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关于薛定谔猫论文范文资料

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关于薛定谔猫论文范文资料

薛定谔的实验把量子效应放大到了我们的日常世界,现在量子的奇特性质牵涉到我们的日常生活了,牵涉到我们心爱的宠物猫究竟是死还是活的问题。这个实验虽然简单,却比EPR要辛辣许多,这一次扎得哥本哈根派够疼的。他们不得不退一步以咽下这杯苦酒:是的,当我们没有观察的时候,那只猫的确是既不死也不活的。量子派后来有一个被哄传得很广的论调说“当我们不观察时,月亮是不存在的”。这稍稍偏离了本意,准确来说,因为月亮也是由不确定的粒子组成的,所以如果我们转过头不去看月亮,那一大堆粒子就开始按照波函数弥散开去。于是乎,月亮的边缘开始显得模糊而不确定,它逐渐“融化”,变成概率波扩散到周围的空间里去。当然这么大一个月亮完全融化成空间中的概率是需要很长很长时间的,不过问题的实质是:要是不观察月亮,它就从确定的状态变成无数不确定的叠加。不观察它时,一个确定的,客观的月亮是不存在的。只要一回头,一轮明月便又高悬空中,似乎什么事也没发生过一样。其实,量子力学定律将月亮这种巨大质量的物体的波函数限制在微观区域中,故即使月亮弥散开去,弥散的程度也不是人眼能看出来的。测不准原理解释:测量一个粒子的位置和速度,其办法是将光照到这粒子上,一部分光波被此粒子散射开,由此指明它的位置。人们不可能将粒子的位置确定到到光的两个波峰之间距离更小的程度,故必须用短波长的光来测量,至少要用一个光量子。这量子会扰动这粒子,并改变粒子的速度,而且位置测量得越准确所需的波长就越短,单独量子的能量就越大,粒子的速度就被扰动得越厉害。你对粒子的位置测量得越准确,对速度的测量就越不准确。(月亮不观测时不是不存在,量子态在观测时由于观测力的相互作用而使波函数坍塌为确定值,微观粒子整体呈现规律性,宏观尺度下观测力几乎对其不影响。)(参考资料:史蒂芬.霍金所著《时间简史》)不能不承认,这听起来很有强烈的主观唯心论的味道,它其实和我们通常理解的那种哲学理论有一定区别,不过讲到这里,许多人大概都会自然而然地想起贝克莱(George Berkeley)主教的那句名言:“存在就是被感知”(拉丁文:Esse Est Percipi)。这句话要是稍微改一改讲成“存在就是被测量”,那就和哥本哈根派的意思差不离了。贝克莱在哲学史上的地位无疑是重要的,人们通常乐于批判他,我们的哥本哈根派是否比他走得更远呢?好歹贝克莱还认为事物是连续客观地存在的,因为总有“上帝”在不停地看着一切。而量子论?“陛下,我不需要上帝这个假设”。与贝克莱互相辉映的东方代表大概要算王阳明。他在《传习录·下》中也说过一句有名的话:“你未看此花时,此花与汝同归于寂;你来看此花时,则此花颜色一时明白起来……”如果王阳明懂量子论,他多半会说:“你未观测此花时,此花并未实在地存在,按波函数而归于寂;你来观测此花时,则此花波函数发生坍缩,它的颜色一时变成明白的实在……”测量即是理,测量外无理。薛定谔的猫和量子自杀究竟是必然还是偶然决定了宇宙的命运?或者说:上帝玩色子吗?这个是量子力学和相对论最大的争议。量子力学主张:世界是由不确定的、随机的事件决定,这个不确定(后者叫波动)其实就是辩证法主张的矛盾运作;而相对论则认为:世界应该是由固定的、机械的规律统治,任何看似偶然的事件背后,其实都有必然在支撑。关于薛定谔的猫,包括爱因斯坦在内的许多非主流科学家是持怀疑态度的,他们认为:这个原因是由“平行宇宙”(MWI)造成的,即: 当我们向盒子里看时,整个世界分裂成它自己的两个版本。这两个版本在其余的各个方面都是全同的。唯一的区别在于其中一个版本中,原子衰变了,猫死了;而在另一个版本中,原子没有衰变,猫还活着。在量子的多世界中,我们通过参与而选择出自己的道路。在我们生活的这个世界上,没有隐变量,上帝不会掷骰子,一切都是真实的。这个观点还有更骇人听闻的假设:量子自杀。量子自杀的提出在量子力学里,量子自杀是想法实验,这令人毛骨悚然和啼笑皆非的实验在80年代末由Hans Moravec,Bruno Marchal等人提出,而又在1998年为宇宙学家Max Tegmark针对 哥本哈根 “波函数坍缩”中的“意识怪兽”,在那篇广为人知的宣传 MWI 的论文中所发展和重提。Max Tegmark认为宇宙有多个, 量子的不确定性被分配到各个 宇宙去,只要从主观视角来看,不但一个人永远无法完成 自杀 ,事实上他一旦开始存在,就永远不会消失!总存在着一些量子效应,使得一个人不会衰老,而按照MWI,这些非常低的概率总是对应于某个实际的世界!量子自杀实验在一套设备里,利用原子衰变来控制扣动一把枪的扳机,我们就可以观测当一个人被打死了(如果衰变-->开枪)或者没有(没有衰变)。他迟早被打死,因为随着原子衰变概率的增加,枪的扳机迟早会扣动。但对当事人本身的角度来说完全不是这样。因为对他唯一有意义的就是“那些他活着的世界”。永远都会有一个他活在某个世界!如果平行宇宙理论是正确的,那么对于某人来说,他无论如何试图去自杀都不会死!要是他拿刀抹脖子,那么因为组成刀的是一群符合 波动方程 的 粒子 ,所以总有一个非常非常小的可能性,以某种方式丝毫无损地穿透了该人的脖子,从而保持该人不死!当然这个概率极小极小,但按照MWI,一切可能发生的都实际发生了,所以这个现象总会发生在某个宇宙!其实不管换什么方式自杀都一样,跳楼也好,卧轨也好,上吊也好,总存在那么一些宇宙,让他还活着。从该人自身的视角来看,他怎么死都死不掉!当然在其他无穷个宇宙里,他的亲朋好友却要为他哀悼了。这实际上也是薛定谔猫的一个真人版。大家知道在猫实验里,如果原子衰变,猫就被毒死,反之则存活。对此,哥本哈根派的解释是:在我们没有观测它之前,猫是“又死又活”的,而观测后猫的波函数发生坍缩,猫要么死要么活。MWI则声称:每次实验必定同时产生一只活猫和一只死猫,只不过它们存在于两个平行的世界中。宇宙分裂这样一来,薛定谔的猫也不必再为死活问题困扰。只不过是宇宙分裂成了两个,一个有活猫,一个有死猫罢了。对于那个活猫的宇宙,猫是一直活着的,不存在死活叠加的问题。对于死猫的宇宙,猫在分裂的那一刻就实实在在地死了,不要等人们打开箱子才“坍缩”,从而盖棺定论。从宇宙诞生以来,已经进行过无数次这样的分裂,它的数量以几何级数增长,很快趋于无穷。我们现在处于的这个宇宙只不过是其中的一个,在它之外,还有非常多的其他的宇宙。有些和我们很接近,那是在家谱树上最近刚刚分离出来的,而那些从遥远的古代就同我们分道扬镳的宇宙则可能非常不同。也许在某个宇宙中,小行星并未撞击地球,恐龙仍是世界主宰。在某个宇宙中,埃及艳后克娄帕特拉的鼻子稍短了一点,没有教恺撒和安东尼怦然心动。那些反对历史决定论的“鼻子派历史学家”一定会对后来的发展大感兴趣,看看是不是真的存在历史蝴蝶效应。在某个宇宙中,格鲁希没有在滑铁卢迟到,而希特勒没有在敦刻尔克前下达停止进攻的命令。而在更多的宇宙里,因为物理常数的不适合,根本就没有生命和行星的存在。似乎这个结论是可以将整个量子力学和相对论联系起来,或者说,是用相对论取代了量子力学。但是,请注意:平行宇宙的保留了矛盾的对立性(同一个宇宙的猫不会有生死叠加)却肢解了矛盾的统一性(使得矛盾双方位于两个不同的宇宙),辩证法的根本规律似乎要被否定了?且慢!仔细考虑一下:每一个电子的跳跃,每一个光子的衍射,我在键盘上敲打的每一个字符,都可以创造一个宇宙?那么,自大爆炸以来,究竟有多少个宇宙被创造出来了?宇宙的数量每秒钟都在以骇人听闻的速度增长?这个理论似乎是要为了解释一个小小的电子的衍射而兴师动众的创造一个庞大的宇宙呀!也没有任何证据能够证明这个理论,我们从来没有发现我们拥有能够创造宇宙的能力。其实,我在前文早就说了,薛定谔的猫状态已经被实验证实了,是能够观测到的。薛定谔当年犯了一个错误:纯观测对于实验的结果其实应该是没有影响的。如果我们不打开这个箱子,而是用红外摄像机记录箱子里面的情况,我们在电视屏幕上看到的小猫可能真的就想我们用食指做的实验那样,存在一个令人做恶梦的“叠加状态”!这也解释了为什么科学家能够实现自旋方向完全相反的宏观量子叠加态。弦论看来,唯物辩证法被推翻的的忧虑暂时是可以放下了,也许在不久的将来,随着以量子力学为基础的大一统理论确立(最可能的是弦论),辩证法也会被提高到一个史无前例的高峰。而建立在辩证法之上的理论,也就有了稳固的根基,而这正是我们研究哲学和物理的根本目的。

薛定谔之猫,人类在生存的同时忽视了动物的生命,动物也是一种生命体,而且动物很多能给人类带来快乐,比如说猫,狗之类的,动物也有生存的权力,它来到自然界上,是一次生命,与人的生命相比当然价值没那么高,可是他必经是生命,在猫的世界里,只有吃和喝,简单的生命不容我们糟蹋,狗的生命也就10几年,它完全可以好好活10几年,可是现在的人类虐是残杀,为了吃狗肉不惜把狗打死,一条生命就这么结束了,人类是多么无情,我们要爱惜动物。

我认为猫不存在不死不活的状态,猫只有被毒死和无毒而活两种情况。所谓的不死不活只是人在不打开箱子时的一种主观的不确定性,因为人不知猫是死是活。这并不能决定或改变箱子里的猫死或活的客观事实。以人主观上的不知猫的死活而得出猫处于不死不活的叠加态的客观事实,不妥。

