薛定諤的貓,只是一個思想實驗,更嚴謹來講根本就不屬于科學范疇,更應該屬于哲學范疇,所以“薛定諤的貓”是不是“既死又活”,更像哲學問題,無法通過科學實驗來驗證。
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物理學家薛定諤之所以會提出這個思想實驗,主要目的是反駁并質疑以波爾為首的“哥本哈根學派”對量子世界不確定性和疊加態的詮釋。
哥本哈根學派,主要包括波爾,玻恩,德布羅意等物理學家。哥本哈根學派認為,微觀世界是不確定的,微觀粒子只能以概率波的形式存在,在沒有被觀測之前,微觀粒子可以出現在任何地方,甚至可以同時出現在兩個不同的地方。
而一旦實施觀測之后,微觀粒子的概率波,也就是波函數就會發生坍縮,成為我們在經典世界里看到的實體,從不確定變為確定。
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言外之意,只有觀測才能讓微觀粒子真實存在,否則,微觀粒子就是不存在的,或者說它們無處不在,這種觀點與我們的宏觀世界大相徑庭。
愛因斯坦和薛定諤等人堅決反對量子世界的這種詭異行為,以至于愛因斯坦同樣用宏觀世界的一個悖論質疑波爾:
如果我們不看月亮,月亮就不在那里嗎?
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我們都知道答案,無論看不看月亮,它一定都在那里。但按照量子力學的不確定性和疊加態詮釋,月球的狀態就好像一個概率波一樣,彌漫在整個時空中,它似乎無處不在,只有當我們觀測月亮時,月亮才會坍縮為實體的存在方式。
在提出思想實驗薛定諤的貓之前,薛定諤在物理學界已經相當有名氣,他創建了著名的薛定諤波動方程,并因此獲得了諾貝爾物理學獎。
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薛定諤方程非常偉大,一般人也看不懂。不過我們不用糾結薛定諤方程到底講了什么,只需要明白一點:薛定諤方程在微觀世界的地位,就相當于牛頓第二定律在宏觀世界的地位。
可見薛定諤方程有多偉大,它描述了微觀世界里那些粒子的運行規律和屬性,包括能量,位置,動量等信息。
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求解薛定諤方程就能得到微觀粒子的波函數,但是薛定諤并沒有給出波函數的具體物理意義。我們都知道,如果一個方程不能直接體現出某種物理意義,就是很大的缺陷。
沒想到的是,這個問題被哥本哈根學派的玻恩解決了。玻恩提出了概率波的概念,認為薛定諤方程求解得到的波函數實際上就是微觀粒子的概率波,這種概率波詮釋也讓玻恩獲得了諾貝爾物理學獎。
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概率波,其實反映的正是量子力學的核心,也就是不確定性。微觀粒子的狀態只能用概率描述,我們無法同時確定微觀粒子的位置和速度信息,只能描述它們在某個位置出現的概率。
相信薛定諤本人也沒有想到,自己創建的薛定諤方程的波函數的含義,最終被哥本哈根學派詮釋了。本來被誰詮釋都無所謂,但沒想到的是玻恩對波函數的詮釋方式恰恰體現了量子力學的核心不確定性,這讓薛定諤本人多少有些尷尬。
不過薛定諤并沒有放棄,便提出了讓所有人都有點尷尬的思想實驗,薛定諤的貓。
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這個實驗就不詳述了,相信大家都有所了解。總之,按照量子力學疊加態的詮釋,現實中應該存在一只“既死又活”的貓,但這顯然是不可能的。薛定諤就是想借此諷刺哥本哈根學派的觀點。
但這里有一個問題:何為觀測?是不是只有人類才有可能去觀測?
如果是這樣的話,那么人類誕生之前,是不是就沒有觀測呢?如果沒有人類的觀測,當時的世界就完全是以概率波的形式存在嗎?這顯然是一個難題,同時也是悖論。
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之后不確定性的支持者認為,觀測并不局限于人類,只要物質與物質之間發生作用,就相當于觀測了,微觀粒子的概率波就會坍縮為實體。
比如說薛定諤的貓實驗中,貓本身就是一個觀測者,甚至如果沒有貓,任何物體之間的相互作用都會是觀測,都會讓物體的概率波坍縮為實實在在的存在。
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所以,薛定諤的貓這個實驗,無論如何都不可能真正通過實驗來驗證,它就是一個思想實驗,牽扯到更多的不是科學,而是哲學。
而以波爾為首的哥本哈根學派和以愛因斯坦薛定諤為首的經典物理學派,對于微觀世界詭異現象的本質也進行了長時間辯論,不過從最終的結果來看,哥本哈根學派笑到了最后,起碼目前是這樣。
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量子力學中的不確定性,量子隧穿效應,量子糾纏等詭異現象,早就應用到我們日常生活里。比如我們日常生活離不開的半導體,計算機和手機芯片等都包含量子力學!
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