愛(ài)華網(wǎng)薛定諤的貓是由奧地利物理學(xué)家薛定諤于1935年提出的有關(guān)貓既是死的又是活的著名思想實(shí)驗(yàn)的名字，它描述了量子力學(xué)的真相：在量子系統(tǒng)中，一個(gè)原子或者光子可以同時(shí)以多種狀態(tài)的組合形式存在，而這些不同的狀態(tài)可能對(duì)應(yīng)不同的甚至是矛盾的結(jié)果。整個(gè)實(shí)驗(yàn)是這樣進(jìn)行的：在一個(gè)盒子里有一只貓，以及少量放射性物質(zhì)。在一小時(shí)內(nèi)，大約有50%的概率放射性物質(zhì)將會(huì)衰變并釋放出毒氣殺死這只貓，剩下50%的概率是放射性物質(zhì)不會(huì)衰變而貓將活下來(lái)。
薛定諤的貓_薛定諤的貓 -概述
薛定諤的貓“薛定諤的貓”是由奧地利物理學(xué)家薛定諤于1935年提出的有關(guān)貓既是死的又是活的著名思想實(shí)驗(yàn)的名字，它描述了量子力學(xué)的真相。根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)，在盒子里必將發(fā)生這兩個(gè)結(jié)果之一，而外部觀測(cè)者只有打開(kāi)盒子才能知道里面的結(jié)果。但在量子力學(xué)的怪異世界里，貓到底是死是活都必須在盒子打開(kāi)后，外部觀測(cè)者“測(cè)量”具體情形才能知曉。當(dāng)盒子處于關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)則一直保持不確定性的狀態(tài)，貓既是死的也是活的。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)旨在論證怪異的量子力學(xué)，當(dāng)它從粒子擴(kuò)大宏觀物體，諸如貓，聽(tīng)起來(lái)非?；闹嚒ＱΧㄖ@的貓本身是一個(gè)假設(shè)的概念，但隨著技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)诠庾印⒃?、分子中?shí)現(xiàn)了薛定諤貓態(tài)，甚至已經(jīng)開(kāi)始嘗試用病毒來(lái)制備薛定諤貓態(tài)，就像劉慈欣《球狀閃電》中變成量子態(tài)的人，人們已經(jīng)越來(lái)越接近實(shí)現(xiàn)生命體的薛定諤貓?？墒橇硗庖环矫妫藗儼l(fā)現(xiàn)薛定諤貓態(tài)（量子疊加態(tài)）本身就在生命過(guò)程中存在著，且是生物生存不可缺少的。
薛定諤的貓_薛定諤的貓 -理想實(shí)驗(yàn)
薛定諤的貓(Schr?dinger'sCat)是關(guān)于量子理論的一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)。盡管量子論的誕生已經(jīng)過(guò)了一個(gè)世紀(jì)，其輝煌鼎盛與繁榮也過(guò)了半個(gè)世紀(jì)。但是量子理論曾經(jīng)引起的困惑至今仍困惑著人們。正如玻爾的名言：“誰(shuí)要是第一次聽(tīng)到量子理論時(shí)沒(méi)有感到困惑，那他一定沒(méi)聽(tīng)懂。”薛定諤的貓是諸多量子困惑中有代表性的一個(gè)。一只貓被封在一個(gè)密室里，密室里有食物有毒藥。毒藥瓶上有一個(gè)錘子，錘子由一個(gè)電子開(kāi)關(guān)控制，電子開(kāi)關(guān)由放射性原子控制。如果原子核衰變，則放出阿爾法粒子，觸動(dòng)電子開(kāi)關(guān)，錘子落下，砸碎毒藥瓶，釋放出里面的氰化物氣體，貓必死無(wú)疑。原子核的衰變是隨機(jī)事件，物理學(xué)家所能精確知道的只是半衰期――衰變一半所需要的時(shí)間。如果一種放射性元素的半衰期是一天，則過(guò)一天，該元素就少了一半，再過(guò)一天，就少了剩下的一半。