薛定谔的猫什么意思_薛定谔的猫表白啥意思
体育百科 2022-11-20 13:22www.1689878.com体育运动

最近很多小伙伴们在追寻关于薛定谔的猫什么意思的解答,今天王编为大家选取10条解答来给大家剖析! 有79%读者认为薛定谔的猫什么意思_薛定谔的猫表白啥意思值得一读!

10条解答




1.薛定谔的猫是什么意思?

一只猫被封在一个密室里,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,则放出阿尔法粒子,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,猫必死无疑。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。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,猫或者死,或者活。这是它的两种本征态。如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫,则只能说,它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,才能确切地知道猫是死是活。 此时,猫构成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,我们永远也不知道猫是死是活,它将永远处于半死不活的叠加态,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。 扩展资料 量子力学告诉我们:除非进行观测,否则一切都不是确定的,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。爱因斯坦和少数非主流派物理学家拒绝接受由波尔及其同事创立的理论结果。 爱因斯坦认为,量子力学只不过是对原子及亚原子粒子行为的一个合理的描述,这是一种唯象理论,它本身不是终极真理。他说过一句名言:“‘上帝’不会掷骰子。”他不承认薛定谔的猫的非本征态之说,认为一定有一个内在的机制组成了事物的真实本性。 薛定谔想要借此阐述的物理问题:宏观世界是否也遵从适用于微观尺度的量子叠加原理。“薛定谔猫”佯谬巧妙地把微观放射源和宏观的猫联系起来,旨在否定宏观世界存在量子叠加态。 然而随着量子力学的发展,科学家已先后通过各种方案获得了宏观量子叠加态。此前,科学家最多使4个离子或5个光子达到“薛定谔猫”态。如何使更多粒子构成的系统达到这种状态并保存更长时间,已成为实验物理学的一大挑战。 参考资料来源:-薛定谔的猫


2.“薛定谔的猫”到底是什么梗,为什么会这么火?

“薛定谔的猫”实则是指薛定谔在1935年做的一个理想实验,但后来“薛定谔的猫”被我们用来指处于两种状态的叠加态的事物。而“薛定谔的猫”会这么火,是因为撒贝宁曾在《明星大侦探》这档综艺中给人们科普过这个词,而人们觉得“薛定谔的猫”很有意思,就开始让这个词融入我们的平常生活中了。 薛定谔的这个理想实验是指将一只猫关在装有一个有少量(以原子为单位计算 的放射物镭和装有氰化物的瓶子密闭容器里,从而研究这只猫的生存状态的一个实验。镭作为放射物它具有衰变性,而它的衰变存在几率。如果镭发生衰变,就会释放出中子触发机关,打碎装有氰化物的瓶子,这样一来猫就会死;但如果镭不衰变释放出中子,装有氰化物的瓶子就不会碎,猫就能活。 镭衰变的概率是50 ,因此猫活着的概率是50 ,而它死掉的概率也是50 。在打开这个盒子之前,猫的存活状态是生与死的叠加态。它既可能还活着,也可能是死了。因此我们现在经常用“薛定谔的猫”来形容处于叠加态的、不确定的事物,比如后来衍生出的“薛定谔的处女”这个梗。 “薛定谔的处女”是说一个房间里有一男一女,开门后这个女的有50 的可能是处女,也有50 的可能不是处女。此时,这个女的就处于处女与非处女的叠加态这种不确定的状态。 而这些梗在生活中其实就是一些很简单的例子,比如你爸妈出门前叫你洗碗。在他们回来的时候,你既可能洗了碗,也可能没洗碗,此时你就处于洗碗和没洗碗的叠加态。因此,“薛定谔的猫”现在常用来形容不确定的事物。


