薛定谔的猫定律,只要不看,你就是赢家

九九随心记 2022-09-02 00:46:20 投稿 浏览:125
薛定谔定律,又叫薛定谔的猫,是由奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的有关猫生死叠加的著名思想实验,实验是这样的,在一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质,之后有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫,同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。

喜欢物理学的人一定听说过一个词语——薛定谔的猫,但是很多人百思不得其解,去看了相关定义后更迷糊了,到底薛定谔的猫是说的什么呢?我们接下来从以下几个方面来说说。

薛定谔的猫是个物理学概念,首先是由物理学界的科学家薛定谔提出来的,他的最初意图是希望在宏观角度下解释微观领域的粒子问题,意图证明粒子被观测时的状态。

然而这个概念提出后,在物理学领域快速传播,甚至引发了物理学界的大地震,近乎倾覆了物理学界信奉许久的机械唯物主义思想。

什么是薛定谔的猫

它之所以会出现,是因为在物理研究领域中存在这样一种讨论,人们对一个粒子所处的状态进行观测之前,这个粒子有多种状态,用物理学的专业术语来说就是多个波函数的叠加,在对粒子状态观测结束后,我们会得到一个准确的结果——这个粒子状态到底是怎么样的。

通俗一点来说就是,这个粒子在同一时间内,既是这个样子,又是那个样子,还是这个样子,但是你观测结束后,这个粒子只会是其中一个样子,这就是薛定谔的猫。

一种波函数

如果觉得这个解释依旧难以理解,那可以这样想一下,房间里有一个盒子,盒子里则有一只猫,还有一个盛放着毒气且容易被打碎的瓶子。在你打开盒子之前,这只猫到底是活的还是死的是不知道的,只有你打开了盒子,这只猫的生死才被决定下来。

这个时候你是不是觉得有些熟悉,好像在什么地方听说过类似的理论,没错,这个说法有些像我国古代一位哲学家提出来的心学理念,我观看此花,花与我同在,我若是没有看见这朵花,那么这朵花就不存在。

其实两者还是有些不同的,但是有相通之处,这就导致很多人理解出错,将薛定谔的猫简单粗暴的定义为唯心主义,其实这是一种不准确的理解。我们接下来深入讨论一下薛定谔的猫。

光学的讨论引出的概念

还是上面猫的那个例子,乍一看这个例子有些无聊,但在物理学家的眼中却不是这样的,在盒子没有打开之前,谁也无法知道猫的状态,这是微观概念和宏观概念的交叉融合。

在量子力学的角度下去解释,一只猫肯定不会处在既死了又活着的状态,但是在微观状态却是可以说得通的。薛定谔的猫本质上是为了证明世界的永恒性,只是提出者大概也没有想到,随着物理学的发展,薛定谔的猫引发了更多的思潮,比如对多个宇宙平行时空等问题的争辩,还有一系列的哲学问题。

物理学界哥本哈根学派就对薛定谔的猫做出了其中一种解释,在这个学派看来,在微观物理学领域,科学家会用波函数来描述粒子的状态,它可以用来计算粒子运动状态或者所处位置的概率,他们认为,当我们开始测量时,就会造成波函数坍缩,因此,原先本来会有的几个概率变成了一个。

这个观点到底是什么意思呢?我们不妨先来了解一个与该观点相关的物理实验始末。

在20世纪初,科学家对于光学的研究越来越深入,就在所有人都觉得自己距离光学的真相只差一点点时,他们陡然注意到一个问题——光到底是波还是粒子。

波和粒子是两种截然不同的东西,光只能是其中一种,这是正常人会有的想法,也是客观规律下的不可否认的事实,然而随着研究的深入,波派和粒子派的争论越加激烈,而事情逐渐朝着诡异的方向发展。

