简单解释薛定谔的猫(佯谬的五种解释)

简单解释薛定谔的猫(佯谬的五种解释)(1)

“薛定谔的猫”是量子力学最著名的思想实验,也可能是已知宇宙中最著名的思想实验,甚至是所有宇宙中最著名的思想实验,如果多重宇宙解释成立的话。

薛定谔和爱因斯坦都是因果论的死忠,因此对哥本哈根诠释关于电子没人观测时处于叠加态,有人观测则波函数轰然坍缩,从而随机选择一个确定的状态存在的解释非常不满,爱因斯坦提出了EPR佯谬,薛定谔则配合设计了这个历史上最著名的思想实验来批驳哥本哈根诠释。薛定谔的这只量子宠物很不幸,它和一个毒气瓶、一个放射性粒子一起,被放进一个密闭的盒子里,任何时刻粒子衰变与不衰变的可能性都是50%。粒子衰变,则通过一个装置打破毒气瓶,猫便一命呜呼;粒子未衰变,则猫仍然活得莺歌燕舞。粒子何时衰变完全是随机的,问题的关键是,在盒子没有打开之前,我们怎么知道猫是活的还是死的呢?我们只能说猫处于一种既死又活的叠加态。薛定谔的猫成功地把微观世界(粒子)的不确定性转移到了宏观世界(猫),可谓用心险恶,杀机重重。此后几十年的时间里,这只猫吸引了无数物理学家的视线,对它究竟是死是活的诠释产生了各种稀奇古怪的量子理论,下面介绍其中主要的五种,希望有一款能合您的口味。

1、哥本哈根诠释。猫在盒子里处于薛定谔波函数的概率幅中,呈现出既死又活的叠加状态,当我们看它一眼,波函数便轰然坍缩,猫随机选择死或者活的确定状态存在。也就是说,我们的观测决定了猫的生死,后来发展到人的意识可以决定宇宙状态的人择原理,有些唯心的味道了。

2、多重宇宙论。猫在盒子里处于薛定谔波函数的概率幅中,呈现出既死又活的叠加状态,当我们看它一眼,波函数并没有坍缩,而是把我们包括整个宇宙都加入到叠加状态中!即活猫 宇宙和死猫 宇宙的状态,换句话说,就是我们看它一眼,宇宙和我们就都分裂成了两个,一个宇宙中的我们看到的是活猫,另一个宇宙中的我们看到的是死猫,两个宇宙互相平行,各不相干。自宇宙诞生以来,已经经历了无穷多次分裂,所以我们的身边存在着无穷多个平行宇宙。

3、多重历史论。和多重宇宙论有些相似却又不同,多重历史论认为宇宙只有一个,但宇宙发展的历史却是无穷的,包含所有可能的发展路径。在薛定谔的猫里,宇宙包含猫活和猫死的所有历史,比如猫活 薛定谔吃了早餐,或者猫活 薛定谔没吃早餐,以及猫死 薛定谔吃了早餐或猫死 薛定谔没吃早餐等状态,我们还可以加上打雷、下雨等各种因素,无穷无尽。但当我们去观察时,除猫的死活特征外,所有与此不相干的历史比如薛定谔吃没吃早餐、天上打雷下雨没有,就都互相抵消退相干了,猫的死活成为确定态,如果猫活,猫死的历史就没有发生,反之亦然。宇宙是一个多重历史的叠加,当我们关注了某一宏观特征时,宇宙的其它历史就退相干使宇宙呈现某种确定性。

4、隐变量理论。薛定谔的猫之所以处于不能确定死活的叠加态,只是因为我们没有完全掌握所有的参数,一些隐含的变量影响着实验结果。就像掷骰子,我们之所以不能想一就一,想二就二,是因为我们不能完全掌握骰子的重心、力道、空气阻力等所有参数。如果我们掌握了掷骰子的一切参数,我们当然可以每次都掷出自己希望的点数来。盒子里的猫是死是活一直是确定的,只是我们无法掌握那些隐变量,所以不知道而已。就像你向女神表白,你自己认为她处于答应和不答应的叠加态中,实际在她心里,隐变量早就帮她做了决定。

5、系综诠释。这个解释认为量子论只有统计学上的意义,无法对单个系统作出任何预测。我们说猫是死或者活的时候,并不能预测特定一只猫处于死或者活的状态,而只能预测大量的猫在这种情况下死或者活的概率各为50%。就像掷硬币,你可以和别人打赌,让他掷1000次硬币,你打赌他会有450到550次是正面朝上,而他赌450次以下或者550次以上,虽然看起来他的范围要比你宽得多,但你几乎可以稳赢不输。但他要是只投一次硬币,不管你押正面朝上还是朝下,你都无法保证一定能赢钱了。

还有一些更奇葩的解释,比如当我们对猫进行观测后,宇宙并没有分裂,而是我们的意识分裂了,这种解释称为多精神解释,差不多就相当于精神分裂了吧。

由于并不存在对这些理论的准确描述,也就是说这五个解释仍处于概率幅中,波函数并没有坍缩使其呈现某种确定状态,以上解释不一定准确地表达了理论本意,请读者朋友们谨慎理解。

附:

1997年马里兰大学量子力学问卷调查:哥本哈根解释13票,多重宇宙论8票,隐变量理论4票,多重历史论(退相干历史)4票,还没想好18票;

1999年剑桥牛顿研究所的调查:哥本哈根诠释4票,隐变量理论2票,多重宇宙 多重历史30票,还没想好50多票。

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