3.我喜欢的人对我说薛定谔的猫是什么意思

薛定谔的猫是奥地利著名物理学家薛定谔提出的一个思想实验,是指将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变存在几率,如果镭发生衰变,会触发机关打碎装有氰化物的瓶子,猫就会死;如果镭不发生衰变,猫就存活。 薛定谔的猫根据量子力学理论,由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加,猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”。但是,不可能存在既死又活的猫,则必须在打开箱子后才知道结果。 薛定谔的猫试图从宏观尺度阐述微观尺度的量子叠加原理的问题,巧妙地把微观物质在观测后是粒子还是波的存在形式和宏观的猫联系起来,以此求证观测介入时量子的存在形式。随着量子物理学的发展,薛定谔的猫还延伸出了平行宇宙等物理问题和哲学争议。 扩展资料: 实验的科学影响及意义:量子力学作为20世纪最有突破的科学成就之一,也是最具争议的科学之一。“薛定谔的猫”很好的阐述了这一现状。人们不能接受量子力学是因为它的不确定性。 对于传统的物理学来说,只要找到了事物之间相关的联系,就能在每时每刻确定,事物之间相关的物理数据,比如说,物体运行距离等于物体的速度乘以物体运行的时间,只要知道物体的速度,你每时每刻都能计算出物体运行了多远,然而海森堡提出的量子不确定性原理使得你无法预知一个微观粒子未来的状态。正如爱因斯坦所说的:上帝不玩骰子,但是量子力学让我们不得不相信,上帝似乎是玩骰子的。


4.男生对女生说薛定谔的猫是什么意思

不确定的意思,不确定爱上你是对是错,不确定应不应该喜欢你。好的坏的各占50 。


5.薛定谔的猫是什么意思看不懂

在向你心仪的女神表白之前,你不知道她到底是喜欢你还是不喜欢你,也许连她自己都不是很明确,这时候她对你的感情就处于“喜欢 不喜欢”状态,或者叫薛定谔猫态。在你表白之后,这个状态就坍缩成“我也喜欢你”和“你是个好人”两种确定的不同的状态,其概率取决于你是高帅富还是吊丝等诸多因素。 在一个宇宙中,你们俩幸福地抱在了一起; 而在另一个平行宇宙中,你回家看了个爱情片。 方程 埃尔温·薛定谔在20世纪20年代中期创立了现在被称为量子力学分支中的一个方程。后来被称之为薛定谔
(8π2m/h2 ψ(x,y,z =0 量子理论是20世纪科学的重大进展之一,由于量子力学对传统观念所带来的巨大冲击,连“量子”的提出者在内的科学家都想尽各种办法拒绝它,或做出各种调和性的解释。事实上,薛定谔就被量子力学的结果弄得心神不安,他不喜欢波粒二象性的二元解释以及波的统计解释,试图建立一个只用波来解释的理论。


6.薛定谔的猫是什么意思?我看了一遍介绍还是没看懂

薛定谔的猫是这个意思: 有一个放射性物质,假设每小时有50 的几率衰变,但是如果衰变,那么触发机关,打破装毒药的瓶子,猫会死亡;但如果原子没有衰变,结果相反。那么如果你不打开箱子,即不进行观测,那么你不会知道猫是否死亡;但如果你进行观测,那么可以理解为你进行观测之前猫处于不死不活的状态,猫死与活决定于你进行观测的时候。也可以理解为猫死与活决定于原子衰变的时候。 扩展资料 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:-薛定谔的猫


7.薛定锷的猫什么意思?