主要上说,是你的切入点错了,薛定谔的猫讨论的是量子理论中态叠加的问题,整个问题是客观的,而引入的猫是薛定谔主观的想法,也可以是猪啊狗啊什么的,至于其中动物的死活则是实验结果的一个客观事实,没有打开箱子之前客观上就是不知道是死是活。再看一下百度百科吧:把一只猫放进一个封闭的盒子里,然后把这个盒子连接到一个包含一个放射性原子核和一个装有有毒气体的容器的实验装置。设想这个放射性原子核在一个小时内有50%的可能性发生衰变。如果发生衰变,它将会发射出一个粒子,而发射出的这个粒子将会触发这个实验装置,打开装有毒气的容器,从而杀死这只猫。根据量子力学,未进行观察时,这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态,但是,如果在一个小时后把盒子打开,实验者只能看到“衰变的原子核和死猫”或者“未衰变的原子核和活猫”两种情况。薛定谔在1935年发表了一篇论文,题为《量子力学的现状》,在论文的第5节,薛定谔描述了那个常被视为恶梦的猫实验:哥本哈根派说,没有测量之前,一个粒子的状态模糊不清,处于各种可能性的混合叠加。比如一个放射性原子,它何时衰变是完全概率性的。只要没有观察,它便处于衰变/不衰变的叠加状态中,只有确实地测量了,它才会随机的选择一种状态而出现。那么让我们把这个原子放在一个不透明的箱子中让它保持这种叠加状态。现在薛定谔想象了一种结构巧妙的精密装置,每当原子衰变而放出一个中子,它就激发一连串连锁反应,最终结果是打破箱子里的一个毒气瓶,而同时在箱子里的还有一只可怜的猫。事情很明显:如果原子衰变了,那么毒气瓶就被打破,猫就被毒死。要是原子没有衰变,那么猫就好好地活着。 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,此猫或者死,或者活。这是她的两种本征态。但是,如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫,则只能说,她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,才能确切地知道此猫是死是活。此时,猫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,我们永远也不知道此猫是死是活,她将永远到处于半死不活的叠加态。这与我们的日常经验严重相违,要么死,要么活,怎么可能不死不活,半死半活?

薛定谔的猫主题论文

✨编者按:针对于目前大量的灵修,宗教以及商家,偷换量子理论的概念,以达到其目的,特转发张天荣老师的科普系列文章《走进量子纠缠》。本科普系列是想尽量使用通俗的语言,向公众介绍神秘奇妙的‘量子纠缠’。—— 小义子

要认识神秘的量子纠缠,首先要认识神秘的量子现象。

不管是学哪个行业的,大概都听说过奇妙的量子现象。诸如测不准原理啦,薛定谔的猫之类的,在日常生活中看起来匪夷所思的现象,却是千真万确存在于微观的量子世界中。

许多人将听起来有些诡异的量子理论视为天书,从而敬而远之。有人感叹说:“量子力学,太不可思议了,不懂啊,晕!”

不懂量子力学,听了就晕,那是非常正常的反应。听听诺贝尔物理学奖得主,大物理学家费曼的名言吧。费曼说:“我想我可以有把握地讲,没有人懂量子力学!” 量子论的另一创始人玻尔(Niels Bohr)也说过:“如果谁不为量子论而感到困惑,那他就是没有理解量子论。”既然连费曼和玻尔都这样说,我等就更不敢吹牛了。

因此,我们暂时不要奢望‘懂得’量子力学。此一系列文章的目的是让我们能够多‘了解’、多认识一些量子力学。因为量子力学虽然神秘,却是科学史上最为精确地被实验检验了的理论,量子力学经历了100多年的艰难历史,发展至今,可说是到达了人类智力征程上的最高成就。身为现代人,如果不曾‘了解’一点点量子力学,就如同没有上过因特网,没有写过email一样,可算是人生的一大遗憾啊。

刚才提及量子现象时,说到了‘薛定谔的猫’,我们的讨论可由此开始。

薛定谔(E.Schr dinger ,1887—1961)是奥地利著名物理学家、量子力学的创始人之一,曾获1933年诺贝尔物理学奖,量子力学中描述原子、电子等微观粒子运动的薛定谔方程,就是以他而命名的。

那么,首先我们需要了解,什么是‘叠加态’?

根据我们的日常经验,一个物体某一时刻,总会处于某个固定的状态。比如我说:女儿现在‘在’客厅里,或是说:女儿现在‘不在’客厅里。要么在,要么不在,两种状态,必居其一。然而,在微观的量子世界中,情况却有所不同。微观粒子可以处于一种所谓‘叠加态’的状态中,这种状态是不确定的。例如,电子可以同时位于两个不同的地点:A和B,也就是说,电子既在A,又不在A。电子的状态是‘在’和‘不在’,两种状态按一定几率的叠加。电子的这种混合状态,叫做‘叠加态’。

聪明的读者会说:“女儿此刻‘在’或‘不在’客厅,看一眼就清楚了。电子在A,或是不在A,测量一下不就知道了吗?”说得没错,当我们对电子的状态进行‘测量’时,电子的‘叠加态’不复存在,而是‘坍缩’到‘在A’,或是‘不在A’,两个状态的其中之一。但是,微观与宏观之不同,是在于观测之前。女儿在不在客厅,观测之前已成事实,并不以‘看’或‘不看’而转移。而微观电子坍缩前的状态,并无定论,直到测量它,才因坍缩而确定。这是微观世界中量子叠加态的奇妙特点。

尽管量子现象显得如此神秘。然而,量子力学的结论却早已在诸多方面被实验证实,被学术界接受,在各行各业还得到各种应用,量子物理学对我们现代日常生活的影响无比巨大。以其为基础而产生的电子学革命及光学革命将我们带入了如今的计算机信息时代。可以说,没有量子力学,就不会有今天所谓的‘高科技’产业。

如何解释量子力学的基本理论,仍然是见仁见智,莫衷一是。这点也曾经深深地困扰着它的创立者们,包括伟大的爱因斯坦。微观叠加态的特点与宏观规律如此不同,物理学家如薛定谔也想不通。于是,薛定谔在1935年发表了一篇论文,题为《量子力学的现状》,在论文的第5节,薛定谔编出了一个‘薛定谔猫’的理想实验,试图将微观不确定性变为宏观不确定性,微观的迷惑变为宏观的佯谬,以引起大家的注意。果不其然!物理学家们对此佯谬一直众说纷纭、争论至今。

以下是‘薛定谔猫’的实验描述。

把一只猫放进一个封闭的盒子里,然后把这个盒子连接到一个装置,其中包含一个原子核和毒气设施。设想这个原子核有50%的可能性发生衰变。衰变时发射出一个粒子,这个粒子将会触发毒气设施,从而杀死这只猫。根据量子力学的原理,未进行观察时,这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态,因此,那只可怜的猫就应该相应地处于‘死’和‘活’ 的叠加态。非死非活,又死又活,状态不确定,直到有人打开盒子观测它。

实验中的猫,可类比于微观世界的电子(或原子)。在量子理论中,电子可以不处于一个固定的状态(0或1),而是同时处于两种状态的叠加(0和1)。如果把叠加态的概念用于猫的话,那就是说,处于叠加态的猫是半死不活、又死又活的。

量子理论认为:如果没有揭开盖子,进行观察,薛定谔的猫的状态是‘死’与‘活’的叠加。此猫将永远处于同时是死又是活的叠加态。这与我们的日常经验严重相违。一只猫,要么死,要么活,怎么可能不死不活,半死半活呢?别小看这一个听起来似乎荒谬的物理理想实验。它不仅在物理学方面极具意义,在哲学方面也引申了很多的思考。

谈到哲学,聪明的读者又要笑了,因为在古代哲学思想中,不凡这种似是而非、模棱两可的说法。这不就是辩证法的思想吗?你中有我,我中有你,一就是二,二就是一,合二而一,天人合一,等等等等,如此而已。

此话不假,因此才有人如此来比喻‘薛定谔的猫’:男女在开始恋爱前,不知道结果是好或者不好,这时,可以将恋爱结果看成好与不好的混合叠加状态。如果你想知道结果,唯一的方法是去试试看,但是,只要你试过,你就已经改变了原来的结果了!

无论从人文科学的角度,如何来诠释和理解‘薛定谔的猫’,人们仍然觉得量子理论听起来有些诡异。有读者可能会说:“你拉扯了半天,我仍然不懂量子力学啊!”

还好,刚才我们已经给读者打了预防针,不是吗?没有人懂量子力学,包括薛定谔自己在内!薛定谔的本意是要用‘薛定谔猫’这个实验的荒谬结果,来嘲笑哥本哈根学派对量子力学,对薛定谔方程引进的‘波函数’概念的几率解释,但实际上,这个假想实验使薛定谔自己,站到了自己奠基的理论的对立面上,难怪有物理学家调侃地说到薛定谔:“薛定谔不懂薛定谔方程!”

到此为止,我们解释了半天‘薛定谔猫’实验的来龙去脉,却只字未提薛定谔的女朋友之事。再此赶快补上这段八卦,以免使读者大失所望。

薛定谔应该具有超凡的个人魅力,风流倜傥,女友无数。要不然怎么会触动舞台剧编导、纽约剧作家马修韦尔斯的灵感,写出了一部‘薛定谔的女朋友’的舞台剧呢?

以下是这个舞台剧2001-2003年在旧金山和纽约演出时的剧照和海报。

《薛定谔的女朋友》是关于爱,性,和量子物理学的一部另类浪漫喜剧。剧作家马修韦尔斯本人,并没有受过超出高中课程的科学教育,但却痴迷于物理学的神秘。他说:”我永远无法进入数学,但我发现它背后的概念,视觉和类比,是如此地引人入胜!”