当时两拨人为了能说明光到底是什么,他们决定进行一场实验,毕竟没有什么比实验结果更有说服力。这个实验就是有名的双缝干涉实验。让光从一个有两道缝隙的木板中穿过,最后投射到一块屏幕上,如果光是粒子,那么最后显示的图像会是两条杠,如果是波,则会是一道斑马线条。

实验结果最初并没有什么让人吃惊的地方,显示的最终结果是斑马线,那就是说光其实是一种波。

不过要是事情到这里结束,可能这个实验也不会如此出名,薛定谔的猫也不会被提出来,然而当时粒子学派的学者对此结果持怀疑态度,坚决要重新实验,这就引发了后面的事情。

他们又进行了两次实验,第二次实验的结果依旧显示光是一种波,粒子学派的人只能勉为其难的放弃自己坚信的理论。

但这个时候有人提出来了一个关键问题——根据波动理论,这种现象无法解释,光子在穿越隔板上的缝隙时,要么是在左边,要么是在右边,只从一边穿越而过的波到底与什么发生了交涉?

为了弄明白这个问题,他们展开了第三次实验,他们还特意放了两台摄像机用来观察光是怎么运动的,最后的结果自然还是斑马线,证明光其实是一种波,就当粒子学派决定放弃自己的理论时,摄像机镜头里的斑马线不知道什么时候变成了两道杠。

怎么用了摄像头观察,光就是粒子,不是波了?人们的常识受到了挑战,这就好比你母亲今天做了一顿饭菜,你自己亲自去看就是红烧排骨,让别人帮你看就是糖醋鲤鱼,完全取决于你自己的观察姿势,是不是觉得荒诞?

相关解释

而薛定谔的猫就是在这个实验基础上提出来的,引发了物理界的大地震,不仅仅物理学界开始正视这个概念,连带着其他学科也参与进来,其中联系最为紧密的就是哲学。

但是不管其他学科发表如何看法,对于那群物理学家来说,依旧是毫无说服力的,甚至在他们内部,都出现了不同的声音去试图解释这一现象。

比如在1957年,物理学家艾弗雷特就提出来一种解释——多世界诠释,也就是我们常说的平行宇宙学。他认为在打开箱子确定猫的生死之前,箱子里就分化成了两个世界,一个世界的猫处于死的状态,而另外一个则是处于生的状态。

等到人们打开箱子之后,这两个世界在箱子打开的一瞬间就分离了,猫的生死取决于我们看到了哪个世界,而在盒子打开后,这两个世界开始分离,继续互相不受干扰的运行。

这个解释并不能让其他物理学家满意,其他人也纷纷提出来属于自己的见解,比如退相干诠释,坍缩诠释又或者是隐变量理论等,但是这个问题迄今为止还没有找到答案。或许在很远的将来,科学家依旧会为了这个问题争得头破血流,我们依旧无法找到答案。

薛定谔的猫至今没有定论

但从另外一个方面看,或许问题的答案很重要,然而探讨问题的过程也很重要,它催发出无数智慧的火花,闪烁着知识的光芒。

最后,我们用通俗易懂的话来形容一下薛定谔的猫,你手里有一枚硬币,你将它抛出去,正面还是反面?如果你不去看它,那么硬币的状态就既是正面又是反面,如果你看了结果,那么这种不确定的状态就被打破了,只会出现一个固定的唯一的硬币状态,这就可以用薛定谔的猫来形容。

总之一句话,薛定谔的猫其实就是在讨论一个不确定的状态,而这个不确定的状态如果没有人去观察,那么就会一直处于不确定中,只要有人观察,那么这个不确定的状态就会转换成一个固定的状态。

在物理的历史长卷上,先后出现过讨论无限可分问题的芝诺的龟,讨论神创论和绝对论的拉普拉斯兽,以及讨论永动机问题的麦克斯韦妖等著名问题,但是最后随着科学的进步,都解开了谜题。

薛定谔的猫讨论的是一个不确定的状态

我们可以相信,薛定谔的猫这个谜题最后一定会被人类解开。


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