什么是薛定谔猫?这要从头说起。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,量子力学是描述原子、电子等微观粒子的理论,它所揭示的微观规律与日常生活中看到的宏观规律很不一样。处于所谓“叠加态”的微观粒子之状态是不确定的。例如,电子可以同时位于几个不同的地点,直到被观察测量(观测 时,才在某处出现。这种事如果发生在宏观世界的日常生活中,就好比:我在家中何处是不确定的,你看我一眼,我就突然现身于某处——客厅、餐厅、厨房、书房或卧室都有可能;在你看我之前,我像云雾般隐身在家中,穿墙透壁到处游荡。这种“魔术”别说常人认为荒谬,物理学家如薛定谔也想不通。于是薛定谔就编出了这个佯谬,以引起注意。果不其然!物理学家争论至今。
实验内容
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。
这个理想实验的巧妙之处,在于通过“检测器-锤子-毒药瓶”这条因果链,似乎将铀原子的“衰变-未衰变叠加态”与猫的“死-活叠加态”联系在一起,使量子力学的微观不确定性变为宏观不确定性;微观的混沌变为宏观的荒谬——猫要么死了,要么活着,两者必居其一,不可能同时既死又活!难怪英国著名科学家霍金听到薛定谔猫佯谬时说:“我去拿枪来把猫打死!”
薛定谔之猫的疑惑
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:“To be or not to be,that was a question."只有当你打开盒子的时候,叠加态突然结束(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。
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。
薛定谔猫佯谬实际上提出了一个十分重要的问题:什么是量子力学的观测?观察或测量都与人的主观有关,而人在箱外,所以必须打开箱子才能决定猫的死活。谁都知道箱中猫的死活是由铀的衰变决定的——衰变前猫是活的,衰变后猫就死了,这与是否有人打开箱子进行观察毫不相干。所以毛病出在观测的主观性上,应该朝这个方向寻根究底。
微观的观测与宏观的观测有所不同。宏观的观测对被观测对象没有什么影响。俗话说:“看一眼总行吧。”意思是对所看之物并无影响,用不着担心。微观的观测对被观测对象有影响,会引起变化。以观测电子为例,要用光照才能看见,光的最小单位光子的能量虽小但不是零,光子照到被观测的电子上,对电子的影响很大。所以,在微观世界中看一眼也会惹祸!
量子力学认为,观测的结果使得被观测对象的状态改变了:一个确定态从原先不确定的叠加态中蹦了出来。再追究下去,观测无非是观测手段(如光子 与被观测对象(如电子 之间的一种相互作用,这种相互作用并不一定与观测者联系起来,后者可以用检测器之类的仪器代替。经过几十年的探索,物理学家终于认识到:在由叠加态到确定态的转变中,观测曾经扮演的角色应该以相互作用来代替,这样不仅更普遍而且更客观。具体到薛定谔猫佯谬,就能将人的主观因素完全排除——猫的死活不是由人开箱看猫一眼所决定的。
读者会说:“不就是一只假想的猫吗,让霍金开枪打死不就完了。”事情并非那么简单,否则许多物理学大师就不会那么孜孜以求了。薛定谔猫佯谬衍生出更深刻的问题:大量原子、分子所构成的生物与这些微观粒子遵从的量子力学规律之间的关系究竟是什么?这不仅是重要的理论问题,而且具有实际意义。例如,自我意识的机制至今仍然是未解之谜,有人认为可能与量子力学或者更深层次的微观规律有关。再如思维过程中的“顿悟”,会不会与前述之“一个确定态就从原先不确定的叠加态中蹦了出来”有关呢?可能有关的还有:生命的起源、物种的变异、光合作用的机制……如此等等。总之,生命的秘密和思维的奥妙不可能与量子力学的规律无关。这就难怪薛定谔后来转而对生命科学很感兴趣了。1946年他写出了著名的《生命是什么》一书,提出了一些很有创见的观点。遗憾的是,在他有生之年,那可怜的箱中之猫依然生死不明。
后续研究
物理学是实验科学,一切要由实验来判定。较早的一批关于“薛定谔猫”的实验是将处于叠加态的单个原子或分子从周围环境中孤立起来,然后以可控制的方法使之相互作用,以观察其变化。结果发现,关键在于环境的相互作用,它导致原先的量子叠加态转变为经典的确定态。但是将这些实验对象当作薛定谔猫是一种极度的简化,单个原子或分子与薛定谔猫相去何止十万八千里。
1996年5月,美国科罗拉多州博尔德的国家标准与技术研究所(NIST 的Monroe等人用单个铍离子作成了“薛定谔的猫”并拍下了快照,发现铍离子在第一个空间位置上处于自旋向上的状态,而同时又在第二个空间位置上处于自旋向下的状态,而这两个状态相距80纳米之遥!
