解读思想实验“薛定谔的猫”,一只猫为什么会“既死又活”?

宇宙时空探索 2024-05-08 19:02:05

猫的生死背后的量子之争

在量子力学的世界中,现实并不是非黑即白的二元对立,而是存在着一种混合状态,两种可能性并存,直到被观测为止。薛定谔的猫就是这样一个思想实验,它将微观的量子规则推演到宏观的生物体上,产生了一只既死又活的猫,挑战着我们对于生死、实在性和观测本身的理解。

薛定谔的猫是奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的一个思想实验,旨在质疑量子力学的哥本哈根诠释。在这个诠释中,量子物体存在于一种不确定的叠加态,直到被观测为止。

薛定谔通过想象一个封闭的盒子里关着一只猫和一个放射性原子,原子的衰变决定着猫的生死,从而将量子不确定性与日常生活的经验直接对立。按照量子力学的说法,在盒子未被打开之前,猫既是死的也是活的,直到观测发生,波函数坍缩,猫才呈现出生或死的确定状态。

量子世界的波粒二象性

量子力学起源于对光和物质本质的深入探究,它颠覆了经典物理的观念,揭示出微观世界中光既像波又像粒子的二象性。

这一奇特现象在著名的双缝实验中得到了体现,光通过两个狭缝后,它的波动性质导致了干涉条纹的形成,表明光如同波一样能够相互干涉。然而,光在另一种实验设置下,又表现出粒子的特性,例如光电效应和康普顿散射,这些现象提示光具有离散的能量量子。

波函数是量子力学中用来描述微观粒子状态的数学函数,它不同于经典物理中的波函数,波函数的平方值代表了在空间某一点找到粒子的概率。根据玻恩的概率诠释,波函数本身并不直接反映物理量的实际值,而是告诉我们在不同位置观测到粒子的可能性大小。

量子状态的这种概率性质导致了叠加态的出现,一个量子系统可以同时处于多个状态的叠加,就像一个量子比特可以同时是0和1的叠加态,直到进行观测时,波函数坍缩为一个确定的状态。

观测时刻猫的生死抉择

在薛定谔的猫这一思想实验中,猫的生死被设计为由量子世界中的不确定性来决定。实验中的猫被关在盒子里,其生存与否取决于一个放射性原子是否衰变。按照量子力学的原理,衰变的原子核在衰变前不被观测时,它既可能衰变也可能不衰变,因此猫就处于一种既死又活的叠加态。只有当外部观测者打开盒子进行观测时,量子状态的不确定性被解除,波函数发生坍缩,猫的生死随之确定。

这个实验的核心在于提出了一个问题:在量子力学中,当系统不受观测时,它是处于多种可能性的叠加态。但对于像猫这样的宏观物体,我们直觉上认为它要么死要么活,不存在叠加态。薛定谔的猫通过将量子规则应用于日常生活的对象,展示了量子力学的奇异性和它与日常经验的冲突,促使人们对量子力学的基本问题进行更深入的思考。

超越现实的量子之谜

薛定谔的猫虽然是一个深具启示性的思想实验,但在现实世界中,我们不可能真正将一只猫置于既死又活的量子叠加态中。这个实验的设计超出了现实的物理界限,因为它涉及到直接观测一个宏观生物体的量子状态,而目前的科技手段还无法实现这一点。

然而,实验背后的哲学意义深远,它触及了现实本质的问题,并引发了关于观测者在量子力学中的角色和影响的讨论。实验还提出了一个关键问题:在量子世界中,当一个系统不受观测时,它是如何存在的?它为什么会在观测的瞬间选择一个确定的状态?这些问题的探讨推动了量子理论的发展,并促进了我们对微观世界理解的深化。

薛定谔的猫在现代科学中具有重要意义,它不仅在量子计算和量子信息科学中激发了新的思考,还为多世界解释、退相干理论等提供了思考的平台。实验所涉及的量子叠加态和波函数坍缩现象,现已成为量子技术领域,如量子密钥分发、量子随机游走等的理论基础,对现代科学和技术产生了深远的影响。

1 阅读:47
评论列表
  • 2024-05-18 11:56

    自然绝对诚实,有确定性!!掷骰子结果是确定的。不观测就不能确定,观测方法不足,也不能确定。空间连续可入,位置精度没有任何极限,对应的速度当然也没有极限。电荷质量粒子大小不连续,电磁引力斥力也不连续(衍射条纹),都不是运动不连续不确定。测不准原理肯定是骗!观测能力不足一直都是人类认知自然的障碍,是不确定的源头 ,不奇怪。———测量精度与不确定是观测能力问题,不是物质属性,无关真假,当然不能用来否定或验证公理(自然有无之真)。真假确定性是科学的根本,“波粒二象性”是以真假不辨来祸害人类认知的核心根基———确定性。科学追求确定性,骗子招摇过市鼓吹不确定,是啥意思???他妈妈超重1克还是他妈妈吗?