但是，物理學(xué)家卻無(wú)法知道，它在什么時(shí)候衰變，上午，還是下午。當(dāng)然，物理學(xué)家知道它在上午或下午衰變的幾率――也就是貓?jiān)谏衔缁蛘呦挛缢劳龅膸茁?。如果我們不揭開(kāi)密室的蓋子，根據(jù)我們?cè)谌粘Ｉ钪械慕?jīng)驗(yàn)，可以認(rèn)定，貓或者死，或者活。這是它的兩種本征態(tài)。但是，如果我們用薛定諤方程來(lái)描述薛定諤貓，則只能說(shuō)，它處于一種活與不活的疊加態(tài)。我們只有在揭開(kāi)蓋子的一瞬間，才能確切地知道貓是死是活。此時(shí)，貓的波函數(shù)由疊加態(tài)立即收縮到某一個(gè)本征態(tài)。量子理論認(rèn)為：如果沒(méi)有揭開(kāi)蓋子，進(jìn)行觀察，我們永遠(yuǎn)也不知道貓是死是活，它將永遠(yuǎn)處于半死不活的疊加態(tài)。薛定諤挖苦說(shuō)：按照量子力學(xué)的解釋，箱中之貓?zhí)幱凇八溃畀B加態(tài)”――既死了又活著！要等到打開(kāi)箱子看貓一眼才決定其生死。（請(qǐng)注意！不是發(fā)現(xiàn)而是決定，僅僅看一眼就足以致命！）正像哈姆雷特王子所說(shuō)：“生存還是死亡，這是一個(gè)問(wèn)題。”只有當(dāng)你打開(kāi)盒子的時(shí)候，疊加態(tài)突然結(jié)束（在數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)就是“波函數(shù)坍縮（collapse）”），哈姆雷特王子的猶豫才終于結(jié)束，我們知道了貓的確定態(tài)：死，或者活。哥本哈根的幾率詮釋的優(yōu)點(diǎn)是：只出現(xiàn)一個(gè)結(jié)果，這與我們觀測(cè)到的結(jié)果相符合。但是有一個(gè)大的問(wèn)題：它要求波函數(shù)突然坍縮。但物理學(xué)中沒(méi)有一個(gè)公式能夠描述這種坍縮。盡管如此，長(zhǎng)期以來(lái)物理學(xué)家們出于實(shí)用主義的考慮，還是接受了哥本哈根的詮釋。付出的代價(jià)是：違反了薛定諤方程。這就難怪薛定諤一直耿耿于懷了。哥本哈根詮釋在很長(zhǎng)的一段時(shí)間成了“正統(tǒng)的”、“標(biāo)準(zhǔn)的”詮釋。但那只不死不活的貓卻總是像惡夢(mèng)一樣讓物理學(xué)家們不得安寧。格利賓在《尋找薛定諤的貓》中想告訴我們的是，哥本哈根詮釋在哪兒失??？以及用什么詮釋可以替代它？干涉實(shí)驗(yàn)1801年，托馬斯?楊進(jìn)行了一次光學(xué)實(shí)驗(yàn)，即著名的楊氏雙孔干涉實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，光顯示出波粒二象性。后來(lái)又有人做了單電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，這是否證明了埃弗雷特的多世界理論呢？在一張紙板上開(kāi)兩道狹縫，然后在紙板后架上光屏，用一個(gè)儀器發(fā)射出一個(gè)電子，使其通過(guò)狹縫。按照正常思維來(lái)看，電子可能通過(guò)這個(gè)狹縫，也可能通過(guò)另一個(gè)狹縫。而觀測(cè)顯示：這個(gè)電子在兩道狹縫后都形成了圖像。有人說(shuō)只射出一個(gè)電子，也會(huì)產(chǎn)生干涉條紋，這是德布羅意物質(zhì)波的相干疊加所導(dǎo)致的必然結(jié)果。薛定諤的貓_薛定諤的貓 -尋找薛定諤貓
哥本哈根詮釋
量子力學(xué)(薛定諤貓佯謬)哥本哈根詮釋在很長(zhǎng)的一段時(shí)間成了“正統(tǒng)的”、“標(biāo)準(zhǔn)的”詮釋。但那只不死不活的貓卻總是像惡夢(mèng)一樣讓物理學(xué)家們不得安寧。格利賓在《尋找薛定諤的貓》中想告訴我們的是，哥本哈根詮釋在哪兒失敗？以及用什么詮釋可以替代它？