(1纳米为1米的十亿分之一 ——这在原子尺度上是一个巨大的距离。想像这个铍离子是个通灵大师,他在纽约与喜马拉雅同时现身,一个他正从摩天楼顶往下跳伞;而另一个他则正爬上雪山之巅!——量子的这种“化身博士”特点,物理学上称“量子相干性”。在早期的杨氏双缝实验中,单个光粒子即以优美的波粒二象性,轻巧地同时穿过两条狭缝,在观察屏上制造出一幅美丽的明暗相干条纹
薛定谔猫是他在1935年提出的关于量子力学的一个佯谬。这些年来许多物理学家绞尽脑汁,试图解开这个佯谬。显然,既死又活的猫是荒谬的。薛定谔想要借此阐述的物理问题是:宏观世界是否也遵从适用于微观尺度的量子叠加原理。“薛定谔猫”佯谬巧妙地把微观放射源和宏观的猫联系起来,旨在否定宏观世界存在量子叠加态。然而随着量子力学的发展,直到最近经过一系列精巧的实验,这个问题才逐渐有了眉目。2000年7月,《自然》报道了最新的实验结果。这次《自然》报道的实验与上述那些实验不同。纽约州立大学石溪分校弗里德曼(J. R. Friedman 等人拿来做实验的“薛定谔猫”不是单个粒子,而是在接近绝对零度的超导体环形电路中由几十亿对电子构成的超导流。
美国国家标准和技术研究所的莱布弗里特等人在最新一期《自然》杂志上称,他们已实现拥有粒子较多而且持续时间最长的“薛定谔猫”态。实验中,研究人员将铍离子每隔若干微米“固定”在电磁场阱中,然后用激光使铍离子冷却到接近绝对零度,并分三步操纵这些离子的运动。为了让尽可能多的粒子在尽可能长的时间里实现“薛定谔猫”态,研究人员一方面提高激光的冷却效率,另一方面使电磁场阱尽可能多地吸收离子振动发出的热量。最终,他们使6个铍离子在50微秒内同时顺时针自旋和逆时针自旋,实现了两种相反量子态的等量叠加纠缠,也就是“薛定谔猫”态。
实验证明,这种由大量粒子构成的宏观量子系统也可以处于叠加态——相当于薛定谔猫的“死-活叠加态”。几十亿对电子构成的超导流当然还不能与几亿亿亿个原子构成的猫相比,但较之单个原子分子毕竟前进了一大步。所以有人惊呼:“薛定谔猫变胖了!”
奥地利因斯布鲁克大学的研究人员也在同期《自然》杂志上报告说,他们在8个离子的系统中实现了“薛定谔猫”态,但维持时间稍短。
科学家称,“薛定谔猫”态不仅具有理论研究意义,也有实际应用的潜力。比如,多粒子的“薛定谔猫”态系统可以作为未来高容错量子计算机的核心部件,也可以用来制造极其灵敏的传感器以及原子钟、干涉仪等精密测量装备。
下一步是否拿一只真的猫来做实验呢?不可能!首先是无法将之与周围环境隔离——置于真空中的猫马上会死掉。其次,与接近绝对零度的超导流不同,常温下的猫根本不是宏观量子系统,何来叠加态?而且也没有必要做这样的实验,物理学家根据现有的实验结果,对薛定谔猫为什么不可能有“死-活叠加态”已能作出符合量子力学的解释。
编辑本段
格利宾的《寻找薛定谔的猫》
哥本哈根诠释
哥本哈根诠释是建立在由德国数学家、物理学家Max Born所提出的“波函数的概率表达”上,之后发展为著名的不确定原理,即震动中的微粒子——量子的类弦的决定论诠释。把电子波与发现概率联系起来,并主张“波包塌缩”的一种对物质——波的量子论解释,已经成为量子论的标准诠释。其在很长的一段时间成了“正统的”、“标准的”诠释。但那只不死不活的猫却总是像恶梦一样让物理学家们不得安宁。
格利宾在《寻找薛定谔的猫》中想告诉我们的是,哥本哈根诠释在哪儿失败,以及用什么诠释可以替代它。
多世界诠释
格利宾在书中写道:“埃弗雷特……指出两只猫都是真实的。有一只活猫,有一只死猫,但它们位于不同的世界中。问题并不在于盒子中的放射性原子是否衰变,而在于它既衰变又不衰变。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。” 1957年,埃弗雷特提出的“多世界诠释”似乎为人们带来了福音,虽然由于它太离奇开始没有人认真对待。格利宾认为,多世界诠释有许多优点,由此它可以代替哥本哈根诠释。
也就是说,上面说的“原子衰变了,猫死了;原子没有衰变,猫还活着”这两个世界将完全相互独立地演变下去,就像两个平行的世界一样。格利宾显然十分赞赏这一诠释,所以他接着说:“这听起来就像科幻小说,然而……它是基于无懈可击的数学方程,基于量子力学朴实的、自洽的、符合逻辑的结果。”“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。”按格利宾所说,爱因斯坦如果还活着,他也许会同意并大大地赞扬这一个“没有隐变量,上帝不会掷骰子”的理论。
这个诠释的优点是:薛定谔方程始终成立,波函数从不坍缩,由此它简化了基本理论。它的问题是:设想过于离奇,付出的代价是这些平行的世界全都是同样真实的。这就难怪有人说:“在科学史上,多世界诠释无疑是目前所提出的最大胆、最野心勃勃的理论。”


