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薛定谔的貓是量子科學的悖論

寵物 更新时间:2025-02-11 18:18:46

前面我給大家花2期講解過“薛定谔的貓”這個思想實驗,其中詳細談了兩個核心:1、微觀世界的随機和宏觀世界的随機完全不一樣。2、觀察會使得微觀世界的“疊加态”變回“本征态”。如果不懂這個思想實驗和疊加态的朋友,可以先去看看前面的相關文章。

薛定谔的貓是量子科學的悖論(為什麼可以解釋)1

為了照顧沒看文章朋友,我再講解下這個思想實驗:其實就是把一隻貓放進箱子,箱子裡有鐳、計數器、錘子和毒瓶,當鐳衰變就會激發計數器,讓錘子敲碎毒瓶從而讓貓死,如果沒衰變貓就不死。本來這是一個很簡單的實驗,但是關鍵在于鐳衰變是一個真正意義上的“随機”事件。

怎麼去理解啥叫“真正意義上的随機”?其實前面的文章我詳細講解了,就是真正的随機在于不可預測,宏觀世界的随機其實是可預測的,比如你扔一個硬币,當你扔的一刻其實就已經決定了硬币到底是正面還是反面,隻要我掌握了你扔硬币的初速度、硬币的質量、扔硬币的角度、空氣阻力、風速、地面的彈性系數等等初始信息,我甚至能計算出來硬币落地到底是正面還是反面,所以具有可預測性。

薛定谔的貓是量子科學的悖論(為什麼可以解釋)2

但是微觀世界鐳是否衰變是不具有可預測性的,姑且不說你壓根就無法獲取完整的初始信息,因為根據“不确定性”原理,你無法同時精确微觀粒子的位置和速度,就算你能真正掌握初始信息,你也無法預測一個微觀粒子将來一定會如何,你隻能給出微觀粒子将來處于某種狀态的概率是多少。

薛定谔的貓是量子科學的悖論(為什麼可以解釋)3

所以微觀世界才具有真正意義上的随機性,由這個随機性就帶來了“疊加态”,微觀粒子時刻處于多個個狀态的疊加态就比較好理解了。但是疊加态到底是啥造成,卻成為了懸念。誠如我上一期内容所說,疊加态其實可以用“多重宇宙論”來解釋。

為什麼多重宇宙可以解釋它呢?其實“薛定谔的貓”最主要的核心在于:微觀世界的随機性是真随機,微觀世界的疊加态是真實存在的。千萬不要把微觀粒子可以“同時處于多個位置”的這種能力理解成為,由于微觀粒子運動太快導緻看起來像在多個位置。看起來像多個位置和真實處于多個位置,這是認知上質的差别。

薛定谔的貓是量子科學的悖論(為什麼可以解釋)4

當你了解了這種疊加性是真實存在,并非我們人類的錯覺,那麼我們就要談“薛定谔的貓”第二個核心,就是“觀察對微觀世界的影響”。誠如前面幾期文章所講,觀察會讓微觀粒子從“疊加态”變回“本征态”(所謂本征态就是指類似宏觀物體一樣具有一個固定位置的狀态)。所以當你去“觀察”一下這隻貓,開箱的一瞬間貓從原來的生死疊加态變回本征态,要麼生要麼死。而且更重要的是你要認識的,正式你開箱的這個動作導緻貓變回本征态的,也就是說如果開箱發現貓死了,殺死貓的兇手就是你,是你開箱的動作導緻貓死的。如果你開箱發現貓活着,拯救貓的也是你,是你開箱的動作拯救貓的。

說到這裡我還是沒有談到多重宇宙和薛定谔的貓有啥關系,不知道大家想過沒有,為啥我們的觀察會導緻貓變回本征态?換一種問法,為啥我們對微觀世界的“觀察”會改變被觀察物體的屬性?多重宇宙論這時就派上用場了。

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假設我們的宇宙本身就有多個,我們生活的每時每刻都在分裂出新的宇宙,比如我們一出生會經曆很多事情,沒一個環節都會誕生一個新的宇宙,裡面的你會經曆不一樣的人生,而這個新的人生也會不斷分裂出新宇宙,所以說宇宙有無數個。

有了這個理論基礎我們再談薛定谔的貓,當你開箱的一瞬間,其實你隻是選擇了一個自己宇宙往哪個方向演化的方向,假設你開箱發現貓死了,其實此時你的宇宙分裂出來了兩個,一個宇宙是貓死了,也就是你最終選擇的宇宙,另一個宇宙貓還活着,也就是未被你選擇的宇宙。所以有了多重宇宙論,貓的疊加态就不需要變回本征态了,因為貓在你開箱前所處的“生死疊加态”可以等效理解為,你開箱前貓處于兩個宇宙的重疊處,其中一個宇宙的貓已經死了,另一個宇宙的貓還活着。

薛定谔的貓是量子科學的悖論(為什麼可以解釋)6

放到微觀世界我們也就可以這樣理解微觀粒子的疊加态,其實微觀粒子并不具有真正的疊加态,因為微觀粒子在你觀察之前其實一直處于多個平行宇宙的重疊處,每個宇宙微觀粒子的位置都不一樣,但是把所有宇宙中微觀粒子的位置進行“疊加”你就會發現這個微觀粒子:可以同時處于多個位置了,也就是微觀粒子處于“疊加态”了。當我們去觀察一下微觀粒子,其實我們并沒有将微觀粒子帶回“本征态”,我們所做的僅僅是從衆多宇宙中選擇了其中一個普通宇宙繼續演化而已。

薛定谔的貓是量子科學的悖論(為什麼可以解釋)7

下面我對本文再次做一個總結,最開始我說微觀粒子其實具有疊加态,然後提出一個誤區:千萬别認為微觀粒子的疊加态是由于微觀粒子速度太快,導緻看起來像疊加态,而要内心真心認為微觀粒子本身就可以同時處于多個位置,然後我再用多重宇宙論解釋了為啥微觀粒子可以同時處于多個位置,因為宇宙有多個,每個宇宙裡面的微觀粒子都有不同的位置,多重宇宙進行疊加就導緻了微觀粒子處于“疊加态”,其實微觀粒子每一個時刻都處于一個固定的位置,并非真正具有疊加态,隻是宇宙有多個,微觀粒子有多個而已。

我是《小彭來給您解惑》,如果喜歡我的文章可以關注我,如果對文章有異議可以留言評論。

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