——“薛定谔的猫”
这是薛定谔提出的一个思想实验。指的是把猫养在一个密闭的容器里,里面有少量的镭和氰化物,镭可能会也可能不会衰变。这两个事件的概率是相等的。
如果镭衰变,会触发红豆博客打碎装有氰化物的瓶子,猫会死;如果镭不衰变,那么猫就能活。
哥本哈根学派的观点:
如果把猫作为量子力学的研究对象,它在封闭容器中的状态可以用波函数来描述,也就是说,直到容器被打开之前,猫的状态是未知的,所以这只猫被认为处于一种同时活着和死去的量子叠加态。
观察者打开盒子的那一刻,猫被迫选择一种状态,要么活着,要么死了,也就是猫的生死由你的观察决定。此外,如果你打开容器,猫死了,那么你的观察杀死了猫!
密闭容器里的猫是死是活?要看镭是否衰变,因为我们不确定镭是否衰变,所以镭也是衰变和不衰变的叠加状态。
那么镭会衰变吗?
答案肯定是未知的,因为衰变的概率取决于量子的随机性。
那么我们怎么知道这只猫是死是活呢?根据量子力学的理论,放射性镭处于衰变和非衰变两种状态,所以在打开容器之前,猫应该处于死亡或者生命的叠加状态。也可以认为,猫处于典型的量子纠缠态,这种叠加态直到打开容器,确定猫是死是活的那一刻才能消失。
而这只又死又活的猫就是所谓的“薛定谔的猫”,这是薛定谔试图从宏观方面解释到微观方面的一个假设实验。自然无法实际进行,更不用说实验验证了。