8.简明扼要的借绍薛定谔的猫是什么意思

什么是薛定谔猫?这要从头说起。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,量子力学是描述原子、电子等微观粒子的理论,它所揭示的微观规律与日常生活中看到的宏观规律很不一样。处于所谓“叠加态”的微观粒子之状态是不确定的。例如,电子可以同时位于几个不同的地点,直到被观察测量(观测 时,才在某处出现。这种事如果发生在宏观世界的日常生活中,就好比:我在家中何处是不确定的,你看我一眼,我就突然现身于某处——客厅、餐厅、厨房、书房或卧室都有可能;在你看我之前,我像云雾般隐身在家中,穿墙透壁到处游荡。这种“魔术”别说常人认为荒谬,物理学家如薛定谔也想不通。于是薛定谔就编出了这个佯谬,以引起注意。果不其然!物理学家争论至今。
实验内容
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。
这个理想实验的巧妙之处,在于通过“检测器-锤子-毒药瓶”这条因果链,似乎将铀原子的“衰变-未衰变叠加态”与猫的“死-活叠加态”联系在一起,使量子力学的微观不确定性变为宏观不确定性;微观的混沌变为宏观的荒谬——猫要么死了,要么活着,两者必居其一,不可能同时既死又活!难怪英国著名科学家霍金听到薛定谔猫佯谬时说:“我去拿枪来把猫打死!”
薛定谔之猫的疑惑
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:“To be or not to be,that was a question."只有当你打开盒子的时候,叠加态突然结束(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。
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。
薛定谔猫佯谬实际上提出了一个十分重要的问题:什么是量子力学的观测?观察或测量都与人的主观有关,而人在箱外,所以必须打开箱子才能决定猫的死活。谁都知道箱中猫的死活是由铀的衰变决定的——衰变前猫是活的,衰变后猫就死了,这与是否有人打开箱子进行观察毫不相干。所以毛病出在观测的主观性上,应该朝这个方向寻根究底。
微观的观测与宏观的观测有所不同。宏观的观测对被观测对象没有什么影响。俗话说:“看一眼总行吧。”意思是对所看之物并无影响,用不着担心。微观的观测对被观测对象有影响,会引起变化。以观测电子为例,要用光照才能看见,光的最小单位光子的能量虽小但不是零,光子照到被观测的电子上,对电子的影响很大。所以,在微观世界中看一眼也会惹祸!
量子力学认为,观测的结果使得被观测对象的状态改变了:一个确定态从原先不确定的叠加态中蹦了出来。再追究下去,观测无非是观测手段(如光子 与被观测对象(如电子 之间的一种相互作用,这种相互作用并不一定与观测者联系起来,后者可以用检测器之类的仪器代替。经过几十年的探索,物理学家终于认识到:在由叠加态到确定态的转变中,观测曾经扮演的角色应该以相互作用来代替,这样不仅更普遍而且更客观。具体到薛定谔猫佯谬,就能将人的主观因素完全排除——猫的死活不是由人开箱看猫一眼所决定的。
