薛定谔的貓,相信大家都聽說過,它是一個思想實驗,一開始其實是用來諷刺哥本哈根學派提出的不确定性原理,也就是“疊加态”原理。讓薛定谔沒有想到的是,最後竟然成了量子力學中非常著名的科普故事。
那麼薛定谔的貓,到底是怎麼回事呢?
簡單描述一下,一個密封的箱子,裡面有放射性元素,開關,毒氣瓶。
元素衰變,開關就打開,毒氣瓶釋放出毒氣,貓就會被毒死。反之,貓就不會被毒死。
按照量子力學的不确定性,放射性元素衰變與否完全是不确定的,是處于衰變與沒有衰變的兩種狀态,是一種疊加态。
注意,這裡的“疊加态”并不是我們通常認為的“衰變或者沒有衰變”,而是“衰變與沒有衰變同時存在”,如此一來,貓當然就處于“既死又活”的疊加态,而不是“死或者活”!
當好奇的人們想知道“既死又活”的貓到底是如此存在的時候,隻有打開箱子就行觀察,而隻要實施了觀察行為,貓的狀态離開就從“既死又活”的疊加态坍縮為“要麼死,要麼活”的确定狀态。
這個思想實驗完全颠覆了我們對現實世界的認知,世界上怎麼可能存在一隻“既死又活”的貓呢?好在這個實驗隻是思想實驗,隻是把微觀粒子的特性引入到了宏觀世界而已,并不是真的實驗。
不過這裡強調一點,所謂的觀察或者說觀測并不是隻有人類眼睛看到才算觀測,任何宏觀事物對微觀粒子的行為做出了判定,都算是觀測,比如說箱子裡有很多宏觀物體,它們實際上早就對放射性元素進行了“觀測”!
還有一個真實的實驗就是電子雙縫幹涉實驗,不再詳述這個實驗過程,大家都應該有所了解。
總之就是,當科學家用探測器對電子的路徑進行觀測時,幹涉條紋就會消失。如果沒有觀測,就會出現幹涉條紋。
這個實驗結果讓很多科學家感到瘋狂,因為實驗結果表明了這點,隻要微觀粒子的行為沒有最終判定,它所有路徑過程都是不存在的,隻能用概率去描述,也就是所謂的“概率波”。
這裡的概率波并不是我們通常所說的波動性,隻是純粹的數學描述。
說白了,在沒有測量之前,我們可以認為微觀粒子就是不存在的,隻有測量行為發生之後,微觀粒子才會存在。
愛因斯坦非常反感量子世界的這種行為,他用宏觀世界的物體來反駁這種詭異的行為:我們不看月亮時,難道月亮就不存在嗎?
理論上講,放在微觀世界,月亮真的不存在。隻有當我們觀察時,月亮才會在那裡。
目前,沒有任何人任何理論來解釋量子力學的這種詭異性。所謂的“哥本哈根正統解釋”,也隻是針對實驗結果的描述罷了。
但不可否認的是,量子力學的詭異現象的确存在,而且也早已應用到我們日常生活中,但我們隻是應用,還不知道它的科學原理!
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