比如一個原子中的一個電子,只能推算其出現在某個位置的概率,不觀測的話就不知道它在哪,不像經典力學那樣計算行星的運行算出來在哪就在哪,這就讓人很惱火。

薛定諤為反對這個概念,提出了貓箱實驗的概念。比如一個半衰期為X的原子,我們知道這種物質在X的單位時間內會衰變為原來的一半,但單獨一個原子就不知道了,這個原子在X的時間內有二分之一的概率衰變並釋放出中子。

假想有一個貓關在箱子里,箱子帶這麼一個裝置,如果該原子在X的時間內衰變,則釋放氯氣將貓毒死,若不衰變則不釋放,貓繼續活著。

那麼經過X的時間之後呢,貓是活著還是死呢?不知道,非得打開看一下。貓箱中形成了一個像同時出現在兩個位置的一個電子那樣的疊加狀態。

而出乎薛定諤的意料的是,貓箱實驗發展成了多平行世界假說。

比如天上只要有個飛機在飛,那就有空難墜落掉我頭上的可能,於是有著我還活著的世界,與我已被飛機撞死的世界——其實,我們每個人都是貓箱中的那隻貓。


每個選擇都有不同的結果,有你走路邁左腳的世界,也有邁右腳的世界,這就是個疊加態。

對薛定諤的貓的理解可以簡單概括成一句話:貓在箱子里在「死的」或者「活著」兩種狀態之一的概率各是 50%,只有「打開箱子才會知道是死」或者「活」。


EPR 出台的時候,薛定諤大為高興,稱讚愛因斯坦「抓住了量子論的小辮子。」受此啟發,他在 1935 年也發表了一篇論文,題為《量子力學的現狀》( Die gegenwartige Situation in der Quantenmechanik ),文中的口氣非常諷刺。總而言之,是和哥本哈根派誓不兩立的了。


在論文的第 5 節,薛定諤描述了那個常被視為惡夢的貓實驗。好,哥本哈根派說,沒有測量之前,一個粒子的狀態模糊不清,處於各種可能性的混合疊加,是吧?比如一個放射性原子,它何時衰變是完全概率性的。只要沒有觀察,它便處於衰變/不衰變的疊加狀態中,只有確實地測量了,它才隨機選擇一種狀態而出現。


好得很,那麼讓我們把這個原子放在一個不透明的箱子中讓它保持這種疊加狀態。現在薛定諤想像了一種結構巧妙的精密裝置,每當原子衰變而放出一個中子,它就激發一連串連鎖反應,最終結果是打破箱子里的一個毒氣瓶,而同時在箱子里的還有一隻可憐的貓。事情很明顯:如果原子衰變了,那麼毒氣瓶就被打破,貓就被毒死。要是原子沒有衰變,那麼貓就好好地活著。


自然的推論:當它們都被鎖在箱子里時,因為我們沒有觀察,所以那個原子處在衰變/不衰變的疊加狀態。因為原子的狀態不確定,所以貓的狀態也不確定,只有當我們打開箱子察看,事情才最終定論:要麼貓四腳朝天躺在箱子里死掉了,要麼它活蹦亂跳地「喵嗚」直叫。問題是,當我們沒有打開箱子之前,這隻貓處在什麼狀態?似乎唯一的可能就是,它和我們的原子一樣處在疊加態,這隻貓當時陷於一種死/活的混合。


現在就不光光是原子是否幽靈的問題了,現在貓也變成了幽靈。一隻貓同時又是死的又是活的?它處在不死不活的疊加態?這未免和常識太過衝突,同時在生物學角度來講也是奇談怪論。如果打開箱子出來一隻活貓,那麼要是它能說話,它會不會描述那種死/活疊加的奇異感受?恐怕不太可能。



薛定諤的實驗把量子效應放大到了我們的日常世界,現在量子的奇特性質牽涉到我們的日常生活了,牽涉到我們心愛的寵物貓究竟是死還是活的問題。這個實驗雖然簡單,卻比 EPR 要辛辣許多,這一次扎得哥本哈根派夠疼的。他們不得不退一步以咽下這杯苦酒:是的,當我們沒有觀察的時候,那隻貓的確是又死又活的。


