薛定谔的猫想表达什么意思(薛定谔的那只猫)

小猫咪与科学家

我想你们应该听说过薛定谔的猫,也知道很多关于“又死又活”的猫的故事,但薛定谔的猫到底想要表达什么?今天,我们就看看一位知名的科学家与一只猫的故事。

薛定谔的猫想表达什么意思(薛定谔的那只猫)(1)

薛定谔,奥地利的物理学家,量子力学的创始人,也是分子生物学的创始人,也是波动力学的创始人,薛定谔的薛定谔方程是量子力学中最基本的理论,薛定谔方程在量子力学中的作用,就像牛顿三定律一样。

从这一点就可以看出,薛定谔在量子力学领域的地位是相当高的,他不仅在物理学上有着很高的成就,而且在生物学、哲学方面也有着极高的造诣,甚至还拿到了诺贝尔大奖,而薛定谔的猫,更是对整个世界乃至整个量子力学产生了深远的影响。

薛定谔的猫想表达什么意思(薛定谔的那只猫)(2)

薛定谔究竟养了一只什么样的猫?事实上,薛定谔的那只“猫”并不是真正的生物,它只是一种“思想实验”,物理世界里有许多思维实验,但由于技术的局限,有些实验难以实施,有些实验甚至会出现矛盾,这种情况下,科学家们就会用自己的想象来进行。

有些在现实中做不到,或者是由于种种原因而做不到的事情,则可以通过思维实验来实现。爱因斯坦曾说:“你的头脑中有理论的真相,而不是你的眼睛。”因此,在物理学发展中,思想实验是非常重要的。

薛定谔的猫想表达什么意思(薛定谔的那只猫)(3)

薛定谔的猫也许是最有名的思维实验,它巧妙地将宏观与微观相结合,让人们明白,在量子力学中,不完全的原则是不完整的。

首先,我们来谈谈薛定谔的猫的想法。

薛定谔的猫想表达什么意思(薛定谔的那只猫)(4)

如果有一个密封的容器,那只猫就住在里面,即使是密封的,也不用担心猫会窒息而死,里面还有少量的镭和氰化物,有毒的氰化物则被装在一个密封的玻璃瓶里。

而镭是一种非常不稳定的元素,它会随流逝而不断地衰变,一旦容器中的镭发生衰变,那么盛着氰化物的瓶子就会被破坏,从而导致猫被氰化物杀死。这看起来很普通的试验,实际上会有意想不到的效果。

薛定谔的猫想表达什么意思(薛定谔的那只猫)(5)

在我们的设想中,这种试验有些不可思议,因为最后的结果必然是镭元素的衰变,从而造成猫的死亡。但是从量子力学的观点来看,那就是另外一回事了。由于猫被关在一个密封的容器里,我们无法确定在打开容器前是否会发生镭的衰减,如果硬要打开容器,势必会造成猫的死亡。

我们对容器里的小猫并不了解,准确地说,我们并不知道容器里的元素的状态是什么样子的,从量子力学上讲,镭元素是一种“叠加态”。

薛定谔的猫想表达什么意思(薛定谔的那只猫)(6)

量子力学认为,当我们没有观测到量子的情况下,它的状态可能会发生很多种情况,换句话说,它既是“叠加态”,又是不是衰变,这只猫的状态也是“死”与“生”的结合体!可这不也科学啊!生命如何可以再生,又如何死去?

然而,薛定谔提出这种思维试验,并非要让我们畏惧这只“猫”,而是要揭露量子力学得“不完善”,以及它目前所面临的困境。

哥本哈根解释是量子力学中最公认的理论,它相信,是观察者的观察造成了波函数的崩溃,而在观察者没有观察到的情况下,量子态是存在的,这一点可以通过双缝干涉实验来证实。

薛定谔的猫想表达什么意思(薛定谔的那只猫)(7)

薛定谔对哥本哈根的解释并不满意,所以它提出了薛定谔的方案,通过微观和宏观的结合,让我们了解到量子理论的不足。事实上,爱因斯坦在提出这一想法之前,就对量子力学的缺陷产生了怀疑,薛定谔和爱因斯坦从量子纠缠的角度出发,他们认为,量子力学并不能揭示宇宙的本质,只是理论上的缺陷。

爱因斯坦所谓「神不投骰子」,是对哥本哈根解释的看法提出了挑战,薛定谔的猫也向我们展示了量子力学面临的许多问题。

但在哥本哈根解释之外,多元解释也是最受欢迎的一种解释,它认为,在我们观察“猫”的时候,两种状态的重叠就是两个平行的宇宙,而观察会影响到我们的另一个平行宇宙,这种解释甚至比哥本哈根解释还要荒谬。

总之,薛定谔的这只“猫”做了一个实验,让我们看到了量子力学面临的问题,其实这种实验并不像我们想的那样古怪,只是理论上的残缺,以及人类的技术水平,让我们找不出一个合理的解释。

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