舞台剧中有这么一段饶有趣味的话:“到底是波动-粒子的二象性难一点呢,还是老婆-情人的二象性更难?”据说薛定谔有很多情妇,也有不少私生子,身边不乏红颜知己。薛定谔的女友和薛定谔的猫一样不确定,薛定谔的婚姻爱情观和他的物理理论一样,不同凡响。据说,薛定谔是个‘多情种子’类的人物,他的情妇虽然多,但他每爱一个女人时,都是真心实意地。也许我们可以用量子力学的语言来作个比喻:薛定谔的感情和性生活,总是处于一个包括很多本征态的复杂叠加态中。一定时期,叠加态‘坍缩’到某个本征态,薛定谔便投入一个女友的怀抱。

但是,在薛定谔众多女友中,有一位很不一般的神秘女人,正是她,成为了这部舞台剧的女主人公。

在1925年圣诞节前,薛定谔像往年一样,来到美丽的、白雪皑皑的阿尔卑斯山上度假,但这次陪伴他的不是太太安妮,而是一位来自维也纳的神秘女友。薛定谔的这位女友神秘莫测,直到八十多年后的今天,也无人考证出她的身份来历。她不是考证者已知的薛定谔情妇中的任何一位。无论如何,在这对情侣共度佳期的时期内,这位神秘女郎极大地激发了薛定谔的灵感,使得他令人惊异地始终维持着一种极富创造力和洞察力的状态。因此,物理学家们说,薛定谔的伟大工作是在他生命中一段情欲极其旺盛的时期内作出的。薛定谔自己也不否认这点,他认为,通过观看这个引人注目的女人,他找到了困惑科学界波/粒二象性看似矛盾的关键。果然,之后的一年内,薛定谔接连不断地发表了六篇关于量子力学的主要论文,提出了著名的薛定谔方程。因此,在享受量子力学带给我们辉煌灿烂的科技成果的今天,我们也应该感谢这位神秘女郎的贡献。

综上所述,是‘薛定谔的神秘女友’,激发了薛定谔天才的想象力和灵感,使其建立了微观世界中粒子的波函数所遵循的薛定谔方程。然后,薛定谔不同意哥本哈根派对波函数的解释,设计了‘薛定谔的猫’的思想实验。用薛定谔自己的话来说,他要用这个“恶魔般的装置”,让人们闻之色变。薛定谔说:看吧,如果你们将波函数解释成粒子的几率波的话,就会导致一个既死又活的猫的荒谬结论。因此,几率波的说法是站不住脚的!

这只猫的确令人毛骨悚然,相关的争论一直持续到今天。连当今伟大的物理学家霍金也曾经愤愤地说:“当我听说薛定谔的猫的时候,我就跑去拿枪,想一枪把猫打死!”

在宏观世界中,既死又活的猫不可能存在,但许多许多实验都已经证实了微观世界中叠加态的存在。总之,通过薛定谔的猫,我们认识了叠加态,以及被测量时叠加态的坍缩。

叠加态的存在,是量子力学最大的奥秘,是量子现象给人以神秘感的根源,是我们了解量子力学的关键。

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薛定谔猫是关于量子理论的一个理想实验. 实验内容:这只猫十分可怜,她(假设这是一只雌性的猫,以引起更多怜悯)被封在一个密室里,密室里有食物有毒药.毒药瓶上有一个锤子,锤子由一个电子开关控制,电子开关由放射性原子控制.如果原子核衰变,则放出α粒子,触动电子开关,锤子落下,砸碎毒药瓶,释放出里面的氰化物气体,雌猫必死无疑.这个残忍的装置由薛定谔所设计,所以此猫便叫做薛定谔的猫. 薛定谔的倒霉猫薛定谔猫提出原文:薛定谔在1935年发表了一篇论文,题为《量子力学的现状》,在论文的第5节,薛定谔描述了那个常被视为恶梦的猫实验:哥本哈根派说,没有测量之前,一个粒子的状态模糊不清,处于各种可能性的混合叠加.比如一个放射性原子,它何时衰变是完全概率性的.只要没有观察,它便处于衰变/不衰变的叠加状态中,只有确实地测量了,它才会随机的选择一种状态而出现.那么让我们把这个原子放在一个不透明的箱子中让它保持这种叠加状态.现在薛定谔想象了一种结构巧妙的精密装置,每当原子衰变而放出一个中子,它就激发一连串连锁反应,最终结果是打破箱子里的一个毒气瓶,而同时在箱子里的还有一只可怜的猫.事情很明显:如果原子衰变了,那么毒气瓶就被打破,猫就被毒死.要是原子没有衰变,那么猫就好好地活着. 自然的推论:当它们都被锁在箱子里时,因为我们没有观察,所以那个原子处在衰变/不衰变的叠加状态.因为原子的状态不确定,所以猫的状态也不确定,只有当我们打开箱子察看,事情才最终定论:要么猫躺在箱子里死掉了,要么它活蹦乱跳地“喵呜”直叫.问题是,当我们没有打开箱子之前,这只猫处在什么状态?似乎唯一的可能就是,它和我们的原子一样处在叠加态,这只猫当时陷于一种死/活的混合. 一只猫同时又是死的又是活的?它处在不死不活的叠加态?这未免和常识太过冲突,同时在生物学角度来讲也是奇谈怪论.如果打开箱子出来一只活猫,那么要是它能说话,它会不会描述那种死/活叠加的奇异感受?恐怕不太可能.换言之,薛定谔猫概念的提出是为了解决爱因斯坦的相对论所带来的祖母悖论,即平行宇宙之说. [编辑本段]薛定谔猫疑惑 尽管量子论的诞生已经过了一个世纪,其辉煌鼎盛与繁荣也过了半个世纪.但是量子理论曾经引起的困惑至今仍困惑着人们.正如玻尔的名言:“谁要是第一次听到量子理论时没有感到困惑,那他一定没听懂.”薛定谔的猫就是诸多量子困惑中有代表性的一个. 原子核的衰变是随机事件,物理学家所能精确知道的只是半衰期——衰变一半所需要的时间.如果一种放射性元素的半衰期是一天,则过一天,该元素就少了一半,再过一天,就少了剩下的一半.但是,物理学家却无法知道,它在什么时候衰变,上午,还是下午.当然,物理学家知道它在上午或下午衰变的几率——也就是雌猫在上午或者下午死亡的几率. 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,雌猫或者死,或者活.这是她的两种本征态.但是,如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫,则只能说,她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,才能确切地知道雌猫是死是活.此时,猫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,我们永远也不知道雌猫是死是活,她将永远到处于半死不活的叠加态.这与我们的日常经验严重相违,要么死,要么活,怎么可能不死不活,半死半活? 薛定谔挖苦说:按照量子力学的解释,箱中之猫处于“死-活叠加态”——既死了又活着!要等到打开箱子看猫一眼才决定其生死.(请注意!不是发现而是决定,仅仅看一眼就足以致命!)正像哈姆雷特王子所说:“是死,还是活,这可真是一个问题.”只有当你打开盒子的时候,迭加态突然结束(在数学术语就是“坍缩(collapse)”),哈姆雷特王子的犹豫才终于结束,我们知道了猫的确定态:死,或者活.哥本哈根的几率诠释的优点是:只出现一个结果,这与我们观测到的结果相符合. 但是有一个大的问题:它要求波函数突然坍缩.但物理学中没有一个公式能够描述这种坍缩.尽管如此,长期以来物理学家们出于实用主义的考虑,还是接受了哥本哈根的诠释.付出的代价是:违反了薛定谔方程.这就难怪薛定谔一直耿耿于怀了.

为什么要研究那个变态的理论==在这个理论里面,存在三个主体。一,实验者,你,二,实验对象,猫,三,客观因素,假设是我(取代原子衰变)。现在我有一个盒子,里面装了一只猫,我让你猜那只猫是活的是死的,你猜活的,我就弄死那只猫,你猜是死的,我就让那猫活着出来,当然可以是你认为那只猫是活的,我就让那猫活,你认为那只猫是死的,我就弄死它,而且,这猫也可能不受我影响,突然死了,或者怎么弄也不死。在猫没有从盒子里面拿出来的时候,我们了解到的是,放进盒子的时候,猫是活着的。而把猫拿出来之后,我们也可以确切的知道,猫活着,或者死了这两种结果。可是猫在盒子中的时候,因为你的不确定,还存在我的潜在影响,还有猫自身的未知,整体来说,那只命悬一线的猫,就是一个实验牺牲品,实验不结束,它就可以一直活着,可是实验如果需要结束了,它到底是活着还是死了,就不好说了。所以,在你举例的时候,你考虑到,我手里有一个硬币,让你猜,是有,还是没有,你说你是不确定的,可是你没有考虑到,我可能会根据你的判断,作弊。你可以想象一下,让你猜硬币的人,是刘谦,他在你面前将一枚硬币,放在手里面,然后让你猜,硬币还在不在。首先确定的是,硬币是在你眼前放在他手里面的,在放置的一瞬间,硬币是存在的。可是他把手打开的时候,结果可存在,也可能消失,可能跟你预测的结果,一样,也可能正好相反。薛定谔的猫,是一场允许出千的博弈。而且薛定谔的猫,一般都很强调活体样本的。比如实验题是猫,而不是说。某一个化学反应,如果条件充足,他就能够成功,如果条件不充足,就不能成功,可是在一个潜在条件充足可能性的环境下,我们并不能确切的预见到实验是否成功,我们之知道,实验对象在放置进入那个环境的放置时,他还是他本身,不明确他是不是会随着实验的成功或者失败,状态有所改变。薛定谔的猫,是很强调那只猫的==薛定谔是个大变态,哼。

“薛定谔的猫”理论指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。

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。

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。

根据经典物理学,在盒子里必将发生这两个结果之一,而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果。在量子的世界里,当盒子处于关闭状态,整个系统则一直保持不确定性的波态,即猫生死叠加。

猫到底是死是活必须在盒子打开后,外部观测者观测时,物质以粒子形式表现后才能确定。这项实验旨在论证量子力学对微观粒子世界超乎常理的认识和理解;

