深层解读“薛定谔的猫”,一个思想实验有什么实际意义呢?
我们都知道,薛定谔的猫是由物理学家薛定谔提出的一个著名思想实验,实验本身描述了一只正常的猫竟然能变成一只“既死又活”的猫!

注意,这里的“既死又活”指的是“死与活”的叠加态,而不是“死或者活”!
简单来说下这个思想实验的过程。
将一只猫放进一个有量子系统机关的毒气瓶的箱子里,箱子是密闭的。毒气瓶的开关由一个24小时半衰期的放射性原子控制。
24小时内,如果原子衰变了,放出α粒子就会触动开关,毒气瓶将被一个铁锤砸碎,那么猫必死无疑;而如果原子没有衰变,毒气瓶完好如初,猫也就不会死去。
由于原子具体何时衰变我们无法确定,那么盒子里的猫有可能还活着,也可能已经死了,但只有我们打开盒子才能确定猫的生死。

这就引起一个谜题:到底量子叠加是在什么时候终止,并且坍缩成两种可能状态中的一种状态?
通过这个思想实验,薛定谔指出了量子力学的哥本哈根诠释宏观物体产生的问题,以及问题本身与物理常识之间的矛盾。思想
实验里,由于先前发生事件的随机性质,猫会处于生存与死亡的叠加态。

根据退相干理论,猫不可能永远处于生存与死亡的叠加态,由于环境的影响,很快地会产生退相干效应,进而处于生存或死亡的经典统计学状态,因此
,绝对无法观察到这生存与死亡的叠加态。
同时,这个思想实验还表明,好比量子力学对“量子”
不可测的描述一样,当我们没有观察时,量子处于一种矛盾的“叠加态”,而当我进行观察时,量子从“叠加态”坍缩为唯一确定的经典态(本征态)。
为什么要做这个思想实验呢?
薛定谔提出过伟大的薛定谔方程,这个方程诠释了氢原子结构,但面对如此伟大的方程,薛定谔却不能诠释方程中波函数的物理意义。
而任何一个公式如果不具备物理意义,就不是一个完整的理论。后来德国物理学家波恩对薛定谔方程做出了一个容易理解的诠释:
波函数描述的是一种概率波,只能计算在某个位置找到某个粒子的概率,观察测量只能预测某一结果的概率,却不能预测一定会得到什么结果。

波恩也凭借这种概率诠释获得了诺贝尔奖。
薛定谔本应感谢波恩,不过当年的波恩属于波尔为首的“哥本哈根派”,支持概率论。而薛定谔支持的是爱因斯坦的“实在决定论”,两者看起来“水火不容”。这让薛定谔有些不满。而爱因斯坦与波尔的三次辩论中都败下阵来!
爱因斯坦去世之后,薛定谔继承了爱因斯坦的思想,提出了著名的“薛定谔的猫”这个思想实验,继续向哥本哈根派领袖波尔挑战!
说白了,薛定谔只是想借助这个思想实验,让人在宏观世界中直观地感受下哥本哈根派的“概率论”有多么荒唐!思想实验本身并不能说明什么,仅仅是薛定谔的一种愤怒的表达,或者说是一种嘲讽。

最终的问题仍旧是:世界到底是由什么来支配的?实在决定论还是概率论!
虽然这只是个思想实验,但类似原理已被研究与运用在实际应用领域。
简单了解下何为“哥本哈根解释”,为什么让爱因斯坦薛定谔等人如此难以接受?
玻恩的波函数概率解释:上面已经简单说了。
海森堡的不确定原理:有一些成对物理量,它们不可能同时被精准测定,一个越确定另一个必定越不确定,此消彼长。
波尔的互补原理:一些物理对象存在看似矛盾的多重属性,原则上不可能用同一种方法同时看见其多种属性,只能用不同的方法观察到它们不同的属性。
波尔的对应原理:量子的各种规则虽然适用于微观尺度,但从规则中得出的结论不能违反宏观上的观察结果,而且宏观尺度上还是遵循经典物理学规则。也就是说,在大量子数极限的情况下,量子体系的运动趋向经典力学体系,量子物理定律和方程可以转化为经典物理定律及方程。
叠加态原理:如果A和B是一个粒子的两种状态,那么A+B也是这个粒子的第三种状态,并同时具有A\B的特征。
波函数坍缩:在一次测量与下一次测量之间,除了概率波函数以外,微观物体不存在,它只有各种可能的状态,只有进行了观察或测量,“可能”状态才坍缩为实际的“确定”状态。
看了是不是觉得头大,为了描述一个量子,竟然总结了这么多原理。对于物理学追求的简洁、统一来说,这无疑太多了。就像一个人说话,说了一大堆却无法总结出一个中心思想一样。
但这些结论又与实验观察结果完美匹配,缺一不可。然而在爱因斯坦薛定谔等人心中“哥本哈根解释”是不完备的,绝不是量子力学的本质,还应该有更深层的本质没有挖掘出来。但作为量子力学的正统解释,也没有人能给出比“哥本哈根学派”更好的解释。
最后说一下著名的“双缝干涉实验”,真实存在的实验,与“薛定谔的猫”这个实验非常相似,实验中也有“叠加态”以及“观测影响结果”的问题,有兴趣的朋友们可以搜索这个实验观看一下,肯定会震惊到你!
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