不僅僅是貓,一切的一切,當我們不去觀察的時候,都是處在不確定的疊加狀態的,因為世間萬物也都是由服從不確定性原理的原子組成,所以一切都不能免俗。量子派後來有一個被哄傳得很廣的論調說:「當我們不觀察時,月亮是不存在的」。這稍稍偏離了本意,準確來說,因為月亮也是由不確定的粒子組成的,所以如果我們轉過頭不去看月亮,那一大堆粒子就開始按照波函數彌散開去。於是乎,月亮的邊緣開始顯得模糊而不確定,它逐漸「融化」,變成概率波擴散到周圍的空間里去。當然這麼大一個月亮完全融化成空間中的概率是需要很長很長時間的,不過問題的實質是:要是不觀察月亮,它就從確定的狀態變成無數不確定的疊加。不觀察它時,一個確定的,客觀的月亮是不存在的。但只要一回頭,一輪明月便又高懸空中,似乎什麼事也沒發生過一樣。

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上帝擲骰子嗎:量子物理史話

曹天元

磨鐵圖書出版社

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其實非常簡單。薛定諤的貓說的並不是貓。

在微觀世界,外界的觀察會導致目標對象無法測量。我們人類用眼睛觀察微觀世界,靠的是光子。光子雖小,但是光子會作用到微觀粒子上。你不看他還好,一看他,從你眼睛反射出的光子會影響你觀察的對象。所以說同一個微觀對象,在你觀察他之前和觀察他之後,結果是不一樣的。也就是說人類的觀察或測量會改變實驗對象。若想不改變實驗對象,除非人類的觀察或測量,不發射任何粒子,不去影響被測量對象。

所謂薛定諤的貓只是一個幌子,只是幫助那些不懂量子力學的人入門而已。事實上,箱子里的貓不是死的,也不是活的。箱子里貓也不是死和活的疊加態。其實箱子里的貓在宇宙的任何地方無處不在。只是此刻,他只是在箱子里的概率100%,在宇宙其他地方的概率0%。現實中我們人類的觀察,對於箱子里的貓的死活是不起任何作用的。現實中,我們人類的觀察只對微觀世界有效。因為我們觀測手段干擾了或者說影響了被觀測對象。目前為止沒有任何觀測手段,是不和被觀測對象發生作用的。

好了,我解釋完了,就是這麼簡單

(以下是彩蛋:這個宇宙的奧秘就是,從來都沒有沒有發生過的事件。你能想像過的一切都已經發生過。這個宇宙充滿著無限的可能。包括一切物理規律,只有這樣,宇宙才有意義)

薛定諤的貓簡化版本:一個看不清內部的箱子裡面,有一隻貓和一個裝有毒氣的氣球,貓有可能抓破氣球使毒氣泄露把自己毒死。沒了。

除非你打開箱子,否則不知道貓的死活。在開箱子之前,貓是一種不知道死活,即所謂的既死又活的疊加狀態。開箱之後,貓由生死疊加的狀態坍塌為確定的狀態,不是死便是活。

狀態疊加(也就是狀態不確定)和狀態坍塌現象很常見

舉個例子:

小A去上廁所了,我要去找他。

在打開第一個廁所隔間之前,小A可能在裡面也可能不在,我只有打開才能知道。

在這個過程中,小A的狀態由可有可無變成了不是有就是無。在打開廁所門之前,小A是一種可有可無,即所謂的既有又無的疊加狀態。開門之後,小A由既有又無的狀態變為確定的狀態,不是有便是無。

我把它稱為"上廁所的小A" [滑稽]


其實就是眼不見,心不煩。如果沒有誰知道貓是死是活,它就不能被說成是死貓,也不能被說成是活貓,也沒有誰能左右它的死活。一旦有誰觀察到貓,那麼他的狀態就被明確了——要麼活要麼死,那就是觀察使得它死掉或者……倖存。

除非某某可以在觀察貓的時候和粒子沒關係,那就厲害了

就醬


只能通俗到這地步了。再變就錯了。

有個單位矢量描述貓的死活,你不測的時候它是(a,b),其中a和b滿足|a|^2+|b|^2=1。其中a是這個矢量在「死」方向的分量,「活」方向與「死」方向垂直,b是這個矢量在「活」方向上的分量。

只要你一測,這個矢量自動跳成(1,0)或者(0,1),跳前者概率是|a|^2,跳後者概率是|b|^2。


薛定諤家裡半死不活的貓。

描述態疊加原理

舉個不恰當的例子,

1+2=3

三里是不是既有一又有二。


在量子世界裡,這隻貓即死又生,薛定諤用來反駁量子力學


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