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。

参考资料:百度百科--薛定谔的猫

薛定谔的猫毕业论文

薛定谔的猫肯定有不合理性,否则按照无论是量子自杀还是薛定谔的猫,如果这么说世界的一切都是不确定,这样世界就会崩溃,也就像人们的设想一样崩溃,不会影响现实,一切都是有关联的,不相连的则会被排除在外,不可组合的就只能想象,而这个想象也是根据自己的世界观该设定的,所谓的分裂宇宙就是在现实与自己的幻想世界的混杂。 薛定谔的实验把量子效应放大到了我们的日常世界,现在量子的奇特性质牵涉到我们的日常生活了,牵涉到我们心爱的宠物猫究竟是死还是活的问题。然而对于宏观世界来说,薛定谔的实验理论是不存在的:半衰期是宏观上的概念,而具体到某一个原子,他的衰减期是固定的(即使你无法测量)。所以当这个被选出来的原子放进箱子里的时候,猫能活的时间就已经被确定了。所以说,你“不知道”,不代表它“没有发生”。所谓的量子理论其实也不是真理,只不过人类目前的技术无法对微观世界进行准确的测量,导致我们只能用“几率”“概率”这样的理念去推论。而传统物理论上的精确测量方法在面对无法精确测量的环境下无法适用。事实上,随着技术的进步,量子理论最终会被真正的物理学挤占掉,并最终作为一个“伪理论”消失掉。如此消失的“伪理论”,量子理论不是第一个,也不会是最后一个。量子派后来有一个被哄传得很广的论调说“当我们不观察时,月亮是不存在的”,这稍稍偏离了本意,准确来说,因为月亮也是由不确定的粒子组成的,所以如果我们转过头不去看月亮,那一大堆粒子就开始按照波函数弥散开去。于是乎,月亮的边缘开始显得模糊而不确定,它逐渐“融化”,变成概率波扩散到周围的空间里去。当然这么大一个月亮完全融化成空间中的概率是需要很长很长时间的,不过问题的实质是:要是不观察月亮,它就从确定的状态变成无数不确定的叠加。不观察它时,一个确定的,客观的月亮是不存在的。但只要一回头,一轮明月便又高悬空中,似乎什么事也没发生过一样。但其实,量子力学定律将月亮这种巨大质量的物体的波函数限制在很小的区域中,所以即使月亮弥散开去,弥散的程度也不是人眼能看出来的。测不准原理解释:测量一个粒子的位置和速度,其办法是将光照到这粒子上,一部分光波被此粒子散射开,由此指明它的位置。人们不可能将粒子的位置确定到到光的两个波峰之间距离更小的程度,故必须用短波长的光来测量,至少要用一个光量子。这量子会扰动这粒子,并改变粒子的速度,而且位置测量得越准确所需的波长就越短,单独量子的能量就越大,粒子的速度就被扰动得越厉害。你对粒子的位置测量得越准确,对速度的测量就越不准确。(月亮不观测时不是不存在,量子态在观测时由于观测力的相互作用而使波函数坍塌为确定值,微观粒子整体呈现规律性,宏观尺度下观测力几乎对其不影响。)(参考资料:史蒂芬.霍金所著《时间简史》)不能不承认,这听起来很有强烈的主观唯心论的味道,它其实和我们通常理解的那种哲学理论有一定区别,不过讲到这里,许多人大概都会自然而然地想起贝克莱(George Berkeley)主教的那句名言:“存在就是被感知”(拉丁文:Esse Est Percipi)。这句话要是稍微改一改讲成“存在就是被测量”,那就和哥本哈根派的意思差不离了。贝克莱在哲学史上的地位无疑是重要的,人们通常乐于批判他,我们的哥本哈根派是否比他走得更远呢?好歹贝克莱还认为事物是连续客观地存在的,因为总有“上帝”在不停地看着一切。而量子论?“陛下,我不需要上帝这个假设”。与贝克莱互相辉映的东方代表大概要算王阳明。他在《传习录·下》中也说过一句有名的话:“你未看此花时,此花与汝同归于寂;你来看此花时,则此花颜色一时明白起来……”如果王阳明懂量子论,他多半会说:“你未观测此花时,此花并未实在地存在,按波函数而归于寂;你来观测此花时,则此花波函数发生坍缩,它的颜色一时变成明白的实在……”测量即是理,测量外无理。薛定谔的猫和量子自杀究竟是必然还是偶然决定了宇宙的命运?或者说:‘上帝’玩骰子吗?这个是量子力学和相对论最大的争议。量子力学主张:世界是由不确定的、随机的事件决定,这个不确定(后者叫波动)其实就是辩证法主张的矛盾运作;而相对论则认为:世界应该是由固定的、机械的规律统治,任何看似偶然的事件背后,其实都有必然在支撑。关于薛定谔的猫,包括爱因斯坦在内的许多非主流科学家是持怀疑态度的,他们认为:这个原因是由“平行宇宙”(MWI)造成的,即: 当我们向盒子里看时,整个世界分裂成它自己的两个版本。这两个版本在其余的各个方面都是全同的。唯一的区别在于其中一个版本中,原子衰变了,猫死了;而在另一个版本中,原子没有衰变,猫还活着。在量子的多世界中,我们通过参与而选择出自己的道路。在我们生活的这个世界上,没有隐变量,上帝不会掷骰子,一切都是真实的。这个观点还有更骇人听闻的假设:量子自杀。量子自杀的提出在 量子力学 里,量子自杀是想法实验,这令人毛骨悚然和啼笑皆非的实验在80年代末由Hans Moravec,Bruno Marchal等人提出,而又在1998年为宇宙学家Max Tegmark针对 哥本哈根 “波函数坍缩”中的“意识怪兽”,在那篇广为人知的宣传 MWI 的论文中所发展和重提。Max Tegmark认为宇宙有多个, 量子 的不确定性被分配到各个 宇宙 去,只要从主观视角来看,不但一个人永远无法完成 自杀 ,事实上他一旦开始存在,就永远不会消失!总存在着一些量子效应,使得一个人不会衰老,而按照MWI,这些非常低的概率总是对应于某个实际的世界!量子自杀实验在一套设备里,利用原子衰变来控制扣动一把枪的扳机,我们就可以观测当一个人被打死了(如果衰变-->开枪)或者没有(没有衰变)。他迟早被打死,因为随着原子衰变概率的增加,枪的扳机迟早会扣动。但对当事人本身的角度来说完全不是这样。因为对他唯一有意义的就是“那些他活着的世界”。永远都会有一个他活在某个世界!如果平行宇宙理论是正确的,那么对于某人来说,他无论如何试图去自杀都不会死!要是他拿刀抹脖子,那么因为组成刀的是一群符合 波动方程 的 粒子 ,所以总有一个非常非常小的可能性,以某种方式丝毫无损地穿透了该人的脖子,从而保持该人不死!当然这个概率极小极小,但按照MWI,一切可能发生的都实际发生了,所以这个现象总会发生在某个宇宙!其实不管换什么方式自杀都一样,跳楼也好,卧轨也好,上吊也好,总存在那么一些宇宙,让他还活着。从该人自身的视角来看,他怎么死都死不掉!当然在其他无穷个宇宙里,他的亲朋好友却要为他哀悼了。这实际上也是薛定谔猫的一个真人版。大家知道在猫实验里,如果原子衰变,猫就被毒死,反之则存活。对此,哥本哈根派的解释:在我们没有观测它之前,猫是“又死又活”的,而观测后猫的波函数发生坍缩,猫要么死要么活。MWI则声称:每次实验必定同时产生一只活猫和一只死猫,只不过它们存在于两个平行的世界中。宇宙分裂这样一来,薛定谔的猫也不必再为死活问题困扰。只不过是宇宙分裂成了两个,一个有活猫,一个有死猫罢了。对于那个活猫的宇宙,猫是一直活着的,不存在死活叠加的问题。对于死猫的宇宙,猫在分裂的那一刻就实实在在地死了,不要等人们打开箱子才“坍缩”,从而盖棺定论。从宇宙诞生以来,已经进行过无数次这样的分裂,它的数量以几何级数增长,很快趋于无穷。我们现在处于的这个宇宙只不过是其中的一个,在它之外,还有非常多的其他的宇宙。有些和我们很接近,那是在家谱树上最近刚刚分离出来的,而那些从遥远的古代就同我们分道扬镳的宇宙则可能非常不同。也许在某个宇宙中,小行星并未撞击地球,恐龙仍是世界主宰。在某个宇宙中,埃及艳后克娄帕特拉的鼻子稍短了一点,没有叫恺撒和安东尼怦然心动。那些反对历史决定论的“鼻子派历史学家”一定会对后来的发展大感兴趣,看看是不是真的存在历史蝴蝶效应。在某个宇宙中,格鲁希没有在滑铁卢迟到,而希特勒没有在敦刻尔克前下达停止进攻的命令。而在更多的宇宙里,因为物理常数的不适合,根本就没有生命和行星的存在。似乎这个结论是可以将整个量子力学和相对论联系起来,或者说,是用相对论取代了量子力学。但是,请注意:平行宇宙的保留了矛盾的对立性(同一个宇宙的猫不会有生死叠加)却肢解了矛盾的统一性(使得矛盾双方位于两个不同的宇宙),辩证法的根本规律似乎要被否定了?且慢!仔细考虑一下:每一个电子的跳跃,每一个光子的衍射,我在键盘上敲打的每一个字符,都可以创造一个宇宙?那么,自大爆炸以来,究竟有多少个宇宙被创造出来了?宇宙的数量每秒钟都在以骇人听闻的速度增长?这个理论似乎是要为了解释一个小小的电子的衍射而兴师动众的创造一个庞大的宇宙呀!也没有任何证据能够证明这个理论,我们从来没有发现我们拥有能够创造宇宙的能力。弦论看来,唯物辩证法被推翻的的忧虑暂时是可以放下了,也许在不久的将来,随着以量子力学为基础的大一统理论确立(最可能的是弦论),辩证法也会被提高到一个史无前例的高峰。而建立在辩证法之上的理论,也就有了稳固的根基,而这正是我们研究哲学和物理的根本目的。事实上,薛定谔的猫的意义不仅在于宏观量子态是否存在,而且对于量子态波函数的如何塌缩都是一个冲击。仅仅在极端条件下实现几个粒子的两种叠加状态,便说证实了薛定谔的猫有些为时过早,等到哪天真能观测到宏观物质的量子态再说不迟。

为什么要研究那个变态的理论==在这个理论里面,存在三个主体。一,实验者,你,二,实验对象,猫,三,客观因素,假设是我(取代原子衰变)。现在我有一个盒子,里面装了一只猫,我让你猜那只猫是活的是死的,你猜活的,我就弄死那只猫,你猜是死的,我就让那猫活着出来,当然可以是你认为那只猫是活的,我就让那猫活,你认为那只猫是死的,我就弄死它,而且,这猫也可能不受我影响,突然死了,或者怎么弄也不死。在猫没有从盒子里面拿出来的时候,我们了解到的是,放进盒子的时候,猫是活着的。而把猫拿出来之后,我们也可以确切的知道,猫活着,或者死了这两种结果。可是猫在盒子中的时候,因为你的不确定,还存在我的潜在影响,还有猫自身的未知,整体来说,那只命悬一线的猫,就是一个实验牺牲品,实验不结束,它就可以一直活着,可是实验如果需要结束了,它到底是活着还是死了,就不好说了。所以,在你举例的时候,你考虑到,我手里有一个硬币,让你猜,是有,还是没有,你说你是不确定的,可是你没有考虑到,我可能会根据你的判断,作弊。你可以想象一下,让你猜硬币的人,是刘谦,他在你面前将一枚硬币,放在手里面,然后让你猜,硬币还在不在。首先确定的是,硬币是在你眼前放在他手里面的,在放置的一瞬间,硬币是存在的。可是他把手打开的时候,结果可存在,也可能消失,可能跟你预测的结果,一样,也可能正好相反。薛定谔的猫,是一场允许出千的博弈。而且薛定谔的猫,一般都很强调活体样本的。比如实验题是猫,而不是说。某一个化学反应,如果条件充足,他就能够成功,如果条件不充足,就不能成功,可是在一个潜在条件充足可能性的环境下,我们并不能确切的预见到实验是否成功,我们之知道,实验对象在放置进入那个环境的放置时,他还是他本身,不明确他是不是会随着实验的成功或者失败,状态有所改变。薛定谔的猫,是很强调那只猫的==薛定谔是个大变态,哼。