格利賓
1957年，埃弗雷特提出的“多世界詮釋”似乎為人們帶來(lái)了福音，雖然由于它太離奇開(kāi)始沒(méi)有人認(rèn)真對(duì)待。格利賓認(rèn)為，多世界詮釋有許多優(yōu)點(diǎn)，由此它可以代替哥本哈根詮釋。我們下面簡(jiǎn)單介紹一下埃弗雷特的多世界詮釋。格利賓在書中寫道：“埃弗雷特……指出兩只貓都是真實(shí)的。有一只活貓，有一只死貓，但它們位于不同的世界中。問(wèn)題并不在于盒子中的放射性原子是否衰變，而在于它既衰變又不衰變。當(dāng)我們向盒子里看時(shí)，整個(gè)世界分裂成它自己的兩個(gè)版本。這兩個(gè)版本在其余的各個(gè)方面都是全同的。唯一的區(qū)別在于其中一個(gè)版本中，原子衰變了，貓死了；而在另一個(gè)版本中，原子沒(méi)有衰變，貓還活著?！币簿褪钦f(shuō)，上面說(shuō)的“原子衰變了，貓死了；原子沒(méi)有衰變，貓還活著”這兩個(gè)世界將完全相互獨(dú)立地演變下去，就像兩個(gè)平行的世界一樣。格利賓顯然十分贊賞這一詮釋，所以他接著說(shuō)：“這聽(tīng)起來(lái)就像科幻小說(shuō)，然而……它是基于無(wú)懈可擊的數(shù)學(xué)方程，基于量子力學(xué)樸實(shí)的、自洽的、符合邏輯的結(jié)果?！薄霸诹孔拥亩嗍澜缰校覀兺ㄟ^(guò)參與而選擇出自己的道路。在我們生活的這個(gè)世界上，沒(méi)有隱變量，上帝不會(huì)擲骰子，一切都是真實(shí)的?！卑锤窭e所說(shuō)，愛(ài)因斯坦如果還活著，他也許會(huì)同意并大大地贊揚(yáng)這一個(gè)“沒(méi)有隱變量，上帝不會(huì)擲骰子”的理論。這個(gè)詮釋的優(yōu)點(diǎn)是：薛定諤方程始終成立，波函數(shù)從不坍縮，由此它簡(jiǎn)化了基本理論。它的問(wèn)題是：設(shè)想過(guò)于離奇，付出的代價(jià)是這些平行的世界全都是同樣真實(shí)的。這就難怪有人說(shuō)：“在科學(xué)史上，多世界詮釋無(wú)疑是目前所提出的最大膽、最野心勃勃的理論?！?p>量子相干性1996年5月，美國(guó)科羅拉多州博爾德的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）的Monroe等人用單個(gè)鈹離子作成了“薛定諤的貓”并拍下了快照，發(fā)現(xiàn)鈹離子在第一個(gè)空間位置上處于自旋向上的狀態(tài)，而同時(shí)又在第二個(gè)空間位置上處于自旋向下的狀態(tài)，而這兩個(gè)狀態(tài)相距80納米之遙！（1納米等于1毫微米）――這在原子尺度上是一個(gè)巨大的距離。想像這個(gè)鈹離子是個(gè)通靈大師，他在紐約與喜馬拉雅同時(shí)現(xiàn)身，一個(gè)他正從摩天樓頂往下跳傘；而另一個(gè)他則正爬上雪山之巔！――量子的這種“化身博士”特點(diǎn)，物理學(xué)上稱“量子相干性”。在早期的楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，單個(gè)光粒子即以優(yōu)美的波粒二象性，輕巧地同時(shí)穿過(guò)兩條狹縫，在觀察屏上制造出一幅美麗的明暗相干條紋。薛定諤的貓_薛定諤的貓 -薛定諤方程
方程
薛定諤貓態(tài)埃爾溫?薛定諤在20世紀(jì)20年代中期創(chuàng)立了現(xiàn)在被稱為量子力學(xué)分支中的一個(gè)方程。后來(lái)被稱之為薛定諤現(xiàn)六光子薛定諤貓態(tài)方程：
愛(ài)華網(wǎng)本文地址 » http://www.klfzs.com/a/8103370103/75128.html