读者会说:“不就是一只假想的猫吗,让霍金开枪打死不就完了。”事情并非那么简单,否则许多物理学大师就不会那么孜孜以求了。薛定谔猫佯谬衍生出更深刻的问题:大量原子、分子所构成的生物与这些微观粒子遵从的量子力学规律之间的关系究竟是什么?这不仅是重要的理论问题,而且具有实际意义。例如,自我意识的机制至今仍然是未解之谜,有人认为可能与量子力学或者更深层次的微观规律有关。再如思维过程中的“顿悟”,会不会与前述之“一个确定态就从原先不确定的叠加态中蹦了出来”有关呢?可能有关的还有:生命的起源、物种的变异、光合作用的机制……如此等等。总之,生命的秘密和思维的奥妙不可能与量子力学的规律无关。这就难怪薛定谔后来转而对生命科学很感兴趣了。1946年他写出了著名的《生命是什么》一书,提出了一些很有创见的观点。遗憾的是,在他有生之年,那可怜的箱中之猫依然生死不明。
后续研究
物理学是实验科学,一切要由实验来判定。较早的一批关于“薛定谔猫”的实验是将处于叠加态的单个原子或分子从周围环境中孤立起来,然后以可控制的方法使之相互作用,以观察其变化。结果发现,关键在于环境的相互作用,它导致原先的量子叠加态转变为经典的确定态。但是将这些实验对象当作薛定谔猫是一种极度的简化,单个原子或分子与薛定谔猫相去何止十万八千里。
1996年5月,美国科罗拉多州博尔德的国家标准与技术研究所(NIST 的Monroe等人用单个铍离子作成了“薛定谔的猫”并拍下了快照,发现铍离子在第一个空间位置上处于自旋向上的状态,而同时又在第二个空间位置上处于自旋向下的状态,而这两个状态相距80纳米之遥!
(1纳米为1米的十亿分之一 ——这在原子尺度上是一个巨大的距离。想像这个铍离子是个通灵大师,他在纽约与喜马拉雅同时现身,一个他正从摩天楼顶往下跳伞;而另一个他则正爬上雪山之巅!——量子的这种“化身博士”特点,物理学上称“量子相干性”。在早期的杨氏双缝实验中,单个光粒子即以优美的波粒二象性,轻巧地同时穿过两条狭缝,在观察屏上制造出一幅美丽的明暗相干条纹
薛定谔猫是他在1935年提出的关于量子力学的一个佯谬。这些年来许多物理学家绞尽脑汁,试图解开这个佯谬。显然,既死又活的猫是荒谬的。薛定谔想要借此阐述的物理问题是:宏观世界是否也遵从适用于微观尺度的量子叠加原理。“薛定谔猫”佯谬巧妙地把微观放射源和宏观的猫联系起来,旨在否定宏观世界存在量子叠加态。然而随着量子力学的发展,直到最近经过一系列精巧的实验,这个问题才逐渐有了眉目。2000年7月,《自然》报道了最新的实验结果。这次《自然》报道的实验与上述那些实验不同。纽约州立大学石溪分校弗里德曼(J. R. Friedman 等人拿来做实验的“薛定谔猫”不是单个粒子,而是在接近绝对零度的超导体环形电路中由几十亿对电子构成的超导流。
美国国家标准和技术研究所的莱布弗里特等人在最新一期《自然》杂志上称,他们已实现拥有粒子较多而且持续时间最长的“薛定谔猫”态。实验中,研究人员将铍离子每隔若干微米“固定”在电磁场阱中,然后用激光使铍离子冷却到接近绝对零度,并分三步操纵这些离子的运动。为了让尽可能多的粒子在尽可能长的时间里实现“薛定谔猫”态,研究人员一方面提高激光的冷却效率,另一方面使电磁场阱尽可能多地吸收离子振动发出的热量。最终,他们使6个铍离子在50微秒内同时顺时针自旋和逆时针自旋,实现了两种相反量子态的等量叠加纠缠,也就是“薛定谔猫”态。