在科学构建的理论体系中,我们不属于这个物质的世界。我们不在这个世界中,在世界之外,我们只是世界的观察者。而认为我们在这个世界的原因是我们的身体在这个世界,不仅仅我的身体,我周围的朋友、猫、狗、房子和所有的生物都在这个世界里,这也是我跟他们交流的唯一途径。

—— 埃尔温·薛定谔(1887–1961)

图一 薛定谔方程

量子力学中有许多 历史 悠久的 思想实验 ,其中大多数都是用来指出量子力学中的破绽。理论物理学家、量子力学的先驱之一埃尔温·薛定谔设想了这样一个思想实验:

把一只猫关在装有放射源及有毒气体的封闭容器里。放射源在单位时间内有一定的 几率 会发生衰变,当检测到放射源衰变时,有毒气体就会释放,猫就会死;如果放射源没有发生衰变的话,猫就存活。

量子力学中的 哥本哈根诠释 (Copenhagen interpretation)指出:物理系统的属性并不是确定的,只能用量子力学的概率术语来衡量系统的属性,而且测量的行为会对系统产生影响,造成概率集缩小到许多可能值中的一个,这种情况被称为 波函数坍缩 (wave-function collapse)。

举例来说:在你看月亮之前,月亮是任意可能的状态,比如说满月、半月、新月等。但是只要你一看,月亮就会坍塌到一种可能的状态。因此,观测这种手段,在量子力学中扮演着重要的角色。考虑上面的思想实验,这意味着过了一段时间之后,猫同时活着和死去。当你向盒子里面看的时候,这瞬间你就会看到猫是活着或是死了,而不是既死去又活着。

这里有一个问题,那就是 量子叠加态 是什么时候结束的,什么时候坍塌到其中一种可能的状态?量子叠加不适用于大型物体,比如说猫,因为生物并不能同时活着和死亡。因此,薛定谔判定,哥本哈根诠释必然存在内在的缺陷。薛定谔的猫试图通过扩大哥本哈根诠释的规模来指出这个解释到底有多奇怪。

你有一个装着猫的盒子,盒子里有一个满足这样设定的处于叠加态的粒子:当粒子处于一个状态时,猫会中毒死亡;当粒子处于另一个状态时,猫会平安无事。

由于 猫的存活状态由粒子的状态决定 ,那么如果粒子是处于叠加态,猫也一定处于叠加态。

图二 哥本哈根诠释

根据哥本哈根诠释,猫实际上是既活又死的,当你打开盒子看的时候,猫才会处于一个状态。这里有一个关于 观测 (observe)的重要问题:猫是观测者么?

为了理解这个,需要先理解“观测者”的概念。量子力学中的观测者跟观测者效应紧密相关——其中观测的行为必然会跟被观测的物体存在 相互作用 ,在相互作用中影响物体的特性。猫和打开盒子的人一样有权被称为观测者,因为它一定可以根据是否存在有毒气体来判断粒子是否发生衰变。猫会持续地观察盒子里面的空气,会永久地将装有毒气体的小瓶坍塌到“破碎”或者“完整”的状态。

这并不像看起来的那样好理解。

这里,打开盒子的人和盒子里面猫都可以看做是观测者或者非观测者。按照这个逻辑,释放毒气的瓶子可以算作是勘测衰变的测量装备,因此也可以被视为观测者或是探测器么?它不是在不断地使放射性同位素的波函数坍塌么?在链式反应的哪个点上叠加被破坏了呢?

这引出了另一个问题:观测者到底是什么?任意一个物体都可以被看做是观测者吗?如果一切都是观测者,为什么我们会看到量子效应?

为了解决这个问题,美国物理学家休·埃弗雷特(Hugh Everett)提出了一种美丽的诠释,称为量子力学的 多世界诠释 (Many-Worlds Interpretation),该解释于1957年首次发表在他的博士论文中。

图三 休·埃弗雷特 (右二)(从左到右:查尔斯·米斯纳、黑尔·特罗特、尼尔斯·玻尔、戴维·哈里森)

诠释认为,一般的波函数是客观真实的,不存在波函数坍缩。这意味着量子测量的所有可能结果都在某些“世界”或宇宙中物理实现。因此,这个奇怪的想法从另一个角度看待整个思想实验,表明量子力学中“薛定谔的猫”悖论是一系列事件,每一个量子事件都是分支点。即使在盒子打开之前,猫也有活着或者死亡的情况,但这些“活着”或者“死去”的猫在宇宙的不同分支中都是真实存在的,但彼此之间并不关联。

图四:由于两个叠加和纠缠的量子力学状态导致的宇宙分离

1935年,诺贝尔物理学得主、奥地利物理学家埃尔温·薛定谔提出的这一例证指出:量子理论者们认为的微观层面上物质的性质和行为,和普通人认为的肉眼可见的宏观层面上观测到的物质的性质和行为之间,存在着不合逻辑的矛盾。

图五 埃尔温·薛定谔

多年以来,薛定谔的猫一直被用来类比阐述量子力学中新兴理论间的差异。比如说在多世界诠释理论中,猫既是死的又是活的,因为观察者和猫代表两种现实:一种的猫死了,另一种的猫活着。据说,薛定谔本人在晚年曾说过,他希望自己从未见过那只猫。

在观察非常微观的世界时,粒子和波是同等重要的,在这个尺度下,我们不能用已知的经验来判断事物的运动规律……所有的经验都是错的,没有任何类似的物理例子来类比原子内部发生了什么。这时候,原子就像原子,没有其他的比喻。

——约翰·格里宾(John Gribbin)

作者:Physics History

翻译: Nuor

审校: zhenni

原文链接:

科学技术对人类 社会 的发展有非常重要的影响。从最初的制造工具、建造房屋,到形成村落、城市,从简单的运输工具到飞机、宇宙飞船,从简单的文字,到各式各样的语言,从原始的隔空喊话,到高速便捷的现代通信,从抬头仰望星星,到深入 探索 宇宙,所有的一切,都与科学技术的发展密切相关。

翻译内容仅代表作者观点

不代表中科院物理所立场

✨编者按:针对于目前大量的灵修,宗教以及商家,偷换量子理论的概念,以达到其目的,特转发张天荣老师的科普系列文章《走进量子纠缠》。本科普系列是想尽量使用通俗的语言,向公众介绍神秘奇妙的‘量子纠缠’。—— 小义子

要认识神秘的量子纠缠,首先要认识神秘的量子现象。

不管是学哪个行业的,大概都听说过奇妙的量子现象。诸如测不准原理啦,薛定谔的猫之类的,在日常生活中看起来匪夷所思的现象,却是千真万确存在于微观的量子世界中。

许多人将听起来有些诡异的量子理论视为天书,从而敬而远之。有人感叹说:“量子力学,太不可思议了,不懂啊,晕!”

不懂量子力学,听了就晕,那是非常正常的反应。听听诺贝尔物理学奖得主,大物理学家费曼的名言吧。费曼说:“我想我可以有把握地讲,没有人懂量子力学!” 量子论的另一创始人玻尔(Niels Bohr)也说过:“如果谁不为量子论而感到困惑,那他就是没有理解量子论。”既然连费曼和玻尔都这样说,我等就更不敢吹牛了。

因此,我们暂时不要奢望‘懂得’量子力学。此一系列文章的目的是让我们能够多‘了解’、多认识一些量子力学。因为量子力学虽然神秘,却是科学史上最为精确地被实验检验了的理论,量子力学经历了100多年的艰难历史,发展至今,可说是到达了人类智力征程上的最高成就。身为现代人,如果不曾‘了解’一点点量子力学,就如同没有上过因特网,没有写过email一样,可算是人生的一大遗憾啊。

刚才提及量子现象时,说到了‘薛定谔的猫’,我们的讨论可由此开始。

薛定谔(E.Schr dinger ,1887—1961)是奥地利著名物理学家、量子力学的创始人之一,曾获1933年诺贝尔物理学奖,量子力学中描述原子、电子等微观粒子运动的薛定谔方程,就是以他而命名的。

那么,首先我们需要了解,什么是‘叠加态’?

根据我们的日常经验,一个物体某一时刻,总会处于某个固定的状态。比如我说:女儿现在‘在’客厅里,或是说:女儿现在‘不在’客厅里。要么在,要么不在,两种状态,必居其一。然而,在微观的量子世界中,情况却有所不同。微观粒子可以处于一种所谓‘叠加态’的状态中,这种状态是不确定的。例如,电子可以同时位于两个不同的地点:A和B,也就是说,电子既在A,又不在A。电子的状态是‘在’和‘不在’,两种状态按一定几率的叠加。电子的这种混合状态,叫做‘叠加态’。

聪明的读者会说:“女儿此刻‘在’或‘不在’客厅,看一眼就清楚了。电子在A,或是不在A,测量一下不就知道了吗?”说得没错,当我们对电子的状态进行‘测量’时,电子的‘叠加态’不复存在,而是‘坍缩’到‘在A’,或是‘不在A’,两个状态的其中之一。但是,微观与宏观之不同,是在于观测之前。女儿在不在客厅,观测之前已成事实,并不以‘看’或‘不看’而转移。而微观电子坍缩前的状态,并无定论,直到测量它,才因坍缩而确定。这是微观世界中量子叠加态的奇妙特点。

尽管量子现象显得如此神秘。然而,量子力学的结论却早已在诸多方面被实验证实,被学术界接受,在各行各业还得到各种应用,量子物理学对我们现代日常生活的影响无比巨大。以其为基础而产生的电子学革命及光学革命将我们带入了如今的计算机信息时代。可以说,没有量子力学,就不会有今天所谓的‘高科技’产业。

如何解释量子力学的基本理论,仍然是见仁见智,莫衷一是。这点也曾经深深地困扰着它的创立者们,包括伟大的爱因斯坦。微观叠加态的特点与宏观规律如此不同,物理学家如薛定谔也想不通。于是,薛定谔在1935年发表了一篇论文,题为《量子力学的现状》,在论文的第5节,薛定谔编出了一个‘薛定谔猫’的理想实验,试图将微观不确定性变为宏观不确定性,微观的迷惑变为宏观的佯谬,以引起大家的注意。果不其然!物理学家们对此佯谬一直众说纷纭、争论至今。

以下是‘薛定谔猫’的实验描述。

把一只猫放进一个封闭的盒子里,然后把这个盒子连接到一个装置,其中包含一个原子核和毒气设施。设想这个原子核有50%的可能性发生衰变。衰变时发射出一个粒子,这个粒子将会触发毒气设施,从而杀死这只猫。根据量子力学的原理,未进行观察时,这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态,因此,那只可怜的猫就应该相应地处于‘死’和‘活’ 的叠加态。非死非活,又死又活,状态不确定,直到有人打开盒子观测它。

实验中的猫,可类比于微观世界的电子(或原子)。在量子理论中,电子可以不处于一个固定的状态(0或1),而是同时处于两种状态的叠加(0和1)。如果把叠加态的概念用于猫的话,那就是说,处于叠加态的猫是半死不活、又死又活的。

量子理论认为:如果没有揭开盖子,进行观察,薛定谔的猫的状态是‘死’与‘活’的叠加。此猫将永远处于同时是死又是活的叠加态。这与我们的日常经验严重相违。一只猫,要么死,要么活,怎么可能不死不活,半死半活呢?别小看这一个听起来似乎荒谬的物理理想实验。它不仅在物理学方面极具意义,在哲学方面也引申了很多的思考。

谈到哲学,聪明的读者又要笑了,因为在古代哲学思想中,不凡这种似是而非、模棱两可的说法。这不就是辩证法的思想吗?你中有我,我中有你,一就是二,二就是一,合二而一,天人合一,等等等等,如此而已。

此话不假,因此才有人如此来比喻‘薛定谔的猫’:男女在开始恋爱前,不知道结果是好或者不好,这时,可以将恋爱结果看成好与不好的混合叠加状态。如果你想知道结果,唯一的方法是去试试看,但是,只要你试过,你就已经改变了原来的结果了!

