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发布日期:2024-12-24 07:30    点击次数:52

眼镜 反差 深层解读“薛定谔的猫”, 为什么会存在“既死又活”的猫?

在量子力学的纷乱天地中眼镜 反差,有一个奇异而迷东说念主的实验,永远以来,它勾引了大都科学家和爱重者的认识——薛定谔的猫。它是由物理学界的巨擘级东说念主物,薛定谔亲手构建的一个念念想实验。他原来但愿借助一只同期处于存一火之间的猫,对玻尔为首的哥本哈根解释进行批判讪笑,不意,成果却事与愿违。薛定谔的猫不但莫得让哥本哈根解释卷旗息饱读,反而使量子力学名声大振,并最终获得科学界的平日认同。

那么,薛定谔的猫究竟是什么样的一只猫呢?

本体上,薛定谔的猫只是是一个念念想实验。行动一个念念想实验,它条款咱们只可在念念维上构建和探索,而不行在践诺中真确地进行。为奈何此呢?肤浅形容一下这个实验,你便会理会。

实验所需的器材很肤浅:一只密封的箱子,一只猫,一个铁锤,一个开关,一个装有毒气的瓶子,和一些辐射性元素。

淌若辐射性元素发生了衰变,便会触发开关,开关入手后,铁锤落下,打碎毒气瓶,开释毒气,猫因此被毒死。

反过来,淌若辐射性元素莫得衰变,猫便不会中毒死一火。

可是,笔据量子力学中的重迭态旨趣,咱们无法笃定辐射性元素是否衰变,委果地说,辐射性元素处于衰变与未衰变的重迭情状,每个情状的概率都是50%。

那么,开关就处于“开”和“关”的重迭情状,而那只猫,也就天然处于“生”与“死”的重迭情状。

笔据量子力学的不笃定性旨趣,在莫得东说念主为不雅察的情况下,猫会处于一种存一火重迭的情状,而不是肤浅的“生”或“死”,而当咱们试图不雅察“存一火重迭态”时,猫的情状会坐窝坍缩为笃定的“生”或“死”。

换言之,不雅测行径导致了猫的情状从各占50%的概率的重迭态,变成了笃定的100%的成果。

显豁,咱们都知说念践诺中不可能存在一只既死又活的猫。既然不存在,反推之,则标明量子重迭态是不存在的,或者至少是不都备的。

恰是通过这样的容颜,薛定谔试图对量子力学的不笃定性和重迭态旨趣,以及哥本哈根解释发起质疑。

行动量子力学的奠基者之一的薛定谔,为何要对哥本哈根解释的不笃定性淡薄质疑呢?

薛定谔领有深厚的数学配景,尤其擅长微积分,凭借多年的钻研,他在1926年淡薄了着名的薛定谔方程。天然这个方程自己并不复杂,但泄露起来却颇为复杂。你不消都备泄露它,只需了解薛定谔方程在量子力学中的蹙迫性。

薛定谔方程的地位,就如同牛顿通顺定律在经典物理学中的地位,咫尺你应该大略知道到它的蹙迫性了。值得介意的是,这个方程大略精准地解释氢原子的结构。

可是,缺憾的是,薛定谔本东说念主恒久无法解释方程中的波函数到底意味着什么。咱们都知说念,任何数学公式最终都应为践诺就业,这意味着公式必须有具体的物理趣味,不然便失去了本体趣味,也不算是一个完善的表面。

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随后不久,德国科学家玻恩为波函数赋予了具体的物理趣味。他以为波函数本体上代表的是一种概率波,这种概率波只可运筹帷幄微不雅粒子在特定位置出现的可能性,不雅测的成果亦然一种可能性,并不行保证一定会出现某种成果。

正因为玻恩对概率波的解释,他荣获了1954年的诺贝尔物理学奖。

表面上,薛定谔应该感谢玻恩才对,毕竟他为薛定谔方程中的波函数赋予了具体的物理含义。但本体情况却带有讪笑意味。玻恩是哥本哈根门户的一员,他淡薄的概率波解释恰是“哥本哈根解释”的一部分,而薛定谔和爱因斯坦等物理学内行则属于“决定论派”,与哥本哈根解释都备对立。

因此,薛定谔对玻恩的概率波解释不仅莫得谢意之情,反而感到相配震怒,对此暗示激烈动怒。

天然薛定谔和爱因斯坦都是量子力学的蹙迫奠基者,对量子力学的发展起到了渊博的鼓动作用,他们本体上并不是反对量子力学自己,而是反对哥本哈根解释。

正因如斯,爱因斯坦与哥本哈根解释的代表东说念主物玻尔之间伸开了三次大辩白,但最终爱因斯坦未能劝服对方。

可是,薛定谔对于这样的成果并不宁愿,在爱因斯坦弃世之后,他终于使出了“杀手锏”:淡薄了薛定谔的猫,再次向玻尔等哥本哈根门户的成员发起了挑战。

之前依然提到,薛定谔的真确意图绝顶显豁,他但愿通过“薛定谔的猫”这个看似波折的实验,来讪笑哥本哈根解释,抒发我方的动怒。但同期,薛定谔我方也无法给出一个令东说念主空闲的解释。

爱因斯坦和玻尔争论的中枢问题很明确,他们争论的不单是是科知识题,还有形而上学的因素:咱们所活命的天下是由什么收尾的?是决定论照旧概率论?

概率论在前边依然究诘过,那么,什么是决定论呢?肤浅来说,咱们的天下是笃定的,不错姿首的,亦然不错运筹帷幄的。决定论也叫作念实在论或者定域论,它以为咱们的天下是真确客不雅存在的,这种客不雅性不会受到任何不雅测行径的影响。

你应该依然意志到了,爱因斯坦和玻尔的争论依然卓绝了科学的领域,激发了形而上学上的究诘,因此,于今还莫得一个公认的、令东说念主空闲的谜底。

说了这样多,咱们还莫得酬报一个枢纽问题:到底什么是哥本哈根解释,为什么它能让爱因斯坦和薛定谔等东说念主如斯难以吸收?

