一只捉弄物理学家的猫-------薛定谔的猫

芝诺的乌龟:缩地成寸,时空双修。拉普拉斯妖:明察大道,推演万物。麦克斯韦妖:逆乱阴阳,操作变化。薛定谔的猫:制造宇宙,超越生死。

埃尔温·薛定谔(Erwin Schrödinger,1887年8月12日—1961年1月4日),奥地利物理学家,量子力学奠基人之一,发展了分子生物学。维也纳大学哲学博士。苏黎世大学、柏林大学和格拉茨大学教授。在都柏林高级研究所理论物理学研究组中工作17年。因发展了原子理论,和狄拉克(Paul Dirac)共获1933年诺贝尔物理学奖。又于1937年荣获马克斯·普朗克奖章。

一只捉弄物理学家的猫-------薛定谔的猫

埃尔温·薛定谔


薛定谔在德布罗意物质波理论的基础上,建立了波动力学。由他所建立的薛定谔方程是量子力学中描述微观粒子运动状态的基本定律,它在量子力学中的地位大致相似于牛顿运动定律在经典力学中的地位。颇有讽刺意味的是,尽管为革命性的量子力学作出了基础性的贡献,薛定谔本人的初衷却是恢复微观现象的经典解释;而更令人称绝的是,薛定谔本人坦承他的科学工作,常常并非是独创性的,但他总能敏锐地抓住一些人的创新性观念,加以系统的构建和发挥,从而构成第一流的理论:波动力学来自德布罗意,《生命是什么》来自玻尔和德尔布吕克,而“薛定谔的猫”则来自爱因斯坦。

薛定谔提出“薛定谔的猫”思想实验的初衷并不是要证明什么,而是单纯的表达对波恩统计解释的不满,并对哥本哈根诠释(哥本哈根的几率诠释的优点:只出现一个结果,这与我们观测到的结果相符合)进行讽刺。只不过无心插柳柳成荫,“薛定谔的猫”将微观和宏观联系在一起,把量子行为拓扑到宏观世界,并以此求证观测介入时量子的存在形式。同时,此实验成功的使问题从讨论微观不确定拓展到宏观不确定,客观规律不以人的意志而转移,猫的“死”和“活”同时存在违背了宏观世界的逻辑思维。

一只捉弄物理学家的猫-------薛定谔的猫

薛定谔的猫


设想在一个封闭的匣子里,有一只活猫及一瓶毒药。当衰变发生时,药瓶被打破,猫将被毒死。按照常识,猫可能死了也可能还活着。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,我们不可以认定猫的“死”或者“活”。

要等到打开容器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(引用自莎士比亚的名言)所说:“生存还是死亡,这是一个问题。”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“波函数坍缩(collapse)”),哈姆雷特王子的犹豫才终于结束,我们终于知道了猫的确定状态。

一只捉弄物理学家的猫-------薛定谔的猫

薛定谔方程


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!


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