无论从人文科学的角度,如何来诠释和理解‘薛定谔的猫’,人们仍然觉得量子理论听起来有些诡异。有读者可能会说:“你拉扯了半天,我仍然不懂量子力学啊!”

还好,刚才我们已经给读者打了预防针,不是吗?没有人懂量子力学,包括薛定谔自己在内!薛定谔的本意是要用‘薛定谔猫’这个实验的荒谬结果,来嘲笑哥本哈根学派对量子力学,对薛定谔方程引进的‘波函数’概念的几率解释,但实际上,这个假想实验使薛定谔自己,站到了自己奠基的理论的对立面上,难怪有物理学家调侃地说到薛定谔:“薛定谔不懂薛定谔方程!”

到此为止,我们解释了半天‘薛定谔猫’实验的来龙去脉,却只字未提薛定谔的女朋友之事。再此赶快补上这段八卦,以免使读者大失所望。

薛定谔应该具有超凡的个人魅力,风流倜傥,女友无数。要不然怎么会触动舞台剧编导、纽约剧作家马修韦尔斯的灵感,写出了一部‘薛定谔的女朋友’的舞台剧呢?

以下是这个舞台剧2001-2003年在旧金山和纽约演出时的剧照和海报。

《薛定谔的女朋友》是关于爱,性,和量子物理学的一部另类浪漫喜剧。剧作家马修韦尔斯本人,并没有受过超出高中课程的科学教育,但却痴迷于物理学的神秘。他说:”我永远无法进入数学,但我发现它背后的概念,视觉和类比,是如此地引人入胜!”

舞台剧中有这么一段饶有趣味的话:“到底是波动-粒子的二象性难一点呢,还是老婆-情人的二象性更难?”据说薛定谔有很多情妇,也有不少私生子,身边不乏红颜知己。薛定谔的女友和薛定谔的猫一样不确定,薛定谔的婚姻爱情观和他的物理理论一样,不同凡响。据说,薛定谔是个‘多情种子’类的人物,他的情妇虽然多,但他每爱一个女人时,都是真心实意地。也许我们可以用量子力学的语言来作个比喻:薛定谔的感情和性生活,总是处于一个包括很多本征态的复杂叠加态中。一定时期,叠加态‘坍缩’到某个本征态,薛定谔便投入一个女友的怀抱。

但是,在薛定谔众多女友中,有一位很不一般的神秘女人,正是她,成为了这部舞台剧的女主人公。

在1925年圣诞节前,薛定谔像往年一样,来到美丽的、白雪皑皑的阿尔卑斯山上度假,但这次陪伴他的不是太太安妮,而是一位来自维也纳的神秘女友。薛定谔的这位女友神秘莫测,直到八十多年后的今天,也无人考证出她的身份来历。她不是考证者已知的薛定谔情妇中的任何一位。无论如何,在这对情侣共度佳期的时期内,这位神秘女郎极大地激发了薛定谔的灵感,使得他令人惊异地始终维持着一种极富创造力和洞察力的状态。因此,物理学家们说,薛定谔的伟大工作是在他生命中一段情欲极其旺盛的时期内作出的。薛定谔自己也不否认这点,他认为,通过观看这个引人注目的女人,他找到了困惑科学界波/粒二象性看似矛盾的关键。果然,之后的一年内,薛定谔接连不断地发表了六篇关于量子力学的主要论文,提出了著名的薛定谔方程。因此,在享受量子力学带给我们辉煌灿烂的科技成果的今天,我们也应该感谢这位神秘女郎的贡献。

综上所述,是‘薛定谔的神秘女友’,激发了薛定谔天才的想象力和灵感,使其建立了微观世界中粒子的波函数所遵循的薛定谔方程。然后,薛定谔不同意哥本哈根派对波函数的解释,设计了‘薛定谔的猫’的思想实验。用薛定谔自己的话来说,他要用这个“恶魔般的装置”,让人们闻之色变。薛定谔说:看吧,如果你们将波函数解释成粒子的几率波的话,就会导致一个既死又活的猫的荒谬结论。因此,几率波的说法是站不住脚的!

这只猫的确令人毛骨悚然,相关的争论一直持续到今天。连当今伟大的物理学家霍金也曾经愤愤地说:“当我听说薛定谔的猫的时候,我就跑去拿枪,想一枪把猫打死!”

在宏观世界中,既死又活的猫不可能存在,但许多许多实验都已经证实了微观世界中叠加态的存在。总之,通过薛定谔的猫,我们认识了叠加态,以及被测量时叠加态的坍缩。

叠加态的存在,是量子力学最大的奥秘,是量子现象给人以神秘感的根源,是我们了解量子力学的关键。

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薛定谔的猫议论文素材

没有抓到这个思想实验的核心,实质上它描述的是叠加态在观测瞬间坍缩到本征态的设想情况。你所说的加个摄像头,等于从一开始就没关门。思而不学则殆,没有足够知识素材作为支撑,思考就成了空想。我相信撸主只要勤学多想,说不定能找到比多世界假说也就是所谓的平行空间更有意思的解释呢。

很高兴回答你的问题。 感觉这个概念,就是对于中医的高级黑。。。量子纠缠的概念,本来挺神秘的,你看《三体》里的灵魂战士,你不觉得这是迷信,因为是大约说的通的。这就是,儿子生病了,扎爸妈呗?是不是有种《还珠格格》里容嬷嬷扎紫薇,是为了给皇帝治病的感觉。。。不好意思,我笑了。其实针灸,在现代科学里,和刮痧、拔罐类似,解释上,都是通过痛苦的转移,和类似于毛细血管放血、内部破裂等方式来释放压力,是有一定的科学依据的。而且针灸对于一些比如腰椎前盘突出、头痛等疾病还是有疗效的。中医,在传统医学里是比较突出和声明很好的。但是如今的一些所谓医学工作者急功近利,竟然闹出这种笑话,还发论文,关键是论文还通过了?可见国内相关期刊的不负责、不严谨。。。大约花费0.3KB的流量,哈哈哈哈哈。 毕竟,我辣么萌~暴露了中医对现代科学一无所知,好像民科那样知道一两个科学名词就自己编一套理论出来。量子力学之所以那么毁三观就是因为在亚原子尺度下的世界和我们感觉到的宏观世界有着完全不一样的物理规律。但这些规律只是在单个微粒下才有明显作用,薛定谔的猫就是表明这个原理,一个量子态的微粒即使是收到光照这种测量也会马上坍缩成稳定态。我们的宏观世界不但受到光照电磁波的辐射,而且物质都是由无数个原子组成,而原子又由无数个基本粒子组成。所以物质肯定是在坍缩态,我们的物质世界才是稳定的。而量子的纠缠态同样也是一种量子的基本特性,也是对于单个量子来说,但是要制造一对纠缠态的量子调节极其苛刻,成本极高。先不说一个宏观的人体不可能有纠缠态,就是要制造一对纠缠态的量子那是要倾全国甚至是几个国家力量的大型实验室才做得到。那些非物理专业或者是民科在谈量子而且得出和现有研究不一致的理论只能说都是臆想出来的。 通常情况下,不自信的人才喜欢自吹自擂。如果肺活量不足,大喇叭吹不起来,他们就玩阴的,借打压别人或偷换概念上位、出名。 十年前,大部分人对中医本来没什么偏见,但中医就是因为时常被某些上嘴唇挨着天,下嘴唇贴着地的吹鼓手毫无底线地吹捧,才越来越令人质疑、反感! 现在不知从哪儿冒出这么多伪专家和伪大师,只要科学界出现某些新名词、新概念,立马就会被他们生拉硬拽到自己的地盘里,厚颜无耻地移花接木、偷换概念、招摇显摆!如果像量子针灸这么荒诞无稽的说法都能成立的话,当年该有多少反伪斗士早就被王林"大师"隔着几千里戳死了! 客观实事求是地说,中医基本属于经验主义的范畴,诊治手法比较模糊,不够清晰。中医之所以不被当今主流医学和大部分患者认可,原因有三:1,对疾病的分析、判断、治疗没有统一的标准。同一剂药,不同的人就会熬出不同的效果,扎针灸也是如此;2,药材的种植、加工和储藏模式不尽相同;3,学术的传承存在保留、断层、不够公开透明的现象。 真正伟大的科学成果,从不沉湎于外界虚浮的阿谀奉承,面对自身的不足要有剖肝沥胆的勇气和决心! 如果真心把中医视为国粹的话,那么,就请某些人不要整天一副盛气凌人的模样自卖自夸,而是应该保持谦逊、恭敬的心态,主动俯下身子,多听听大家的真实意见、建议。有则改之,无则加勉。把中医药当前存在的瑕疵和短板修整完善,争取早日让中医药以傲然的姿态走向世界,造福人类。这,才是当今中医界刻不容缓的的当务之急! 提出这个问题,显然是中医黑们在恶意误导民众认知方向,把量子纠缠神学家们误导了个别人在中医所发生的错误言论归结为中医的整体错误,企图打倒整个中医学。我必须强调,中医,是整个中华民族历经数千年努力所创立的伟大科学体系,个别人在中医上的正确与否,不影响中医整体的科学性,不管是中医,还是西医,均存在少数荒唐的学者!我们应清醒地认识到,中医,是在人类对大自然仅能利用中草药作为素材的背景下,历经数千年反复实践,并已升华为具有严密理论体系的科学体系,中草药与人类食物同源,与人体生理的兼容性较强,只有中药才能减免西药的人体抗药性与病原的耐药性危害,也只有把成份复杂的中草药按其偏性入药的中医学,才是唯一科学运用中草药的医学,是以单成份入药的西医永远无法替代的医学,方舟子对中医的"废医验药"主张是科盲级的愚蠢提法!制约中医发展的因素,不是中医缺少科学性,而是适应现代 社会 快节奏需求的中成药太少!研发更多更好的中成药,是加快中医发展的重要途径。凡是没有阅读过本人大量医评文章的"中医黑",建议你选择闭嘴,不要误导 社会 ,否则你每天出尽了洋相,却仍然以为自己不知有多高明、多伟大!没什么问题。只是说有中医人在与科学接轨的思考中,并且尝试进行验证。 人与人之间有第六感,这是很多人知道的,感觉过的事情。比如,突然觉得有不好的感觉,然后就有不好的事情发生。还有就是双胞胎之间,母亲与孩子之间的感应,这些也是见诸于报道的。第六感的感应渠道是什么,原理是什么,也是不为人所知的。 还有就是再生人,西藏的神授艺人,这些神秘现象的存在,也是至今无解的。 对于这些东西的解释,也早有说法与量子纠缠有关。 针灸过程,甚至按摩过程,都会有一些跨越性的传感,比如按压手掌某处,感觉的疼痛却可能发生在某个器官部位。这种远距离瞬间传感,恐怕是超出了神经传感的范围。那么为什么,怎么回事? 父母对孩子有关注,能够突然觉察到一些东西,也说明父母与孩子之间存在某种信号通道。只不过,这种连接因人而异,没有普遍的一致性。所以,西医是不会关注的,但这与中医的个体化诊疗是有连接的。 有专注的时候,更容易觉察一些事情的发生。比如,晚上睡觉,母亲对孩子的关注,可以在她睡着