  • 2024-05-11 09:49

    掷骰子结果是确定的。不观测就不能确定,观测方法不足,也不能确定。空间连续可入,位置精度没有任何极限,对应的速度当然也没有极限。测不准原理肯定是骗!观测能力不足一直都是人类认知自然的障碍,是不确定的源头 ,不奇怪。———测量精度是观测能力的不确定问题,当然不能用来否定或验证公理(自然有无之真)。真假确定性是科学的根本,“波粒二象性”是以真假不辨来祸害人类认知的核心根基———确定性。科学追求确定性,骗子招摇过市鼓吹不确定,是啥意思???精度与不确定是观测属性,不是物质属性,不是真假,不能以精度定义或否定公理。你妈妈超重1克还是你妈妈吗???

  • 2024-05-11 09:50

    解释光电效应是个笑话。物理机制根本木有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。是半知乱解,害大于利(笨蛋好于坏蛋)。发现光电效应是宝贵的金山,本是一条通往微观世界的大道。胡编解释光电效应是毒药祸害!!!………证明光速不变(全称命题)是胡编!光反射驱动光帆恰恰证伪了光速不变。多普勒效应和红移就是相对光速变化。光子进入引力场比如黑洞必然会加速。迈克尔逊-莫雷实验结果的理解::有质量的光子惯性运动,一点也不奇怪。……光子对实验装置相对速度基本不变,两路速度差极小,地球重力对光子速度影响太小也测不到,近似为惯性系。

  • 2024-05-11 09:50

    波只是一种粒子宏观时空分布不均匀,水波/沙丘波到处都有,是粒子构成的,有波粒二象性???波是一种物质???以干涉衍射现象否定光是粒子,又去解释粒子干涉衍射,不是笑话是什么???破坏了认知自然的核心根基“确定性” ………场::只能由源完全确定,不可观测(源力不是场力,源能量不是场能量),不必要的,无质量无运动的多余虚幻想象。……地球场给你引力,你给地球场引力,然后地球场给地球引力。这是笑话!!!~~~场与波都是捕风捉影之法,意义很小,破坏巨大。……伟大的赫兹证明电磁波的实验,激励源都是电火花,当然是光子。用了电磁波来解释而已。一个具体问题::电流磁场与电子磁矩啥关系???

  • 2024-05-11 09:50

    观测归纳是经典物理,不确定/概率/不知道/假说/的东西也成了物理???用数学与创造假说当物理研究未知的大笑话。撒网捕鱼只能是概率,鱼摊买鱼是计算(物理公理已知)。观测树上苹果数量是确定的,猜测树上苹果数量当然不确定。不确定是观测属性,不是运动属性。哪里会有荒唐的测不准原理???鬼扯的光速不变,具有无穷的运动精度!胡编的测不准原理,居然与光速不变是同伙!!!创造假说宏观微观不同?相对速度哪有谁高谁低?笑死人。精度高低是观测能力问题不可能是真理,也不能否定真理。自然的有无才是真。骗子当然能猜中骰子,号称证明公理公设必然是骗!

  • 2024-05-11 09:50

    悖论斯坦,背叛数学由公理演绎证明特称命题的传统,号称证明全称公设公理。以光速不变假说祸害相对速度公理,祸害绝对时空,祸害能量质量引力等物理基本概念和认知方法,以二象性祸害自然科学的核心根基——确定性。祸害数学,祸害物理,终身搞骗,祸害极大极深极广。………是恶贯灵魂的彻底的人类公敌!!!狗屎都有用,欺骗有啥用?迷信蔑视自然的悖论斯坦,瞎搞科幻假说,人类将无法逃脱第六次地球生物大灭绝。———假说科幻骗子招摇过市,自然科学的基础就玩完了!

宇宙时空探索

简介:用通俗的语言诠释科学