被人误解的思想实验,物理学上四大神兽之一“薛定谔的猫”

上个世纪开始,科学进入了发展最为迅速的年代,科学界也呈现出百花齐放百家争鸣的状态,各种天才科学家横空出世,爱因斯坦提出的广义相对论,将物理学拔高到一个新的高度,从此人类进入了新的时代,同时量子力学也开始出现飞速发展的状态。

被人误解的思想实验,物理学上四大神兽之一“薛定谔的猫”

网络配图,爱因斯坦

在量子力学研究中,鉴于量子的诡异特性,根据哥本哈根的经典诠释,当两个量子系统相互作用,之后再将它们分离,那么这两个量子系统都处于不确定状态,它们的量子态会叠加在一起,当其中任意一套量子系统被观察到之后,两个系统纠缠在一起的量子态会坍缩为明确态。通俗地表示就是观察到一个量子之后,之前纠缠在一起的另外一个量子就无法确定它的位置。

被人误解的思想实验,物理学上四大神兽之一“薛定谔的猫”

网络配图,量子力学

1935年,爱因斯坦对量子表现出来的这种特性和波多尔斯基、罗森共同发表了一篇论文,并且爱因斯坦给他的好友物理学家薛定谔写了一封信,解释了这篇论文的要表达的东西(微观尺度向宏观尺度的统一),并向薛定谔勾勒出一个“粗略宏观案例”:给定一桶不稳定的火药,在经过一段时间后,这桶火药会处于爆炸与不爆炸的叠加状态。

当然,爱因斯坦的这个描绘也是正确的,只是难以让人很直观地理解,于是薛定谔给爱因斯坦回了一封信,讲述了怎样才能够将量子系统的叠加态转移到宏观大尺度的想法,为此,薛定谔抛出了日后被归类为物理学上四大神兽之一的“薛定谔的猫”

被人误解的思想实验,物理学上四大神兽之一“薛定谔的猫”

网络配图,薛定谔

薛定谔的实验思想是:把一只猫关在一个封闭的空间里,这个空间里面还有个容器和一个装有有毒气体的烧瓶,容器里面有极少量放射性物质,在短时间内,放射性物质至少有原子衰变的概率为50%,没有衰变的概率也同样是50%;衰变事件发生后容器里面会放电,启动一个榔头样的装置,打破装有毒气的烧瓶,毒气会毒死这只可怜的猫;反之,没有发生原子衰变,则猫仍旧存活。

被人误解的思想实验,物理学上四大神兽之一“薛定谔的猫”

网络配图,“薛定谔的猫”试验

这个实验思想很直观地表达出了在打开这个空间之前,活猫与死猫各半纠合在一起的状态,也可以说是这只猫是处于既死又活的状态(不能说半死半活),只有当这个空间打开被观察时,波函数坍缩为其中任意一种状态(或死或生)

薛定谔把这只猫给抛出来,其实本意是反驳哥本哈根等物理学家关于量子力学诠释的,但是这遭到了很多物理学家的反对和攻击,直到1950年,爱因斯坦给薛定谔的一封信中说道:

“他们的诠释已被你的放射性物质+放大器+火药(后来改为了毒气)+猫这盒子系统精致地反驳。这系统的波函数既表现出生气蓬勃的猫,又表现出血肉模糊的猫。没有任何学者会真正质疑猫的存在或缺席与观察这动作无关。”

被人误解的思想实验,物理学上四大神兽之一“薛定谔的猫”

网络配图,量子力学

薛定谔关于这只猫的思想实验,只是纯理论上的,实际上并没有谁真正去完成这么一个实验去看这只猫是否被毒死,但是有很多涉及类似原理的试验却已经完成,比如介观物体的态叠加等,介观的薛定谔猫可以用来进一步做量子测量实验,使得关于量子退相干、量子-经典界线这一类的受控实验,是可以进行的

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页面更新:2024-03-16

标签:物理学   哥本哈根   爱因斯坦   烧瓶   量子力学   物理学家   毒气   量子   放射性   火药   尺度   容器   误解   状态   思想

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