虽然怀疑,但个人还是认为世界可能存在平行空间。从科学角度角度解释,量子力学为平行宇宙提供了一定的理论支持,在围绕观测是否会导致电子位置出现变化的讨论当中,以波尔为首的哥本哈根学派力压爱因斯坦,揭示了世界随机性的本质。

虽然薛定鄂用他的猫为爱因斯坦扳回一城,把微观粒子的运动规律套用在宏观物体上出现逻辑漏洞,导致量子力学一度陷入非常尴尬的困境,但一个叫作艾弗雷特三世的人用他的平行宇宙概念,完美解决了“薛定谔的猫 ”这个物理学难题。他强调观察时世界已经开始分裂,并产生了两个一模一样的宇宙,彼此处于永不相交的平行状态所以又称作“平行宇宙 ”。带入这个概念后,薛定谔的猫自然就不可能处于又死又活的状态,因为人们所看到的只是其中一种情况。

虽然平行宇宙把“薛定谔的猫 ”这个问题解决得很完美,但它对人们思想的冲击是非常巨大的,不少科学家还是认为它是异端学说。 对于无法证实的规律,大家都采取非常保守的态度,平行宇宙概念由于无法从事实层面进行证明和推导,所以它不能当作一种理论来研究,反而在科幻文学领域大放异彩,成为不少作家汲取灵感的美妙素材。对于普通人而言,量子力学这些理论都非常遥远,但平行宇宙却让大家兴趣盎然,而这其实很正常,因为谁都有一颗好奇心。

不少人对平行空间深信不疑,我个人也是如此。这里倒不是因为有什么科学理论在支持,而是这种概念本身就非常美妙,它激发了普通人无限的想象力,更表达了一种对宿命论的绝对冲击。很多人在生活艰难时都会有过这种思考,觉得自己只是运气非常差的那一个,另一个世界的自己会过得非常好,想到这里大家会立马释然许多,这种自我安慰的想法恰恰成了支持平行空间的最大理由。

bt china上搜一下就能找到一些。中文名字叫生活大爆炸,非常搞。

薛定谔的猫论文参考文献

薛定谔猫是关于量子理论的一个理想实验. 实验内容:这只猫十分可怜,她(假设这是一只雌性的猫,以引起更多怜悯)被封在一个密室里,密室里有食物有毒药.毒药瓶上有一个锤子,锤子由一个电子开关控制,电子开关由放射性原子控制.如果原子核衰变,则放出α粒子,触动电子开关,锤子落下,砸碎毒药瓶,释放出里面的氰化物气体,雌猫必死无疑.这个残忍的装置由薛定谔所设计,所以此猫便叫做薛定谔的猫. 薛定谔的倒霉猫薛定谔猫提出原文:薛定谔在1935年发表了一篇论文,题为《量子力学的现状》,在论文的第5节,薛定谔描述了那个常被视为恶梦的猫实验:哥本哈根派说,没有测量之前,一个粒子的状态模糊不清,处于各种可能性的混合叠加.比如一个放射性原子,它何时衰变是完全概率性的.只要没有观察,它便处于衰变/不衰变的叠加状态中,只有确实地测量了,它才会随机的选择一种状态而出现.那么让我们把这个原子放在一个不透明的箱子中让它保持这种叠加状态.现在薛定谔想象了一种结构巧妙的精密装置,每当原子衰变而放出一个中子,它就激发一连串连锁反应,最终结果是打破箱子里的一个毒气瓶,而同时在箱子里的还有一只可怜的猫.事情很明显:如果原子衰变了,那么毒气瓶就被打破,猫就被毒死.要是原子没有衰变,那么猫就好好地活着. 自然的推论:当它们都被锁在箱子里时,因为我们没有观察,所以那个原子处在衰变/不衰变的叠加状态.因为原子的状态不确定,所以猫的状态也不确定,只有当我们打开箱子察看,事情才最终定论:要么猫躺在箱子里死掉了,要么它活蹦乱跳地“喵呜”直叫.问题是,当我们没有打开箱子之前,这只猫处在什么状态?似乎唯一的可能就是,它和我们的原子一样处在叠加态,这只猫当时陷于一种死/活的混合. 一只猫同时又是死的又是活的?它处在不死不活的叠加态?这未免和常识太过冲突,同时在生物学角度来讲也是奇谈怪论.如果打开箱子出来一只活猫,那么要是它能说话,它会不会描述那种死/活叠加的奇异感受?恐怕不太可能.换言之,薛定谔猫概念的提出是为了解决爱因斯坦的相对论所带来的祖母悖论,即平行宇宙之说. [编辑本段]薛定谔猫疑惑 尽管量子论的诞生已经过了一个世纪,其辉煌鼎盛与繁荣也过了半个世纪.但是量子理论曾经引起的困惑至今仍困惑着人们.正如玻尔的名言:“谁要是第一次听到量子理论时没有感到困惑,那他一定没听懂.”薛定谔的猫就是诸多量子困惑中有代表性的一个. 原子核的衰变是随机事件,物理学家所能精确知道的只是半衰期——衰变一半所需要的时间.如果一种放射性元素的半衰期是一天,则过一天,该元素就少了一半,再过一天,就少了剩下的一半.但是,物理学家却无法知道,它在什么时候衰变,上午,还是下午.当然,物理学家知道它在上午或下午衰变的几率——也就是雌猫在上午或者下午死亡的几率. 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,雌猫或者死,或者活.这是她的两种本征态.但是,如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫,则只能说,她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,才能确切地知道雌猫是死是活.此时,猫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,我们永远也不知道雌猫是死是活,她将永远到处于半死不活的叠加态.这与我们的日常经验严重相违,要么死,要么活,怎么可能不死不活,半死半活? 薛定谔挖苦说:按照量子力学的解释,箱中之猫处于“死-活叠加态”——既死了又活着!要等到打开箱子看猫一眼才决定其生死.(请注意!不是发现而是决定,仅仅看一眼就足以致命!)正像哈姆雷特王子所说:“是死,还是活,这可真是一个问题.”只有当你打开盒子的时候,迭加态突然结束(在数学术语就是“坍缩(collapse)”),哈姆雷特王子的犹豫才终于结束,我们知道了猫的确定态:死,或者活.哥本哈根的几率诠释的优点是:只出现一个结果,这与我们观测到的结果相符合. 但是有一个大的问题:它要求波函数突然坍缩.但物理学中没有一个公式能够描述这种坍缩.尽管如此,长期以来物理学家们出于实用主义的考虑,还是接受了哥本哈根的诠释.付出的代价是:违反了薛定谔方程.这就难怪薛定谔一直耿耿于怀了.

主要上说,是你的切入点错了,薛定谔的猫讨论的是量子理论中态叠加的问题,整个问题是客观的,而引入的猫是薛定谔主观的想法,也可以是猪啊狗啊什么的,至于其中动物的死活则是实验结果的一个客观事实,没有打开箱子之前客观上就是不知道是死是活。再看一下百度百科吧:把一只猫放进一个封闭的盒子里,然后把这个盒子连接到一个包含一个放射性原子核和一个装有有毒气体的容器的实验装置。设想这个放射性原子核在一个小时内有50%的可能性发生衰变。如果发生衰变,它将会发射出一个粒子,而发射出的这个粒子将会触发这个实验装置,打开装有毒气的容器,从而杀死这只猫。根据量子力学,未进行观察时,这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态,但是,如果在一个小时后把盒子打开,实验者只能看到“衰变的原子核和死猫”或者“未衰变的原子核和活猫”两种情况。薛定谔在1935年发表了一篇论文,题为《量子力学的现状》,在论文的第5节,薛定谔描述了那个常被视为恶梦的猫实验:哥本哈根派说,没有测量之前,一个粒子的状态模糊不清,处于各种可能性的混合叠加。比如一个放射性原子,它何时衰变是完全概率性的。只要没有观察,它便处于衰变/不衰变的叠加状态中,只有确实地测量了,它才会随机的选择一种状态而出现。那么让我们把这个原子放在一个不透明的箱子中让它保持这种叠加状态。现在薛定谔想象了一种结构巧妙的精密装置,每当原子衰变而放出一个中子,它就激发一连串连锁反应,最终结果是打破箱子里的一个毒气瓶,而同时在箱子里的还有一只可怜的猫。事情很明显:如果原子衰变了,那么毒气瓶就被打破,猫就被毒死。要是原子没有衰变,那么猫就好好地活着。 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,此猫或者死,或者活。这是她的两种本征态。但是,如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫,则只能说,她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,才能确切地知道此猫是死是活。此时,猫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,我们永远也不知道此猫是死是活,她将永远到处于半死不活的叠加态。这与我们的日常经验严重相违,要么死,要么活,怎么可能不死不活,半死半活?