实验证明,这种由大量粒子构成的宏观量子系统也可以处于叠加态——相当于薛定谔猫的“死-活叠加态”。几十亿对电子构成的超导流当然还不能与几亿亿亿个原子构成的猫相比,但较之单个原子分子毕竟前进了一大步。所以有人惊呼:“薛定谔猫变胖了!”
奥地利因斯布鲁克大学的研究人员也在同期《自然》杂志上报告说,他们在8个离子的系统中实现了“薛定谔猫”态,但维持时间稍短。
科学家称,“薛定谔猫”态不仅具有理论研究意义,也有实际应用的潜力。比如,多粒子的“薛定谔猫”态系统可以作为未来高容错量子计算机的核心部件,也可以用来制造极其灵敏的传感器以及原子钟、干涉仪等精密测量装备。
下一步是否拿一只真的猫来做实验呢?不可能!首先是无法将之与周围环境隔离——置于真空中的猫马上会死掉。其次,与接近绝对零度的超导流不同,常温下的猫根本不是宏观量子系统,何来叠加态?而且也没有必要做这样的实验,物理学家根据现有的实验结果,对薛定谔猫为什么不可能有“死-活叠加态”已能作出符合量子力学的解释。
编辑本段
格利宾的《寻找薛定谔的猫》
哥本哈根诠释
哥本哈根诠释是建立在由德国数学家、物理学家Max Born所提出的“波函数的概率表达”上,之后发展为著名的不确定原理,即震动中的微粒子——量子的类弦的决定论诠释。把电子波与发现概率联系起来,并主张“波包塌缩”的一种对物质——波的量子论解释,已经成为量子论的标准诠释。其在很长的一段时间成了“正统的”、“标准的”诠释。但那只不死不活的猫却总是像恶梦一样让物理学家们不得安宁。
格利宾在《寻找薛定谔的猫》中想告诉我们的是,哥本哈根诠释在哪儿失败,以及用什么诠释可以替代它。
多世界诠释
格利宾在书中写道:“埃弗雷特……指出两只猫都是真实的。有一只活猫,有一只死猫,但它们位于不同的世界中。问题并不在于盒子中的放射性原子是否衰变,而在于它既衰变又不衰变。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。” 1957年,埃弗雷特提出的“多世界诠释”似乎为人们带来了福音,虽然由于它太离奇开始没有人认真对待。格利宾认为,多世界诠释有许多优点,由此它可以代替哥本哈根诠释。
也就是说,上面说的“原子衰变了,猫死了;原子没有衰变,猫还活着”这两个世界将完全相互独立地演变下去,就像两个平行的世界一样。格利宾显然十分赞赏这一诠释,所以他接着说:“这听起来就像科幻小说,然而……它是基于无懈可击的数学方程,基于量子力学朴实的、自洽的、符合逻辑的结果。”“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。”按格利宾所说,爱因斯坦如果还活着,他也许会同意并大大地赞扬这一个“没有隐变量,上帝不会掷骰子”的理论。
这个诠释的优点是:薛定谔方程始终成立,波函数从不坍缩,由此它简化了基本理论。它的问题是:设想过于离奇,付出的代价是这些平行的世界全都是同样真实的。这就难怪有人说:“在科学史上,多世界诠释无疑是目前所提出的最大胆、最野心勃勃的理论。”