深远了解哥本哈根阐发注解,咱们会发现:

领先,波恩对波函数趣味的泄露,即概率波解释,在前边依然说起。

其次,尼尔斯·玻尔淡薄的互补旨趣。什么是互补旨趣呢?一些物理实体似乎领有相互突破的多重特点,可是本体上,咱们不行用单一圭臬同期不雅察这些不同特点,只可通过不同圭臬折柳不雅察不同特点。

这听起来有些复杂。咱们不错这样肤浅泄露:比如,光既有波动性又有粒子性,这两种看似矛盾的性质本体上是互补的,它们同期存在,互为补充。咱们无法在考据其中一种特点的同期,确保另一种特点不会受到按捺或轻佻。笔据互补旨趣,天然界的物资既不是纯正的粒子也不是纯正的波,为了凸显其中一种特点而进行的实验或测量,势必会葬送另一种特点。

第三,由维尔纳·海森堡淡薄的不笃定性旨趣,也被称作“测不准旨趣”。该旨趣指出,咱们无法同期精准测量微不雅粒子的位置与速率,位置越精准,速率的不笃定性就越大。反之亦然,速率越精准,位置的不笃定性就越大。位置和速率的不笃定性的乘积必须大于一个固定的常数。

第四,重迭态旨趣,本体上是在希尔伯特空间中构建一个与波函数在方法上很相似的物体。平淡地说,即是波函数不错像两个重迭的波那样重迭。

第五,波函数的坍缩。前边依然说起,在进行测量之前,微不雅物体本体上并不存在,它是微辞的,以微辞的概率波的方法存在,独一当咱们进行不雅测时,它才会从微辞的概率波情状坍缩到一个笃定的情状。

在注释哥本哈根阐发注解之后,咱们可能会感到头疼。难怪像薛定谔和爱因斯坦这样的物理学界巨头会激烈反对哥本哈根阐发注解,他们对此相通感到头疼。

爱因斯坦以为量子力学一定是不完整的,一定还有某些隐变量未被发现,这才使得量子力学显得如斯奇异。一朝找到这些隐变量,就不错用经典物理的圭臬来解释量子力学。

但爱因斯坦恒久莫得找到这些隐变量是什么。枢纽在于,尽管哥本哈根阐发注解看起来令东说念主头疼,抵挡了咱们的直不雅嗅觉,但其推导出的论断与实验成果却完满匹配。在这种情况下,东说念主们莫得情理不吸收哥本哈根阐发注解。到咫尺为止,也莫得其他表面能比“哥本哈根阐发注解”提供更好的解释。

哥本哈根阐发注解不仅获得了实验的支捏,还有表面的相沿,比如着名的贝尔不等式,这是一个对于是否存在完整局部隐变量表面的不等式。在经典物理中,这个不等式诱导,但在量子物理中则不诱导,这意味着不存在这样的表面。实验标明贝尔不等式不诱导,也即是说不存在职何干于局部隐变量的物理表面大略复制量子力学的通盘运筹帷幄,换句话说,哥本哈根阐发注解是有其坚实基础的。

天然,对于薛定谔的猫这个念念想实验,还有其他的解释,比如退干系表面和多天下解释等。

退干系是什么?肤浅说来即是“失去干系性”。一个宏不雅物体服气会与外部环境发生相互作用,即使组成环境的单个微粒很小,与宏不雅物体碰撞时的能量交换不错忽略不计,但环境仍不错记载下宏不雅物体的通顺信息,从而与宏不雅物体变成量子纠缠,激发量子退干系。

简而言之:盛开量子系统的量子干系性会跟着技巧的推移,因为与外部环境的量子纠缠而逐步丧失。密封的猫地点的箱子无法保证与外部环境都备圮绝,任何渺小的扰动都可能导致辐射性元素发生“波函数坍缩”,以致猫自身的不雅测行径也能引起波函数坍缩。是以,根柢不需要比及科学家进行不雅测,猫的情状在一刹就依然笃定。

多天下解释则更为离奇。它说的是,在咱们不雅测猫的一刹,天地会分裂出平行天地。在咱们的天地中,咱们只可看到辞世的或死掉的猫。淌若看到的是活猫,并不意味着不存在死猫,只是死猫出咫尺另一个天地中。也即是说,通盘可能性都会发生,只是发生在不同的天地。

综述

薛定谔的猫这个念念想实验,原来可能被视为薛定谔等物理学界巨头的一个打趣或赌气之作,信赖薛定谔本东说念主其时也不会过于安稳,莫得把这个念念想实验当真。但没料想的是,这个实验居然开启了科学家们将量子天下的量子特点引入到宏不雅天下的设想和探索。

2005年,好意思国科学家得手地让6个铍离子竣事自旋主义都备相背的宏不雅量子重迭态,也被戏称为“薛定谔猫态”。尽管只是6个铍离子,但这趣味要害,评释了重迭态确乎存在,以致不错在宏不雅天下中存在。

只是咱们地点的宏不雅天下由于质地渊博,再加上多样无法幸免的按捺,量子天下中的重迭态很难体现出来。淌若畴前的科技充足进展,咱们是否有可能让充足大的宏不雅物体,比如东说念主类自身竣事“重迭态”呢?

淌若不错,那么畴前的东说念主类就有可能竣事“存一火重迭态”,这意味着长生?淌若真的这样眼镜 反差,那也太令东说念主胆怯和难以置信了!



  
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