科学家和猫的故事
相信你听说过“薛定谔cat”这个词,很多地方都在谈论这只“死而复生”的猫。但是《薛定谔猫》想表达什么,这只猫存在的意义是什么?今天,我们来看看这位著名科学家和猫的恩怨。
奥地利,物理学家薛定谔,也是量子力学的创始人之一。他还促进和发展了分子生物学,建立了波动力学。薛定谔薛定谔方程是量子力学中描述微观粒子运动的基本定律。在量子力学中,薛定谔方程相当于经典力学中的牛顿三定律。
由此可见,在量子力学中,薛定谔的地位并不低。他不仅在物理学上取得了成就,而且在生物学和哲学上也有深入的研究,他还获得了诺贝尔奖。除了这些研究成果,“薛定谔《的猫》的思想实验对整个世界和量子力学的发展都产生了巨大的影响。
那么什么是薛定谔猫呢?其实,薛定谔猫并不真实,而是一个“思想实验品”。物理中有很多思想实验,因为很多时候因为科技的限制,有些实验很难实现,或者有些会产生悖论。这个时候,科学家就会发挥想象力,在脑海中完成这些实验。
一些在现实世界中或者因为各种原因无法完成的实验,会以思想实验的形式实现。爱因斯坦曾经说过
"理论的真实性在你的头脑里,而不是在你的眼睛里。"可见思维实验在物理学发展中的重要性。
薛定谔猫可能是最著名的思想实验,它巧妙地将宏观和微观结合起来,向人类解释了量子力学中测不准原理的不完全性。
首先,我们来谈谈薛定谔猫思维实验的具体过程。
假设有一个封闭的容器,猫存在于这个容器中。虽然这个容器是封闭的,但是不需要考虑猫咪会因为缺氧而死亡。这个容器里还有少量。
镭和氰化物,剧毒氰化物,也储存在密封的玻璃瓶中。
但是
镭这种元素很不稳定,有一个很大的概念,会随着时间的推移而衰变。如果容器中的元素
如果镭衰变,会打碎装有氰化物的玻璃瓶,也会导致猫被剧毒的氢化物杀死。这个看似简单的实验会产生惊人的结果。
在我们的想象中,这个实验有点莫名其妙,因为实验的最终结果一定是镭的衰变,导致猫的死亡。但是,如果从量子力学的角度去思考,就会产生完全不同的结果。因为猫是在一个密闭的容器里,所以在打开这个容器之前,我们不知道镭是否已经衰变。如果强行打开容器,猫必然会死亡。
所以,我们不知道猫在容器里的具体状态。更进一步说,我们不知道容器中镭的状态。从量子力学的角度来看,镭处于衰变态和非衰变态的“叠加态”。
根据量子力学,当我们不观测量子时,量子态可以同时以多种状态存在,也就是说,镭同时处于衰变和不衰变的“叠加态”,所以猫的状态也是“生”和“死”的叠加态。但这不合理吗?一个生物怎么会生老病死?
但是,薛定谔提出这个思想实验,并不是为了让我们对这只猫的存在感到恐惧,而是为了揭示量子力学的“不完美”,同时
敬我们
展示量子力学现在面临的困境。
目前最被认可的量子力学“哥本哈根”的解读认为,观察者的观察导致波函数的坍缩,当观察者不观察时,量子态共存,这可以用双缝干涉实验来证明。
正是由于薛定谔不满意哥本哈根的解释,他提出了结合微观和宏观两个方面的薛定谔猫思想实验。用一只不存在的猫,就能感受到目前量子力学理论的不完备。事实上,早在这个思想实验被提出之前,爱因斯坦就开始质疑量子力学的不完美。薛定谔和爱因斯坦开始讨论量子纠缠现象,认为量子力学揭示的现象揭示的不是宇宙的本质,而是理论不完善造成的假象。
爱因斯坦说“上帝不掷骰子”是在质疑哥本哈根的解释,而薛定谔猫也向我们揭示了量子力学目前面临的问题。量子力学中的很多观点和现象与宏观世界中的规律是相悖的。
然而,除了哥本哈根解释之外,多世界解释也是许多人追求的理论。这种解释认为,在我们观察猫的状态之前,两种状态的叠加代表了两个不同的平行宇宙,观察将决定我们进入哪个平行宇宙。这种观点甚至比哥本哈根的解释更不可靠。
总的来说,薛定谔猫实验是向我们揭示了量子力学现在面临的问题。这个思想实验并没有我们想象的那么怪异,只是由于理论的不完善和人类科技的限制,我们无法得到合理的答案。
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