一只猫被封在一个密室里,密室里有食物有毒药。毒药瓶上有一个锤子,锤子由一个电子开关控制,电子开关由放射性原子控制。
如果原子核衰变,则放出阿尔法粒子,触动电子开关,锤子落下,砸碎毒药瓶,释放出里面的氰化物气体,猫必死无疑。原子核的衰变是随机事件,物理学家所能精确知道的只是半衰期——衰变一半所需要的时间。
如果一种放射性元素的半衰期是一天,则过一天,该元素就少了一半,再过一天,就少了剩下的一半。物理学家却无法知道,它在什么时候衰变,上午,还是下午。当然,物理学家知道它在上午或下午衰变的几率——也就是猫在上午或者下午死亡的几率。
如果我们不揭开密室的盖子,根据我们在日常生活中的经验,可以认定,猫或者死,或者活。这是它的两种本征态。如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫,则只能说,它处于一种活与不活的叠加态。我们只有在揭开盖子的一瞬间,才能确切地知道猫是死是活。
此时,猫构成的波函数由叠加态立即收缩到某一个本征态。量子理论认为:如果没有揭开盖子,进行观察,我们永远也不知道猫是死是活,它将永远处于半死不活的叠加态,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。
扩展资料
量子力学告诉我们:除非进行观测,否则一切都不是确定的,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。爱因斯坦和少数非主流派物理学家拒绝接受由波尔及其同事创立的理论结果。
爱因斯坦认为,量子力学只不过是对原子及亚原子粒子行为的一个合理的描述,这是一种唯象理论,它本身不是终极真理。他说过一句名言:“‘上帝’不会掷骰子。”他不承认薛定谔的猫的非本征态之说,认为一定有一个内在的机制组成了事物的真实本性。
薛定谔想要借此阐述的物理问题:宏观世界是否也遵从适用于微观尺度的量子叠加原理。“薛定谔猫”佯谬巧妙地把微观放射源和宏观的猫联系起来,旨在否定宏观世界存在量子叠加态。
然而随着量子力学的发展,科学家已先后通过各种方案获得了宏观量子叠加态。此前,科学家最多使4个离子或5个光子达到“薛定谔猫”态。如何使更多粒子构成的系统达到这种状态并保存更长时间,已成为实验物理学的一大挑战。
参考资料来源:百度百科-薛定谔的猫
薛定谔的猫作为量子力学中一个故事,它的作用其实是以最形象生动的方式,呈现出薛定谔的实验。
薛定谔的猫,其实是奥地利著名物理学家薛定谔为了反驳哥本哈根学派,对量子力学所做出的“哥本哈根解释”,而提出的一个思想实验。
由于存在“不确定原理”,很多时候我们是无法同时得到量子的位置以及动量的,也可以说是粒子性和波动性。但按照他们的哥本哈根解释来看,量子世界的物质,可能是一种波,也可能是一种粒子,究竟是哪一种还是得观察。这种解释,也就是在说,物理世界不是不确定的,只是无法精准测量而已,这和经典的物理学,认为物理世界是可测量的,可观的,完全背道而驰。
于是,薛定谔为了证明其理论是不对的,提出了“薛定谔的猫”这一实验。这一实验,用到的材料是一颗24小时半衰期的放射性原子、装在密闭瓶子里的有毒气体、一只健康的活猫、不透明密闭的箱子以及探测装置。实验内容,则是把猫放到盒子里,并将装有毒气的容器以及放射性原子也装进去,再利用之前准备好的仪器,探测设备,进行探测,观察放射性原子会不会衰变,如果发生衰变,装有毒气的容器也就会被打开,猫咪也会中毒而亡。
之所以是24小时半衰期,就是因为会在24小时之内发生衰变现象,出现放射性射线。不过,发生衰变的时间具体在什么时候是个未知数,没有办法预测,有可能是刚刚开始试验的时候,也有可能是在实验结束的时候。所以,在这个阶段内,是无法得知猫咪的死活的,但按照哥本哈根的意思就是,这只猫有可能既是活的,也是死的,这显然是不符合常理的。只能是有可能是活着,也有可能是死了……
薛定谔的猫是薛定谔提出的关于量子力学的一大著名思想实验,因为提出的假想主体是猫,提出人是薛定谔,所以这个特别的思想实验称为“薛定谔的猫”,与芝诺的龟,拉普拉斯兽,麦克斯韦妖合称为物理届四大神兽。
薛定谔的猫这一思想是这样的,假如把一只猫装进一只密闭容器里,容器里同时有用电子开关控制的一个小锤子,小锤子下面是一个装着剧毒氰化物的玻璃瓶,电子开关由镭控制,镭的衰变具有不确定性,所以一旦衰变,就会触发电子开关,小锤子会打碎玻璃瓶,释放出氰化物,杀死猫。也同样是因为镭的衰变并不是百分之百的,所以还有可能镭不会衰变,小锤子一直不动,猫会存活。
可是在密闭容器打开之前,谁也不知道猫是活着的还是死了,只有打开容器后才能知道,但是研究的就是密闭容器打开之前猫的状态,是存活还是死亡?
这个实验是把微观物质雷的原子核衰变,和宏观物质猫相互联系在一起,根据量子理论的说法,这个世界的微观世界是由波和粒子两种形式组成,两种形式是可以互相转换的,通常是以粒子和波的混合状态存在,但是一旦进行观测,就都会变成粒子。
因为微观物质具有这样的不确定性,将他和宏观物质联系在一起,就有了薛定谔的猫这样在密闭容器里,还未观测时,是即死又生的状态。可是猫怎么可能既活着又死了呢?这违背常理,所以薛定谔的猫成了悖论,同时衍生了很多很有趣的说法。
比如现在很经典的一种小说设定,平行世界论,放在薛定谔的猫身上就是在密闭容器里,活着的猫和死去的猫是共同存在的,是混沌态的,身处不同的世界,在打开容器前,谁也不知道究竟身处哪个平行世界。可是我们一但打开容器,两个世界会分开,一个呈现在我们眼前,另一个则不受干扰在另一个世纪继续发展。还有很多吃瓜群众会戏称,我看到你的时候,你在这里,我没看你的时候,你就可能是不存在的,并借此逃避现实。