9.解释薛定谔的猫?

大家日常说的薛定谔的猫就指的“因为被看到而改变结果”。 量子物理研究微观粒子,日常生活中的没有类似经验很难去理解(牛顿力学解释起来就好理解得多 ,于是用一个宏观实验,薛定谔的猫,来比喻。其实薛定谔的猫解释起来还不是那么好说明,所以我会稍微补充一点。 薛定谔(奥地利物理学家 的猫,说的是,把一只猫和毒药一同放进盒子里。一般理解,猫在盒子里,要么活着,要么死了,这是定了的,开箱看只是观测(检验 结果。但如果量子物理解释的话(那时候还没证实,概率波还是猜测 ,那么,盒子里的猫既是死的也是活的,是一种概率,直到打开被看到,死/活才成为唯一事实。 概率波成立的话,极端情况,两个量子纠缠,由于他们整体表现为中性,必然一正一负。把纠缠的两个量子分开,比如一个带到仙女座(银河系外 星系,那么打开地球的这个,如果发现为正的话,那么打开仙女座那个,必然为负。概率波想说的是,仙女座那个是负的,是因为“地球这边开出来是正的”。而我们一般理解,带到仙女座的时候,这个量子的正负就已经定性了的,并不是因为地球开出正的。也就是说,一般理解的话,正负并不因为被看到而改变,而是分开的时候的既成事实。你仔细想想,然后你就会发现,这两个说法很难去证实区分(猫最终死了或者活着是因为开箱子被看到还是因为既成事实 。 量子物理概率波被肯定,也是用量子纠缠实验证实的。两个纠缠的量子,分开到ab两地,比如放一个负的外来量子(暂时这么说吧 ,影响a点的量子,按照量子物理,a点的量子就是(会变成 正的,那么开b点就总是负的。多做几对实验,如果b点打开依然是随机结果,那么量子物理不成立,如果b点始终和这个外来量子影响同步,那么概率波成立。最后结论是量子物理成立,那么你就要认可一个事实,b点的量子,既是正的,也是负的,真的因为被看到而改变。 参考量子纠缠,就知道量子通信为什么保密级别高,因为一对一,远隔万水千山,另一边永远正负待命(猫既死也活 。脑洞大一点,如果纠缠的场放到两个地方,你(作为外来量子 就可以瞬移了,b点会翻译出一个你。 不要去纠结为什么要装盒子,或者为什么不装玻璃盒子直接观测。我们之前的科学,理论是否正确,一般通过实验结果去验证。概率波很长一段时间无法做实验验证,而观测结果两种说法都不能排除,为了尝试去区分,才有的开盒瞬间,从而假设的盒子。也不要用唯心论那一套看到才存在来理解,量子物理还可以说科学当时无法去实验证实,唯心那个就真的狗屁了。 我不是相关专业,但我觉得我解释的会好懂一些。


10.薛定锷的猫是什么意思

“薛定谔之猫”又名“薛定谔的猫”,是关于量子理论的一个理想实验,薛定谔之猫的概念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。 去看,我是在看生活大爆炸的时候听说的,好像意思是不打开盒子怎么知道猫是死是活呢?

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