✨编者按:针对于目前大量的灵修,宗教以及商家,偷换量子理论的概念,以达到其目的,特转发张天荣老师的科普系列文章《走进量子纠缠》。本科普系列是想尽量使用通俗的语言,向公众介绍神秘奇妙的‘量子纠缠’。—— 小义子

要认识神秘的量子纠缠,首先要认识神秘的量子现象。

不管是学哪个行业的,大概都听说过奇妙的量子现象。诸如测不准原理啦,薛定谔的猫之类的,在日常生活中看起来匪夷所思的现象,却是千真万确存在于微观的量子世界中。

许多人将听起来有些诡异的量子理论视为天书,从而敬而远之。有人感叹说:“量子力学,太不可思议了,不懂啊,晕!”

不懂量子力学,听了就晕,那是非常正常的反应。听听诺贝尔物理学奖得主,大物理学家费曼的名言吧。费曼说:“我想我可以有把握地讲,没有人懂量子力学!” 量子论的另一创始人玻尔(Niels Bohr)也说过:“如果谁不为量子论而感到困惑,那他就是没有理解量子论。”既然连费曼和玻尔都这样说,我等就更不敢吹牛了。

因此,我们暂时不要奢望‘懂得’量子力学。此一系列文章的目的是让我们能够多‘了解’、多认识一些量子力学。因为量子力学虽然神秘,却是科学史上最为精确地被实验检验了的理论,量子力学经历了100多年的艰难历史,发展至今,可说是到达了人类智力征程上的最高成就。身为现代人,如果不曾‘了解’一点点量子力学,就如同没有上过因特网,没有写过email一样,可算是人生的一大遗憾啊。

刚才提及量子现象时,说到了‘薛定谔的猫’,我们的讨论可由此开始。

薛定谔(E.Schr dinger ,1887—1961)是奥地利著名物理学家、量子力学的创始人之一,曾获1933年诺贝尔物理学奖,量子力学中描述原子、电子等微观粒子运动的薛定谔方程,就是以他而命名的。

那么,首先我们需要了解,什么是‘叠加态’?

根据我们的日常经验,一个物体某一时刻,总会处于某个固定的状态。比如我说:女儿现在‘在’客厅里,或是说:女儿现在‘不在’客厅里。要么在,要么不在,两种状态,必居其一。然而,在微观的量子世界中,情况却有所不同。微观粒子可以处于一种所谓‘叠加态’的状态中,这种状态是不确定的。例如,电子可以同时位于两个不同的地点:A和B,也就是说,电子既在A,又不在A。电子的状态是‘在’和‘不在’,两种状态按一定几率的叠加。电子的这种混合状态,叫做‘叠加态’。

聪明的读者会说:“女儿此刻‘在’或‘不在’客厅,看一眼就清楚了。电子在A,或是不在A,测量一下不就知道了吗?”说得没错,当我们对电子的状态进行‘测量’时,电子的‘叠加态’不复存在,而是‘坍缩’到‘在A’,或是‘不在A’,两个状态的其中之一。但是,微观与宏观之不同,是在于观测之前。女儿在不在客厅,观测之前已成事实,并不以‘看’或‘不看’而转移。而微观电子坍缩前的状态,并无定论,直到测量它,才因坍缩而确定。这是微观世界中量子叠加态的奇妙特点。

尽管量子现象显得如此神秘。然而,量子力学的结论却早已在诸多方面被实验证实,被学术界接受,在各行各业还得到各种应用,量子物理学对我们现代日常生活的影响无比巨大。以其为基础而产生的电子学革命及光学革命将我们带入了如今的计算机信息时代。可以说,没有量子力学,就不会有今天所谓的‘高科技’产业。

如何解释量子力学的基本理论,仍然是见仁见智,莫衷一是。这点也曾经深深地困扰着它的创立者们,包括伟大的爱因斯坦。微观叠加态的特点与宏观规律如此不同,物理学家如薛定谔也想不通。于是,薛定谔在1935年发表了一篇论文,题为《量子力学的现状》,在论文的第5节,薛定谔编出了一个‘薛定谔猫’的理想实验,试图将微观不确定性变为宏观不确定性,微观的迷惑变为宏观的佯谬,以引起大家的注意。果不其然!物理学家们对此佯谬一直众说纷纭、争论至今。

以下是‘薛定谔猫’的实验描述。

把一只猫放进一个封闭的盒子里,然后把这个盒子连接到一个装置,其中包含一个原子核和毒气设施。设想这个原子核有50%的可能性发生衰变。衰变时发射出一个粒子,这个粒子将会触发毒气设施,从而杀死这只猫。根据量子力学的原理,未进行观察时,这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态,因此,那只可怜的猫就应该相应地处于‘死’和‘活’ 的叠加态。非死非活,又死又活,状态不确定,直到有人打开盒子观测它。

实验中的猫,可类比于微观世界的电子(或原子)。在量子理论中,电子可以不处于一个固定的状态(0或1),而是同时处于两种状态的叠加(0和1)。如果把叠加态的概念用于猫的话,那就是说,处于叠加态的猫是半死不活、又死又活的。

量子理论认为:如果没有揭开盖子,进行观察,薛定谔的猫的状态是‘死’与‘活’的叠加。此猫将永远处于同时是死又是活的叠加态。这与我们的日常经验严重相违。一只猫,要么死,要么活,怎么可能不死不活,半死半活呢?别小看这一个听起来似乎荒谬的物理理想实验。它不仅在物理学方面极具意义,在哲学方面也引申了很多的思考。

谈到哲学,聪明的读者又要笑了,因为在古代哲学思想中,不凡这种似是而非、模棱两可的说法。这不就是辩证法的思想吗?你中有我,我中有你,一就是二,二就是一,合二而一,天人合一,等等等等,如此而已。

此话不假,因此才有人如此来比喻‘薛定谔的猫’:男女在开始恋爱前,不知道结果是好或者不好,这时,可以将恋爱结果看成好与不好的混合叠加状态。如果你想知道结果,唯一的方法是去试试看,但是,只要你试过,你就已经改变了原来的结果了!

无论从人文科学的角度,如何来诠释和理解‘薛定谔的猫’,人们仍然觉得量子理论听起来有些诡异。有读者可能会说:“你拉扯了半天,我仍然不懂量子力学啊!”

还好,刚才我们已经给读者打了预防针,不是吗?没有人懂量子力学,包括薛定谔自己在内!薛定谔的本意是要用‘薛定谔猫’这个实验的荒谬结果,来嘲笑哥本哈根学派对量子力学,对薛定谔方程引进的‘波函数’概念的几率解释,但实际上,这个假想实验使薛定谔自己,站到了自己奠基的理论的对立面上,难怪有物理学家调侃地说到薛定谔:“薛定谔不懂薛定谔方程!”

到此为止,我们解释了半天‘薛定谔猫’实验的来龙去脉,却只字未提薛定谔的女朋友之事。再此赶快补上这段八卦,以免使读者大失所望。

薛定谔应该具有超凡的个人魅力,风流倜傥,女友无数。要不然怎么会触动舞台剧编导、纽约剧作家马修韦尔斯的灵感,写出了一部‘薛定谔的女朋友’的舞台剧呢?

以下是这个舞台剧2001-2003年在旧金山和纽约演出时的剧照和海报。

《薛定谔的女朋友》是关于爱,性,和量子物理学的一部另类浪漫喜剧。剧作家马修韦尔斯本人,并没有受过超出高中课程的科学教育,但却痴迷于物理学的神秘。他说:”我永远无法进入数学,但我发现它背后的概念,视觉和类比,是如此地引人入胜!”

舞台剧中有这么一段饶有趣味的话:“到底是波动-粒子的二象性难一点呢,还是老婆-情人的二象性更难?”据说薛定谔有很多情妇,也有不少私生子,身边不乏红颜知己。薛定谔的女友和薛定谔的猫一样不确定,薛定谔的婚姻爱情观和他的物理理论一样,不同凡响。据说,薛定谔是个‘多情种子’类的人物,他的情妇虽然多,但他每爱一个女人时,都是真心实意地。也许我们可以用量子力学的语言来作个比喻:薛定谔的感情和性生活,总是处于一个包括很多本征态的复杂叠加态中。一定时期,叠加态‘坍缩’到某个本征态,薛定谔便投入一个女友的怀抱。

但是,在薛定谔众多女友中,有一位很不一般的神秘女人,正是她,成为了这部舞台剧的女主人公。

在1925年圣诞节前,薛定谔像往年一样,来到美丽的、白雪皑皑的阿尔卑斯山上度假,但这次陪伴他的不是太太安妮,而是一位来自维也纳的神秘女友。薛定谔的这位女友神秘莫测,直到八十多年后的今天,也无人考证出她的身份来历。她不是考证者已知的薛定谔情妇中的任何一位。无论如何,在这对情侣共度佳期的时期内,这位神秘女郎极大地激发了薛定谔的灵感,使得他令人惊异地始终维持着一种极富创造力和洞察力的状态。因此,物理学家们说,薛定谔的伟大工作是在他生命中一段情欲极其旺盛的时期内作出的。薛定谔自己也不否认这点,他认为,通过观看这个引人注目的女人,他找到了困惑科学界波/粒二象性看似矛盾的关键。果然,之后的一年内,薛定谔接连不断地发表了六篇关于量子力学的主要论文,提出了著名的薛定谔方程。因此,在享受量子力学带给我们辉煌灿烂的科技成果的今天,我们也应该感谢这位神秘女郎的贡献。

综上所述,是‘薛定谔的神秘女友’,激发了薛定谔天才的想象力和灵感,使其建立了微观世界中粒子的波函数所遵循的薛定谔方程。然后,薛定谔不同意哥本哈根派对波函数的解释,设计了‘薛定谔的猫’的思想实验。用薛定谔自己的话来说,他要用这个“恶魔般的装置”,让人们闻之色变。薛定谔说:看吧,如果你们将波函数解释成粒子的几率波的话,就会导致一个既死又活的猫的荒谬结论。因此,几率波的说法是站不住脚的!

这只猫的确令人毛骨悚然,相关的争论一直持续到今天。连当今伟大的物理学家霍金也曾经愤愤地说:“当我听说薛定谔的猫的时候,我就跑去拿枪,想一枪把猫打死!”

在宏观世界中,既死又活的猫不可能存在,但许多许多实验都已经证实了微观世界中叠加态的存在。总之,通过薛定谔的猫,我们认识了叠加态,以及被测量时叠加态的坍缩。

叠加态的存在,是量子力学最大的奥秘,是量子现象给人以神秘感的根源,是我们了解量子力学的关键。

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“薛定谔的猫”理论指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。

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。

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。

根据经典物理学,在盒子里必将发生这两个结果之一,而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果。在量子的世界里,当盒子处于关闭状态,整个系统则一直保持不确定性的波态,即猫生死叠加。

猫到底是死是活必须在盒子打开后,外部观测者观测时,物质以粒子形式表现后才能确定。这项实验旨在论证量子力学对微观粒子世界超乎常理的认识和理解;

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。

参考资料:百度百科--薛定谔的猫

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