启科Q课堂薛定谔的猫怎么撸?
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提起四大神兽,很容易让人想起中国古代神话中的"左青龙,右白虎、上朱雀、下玄武",而物理学中也有四大神兽,分别是 芝诺的乌龟、拉普拉斯兽、麦克斯韦妖和薛定谔的猫 ,这四大神兽分属微积分、经典力学、热力学第二定律、量子力学四大"门派",并拥有独家绝技——芝诺的乌龟能缩地成寸,拉普拉斯兽可善推演、能知万物,麦克斯韦妖能逆转时空,薛定谔的猫能超越生死。
今天启科量子Q课堂要讲的
就是量子力学门派那只,
让人"撸"不动(懂)的
薛定谔的猫
薛定谔是奥地利物理学家,也是量子力学的奠基人之一。他在1926年提出了薛定谔方程,用来描述量子态的波函数随着时间的演化,并在1933年获得诺贝尔物理学奖。
薛定谔虽然创立了薛定谔方程,却非常不满意正统的哥本哈根诠释对波函数及叠加态的几率解释。于是,薛定谔便 设计了一个思想实验,即薛定谔的猫 , 他把量子力学中的反直观效果转嫁到日常生活中的事物上来,得出一个荒谬的结论来嘲笑对手。
实验是这样的:
把一只猫关一个封闭的箱子里面,同时在箱子里还放有一种放射性原子核、一个盛有毒气的玻璃瓶以及一套触发装置,设想这个放射性原子核在一个小时内有50%的可能性发生衰变。 如果发生衰变,它将会发射出一个粒子,而发射出的这个粒子将会触发这个实验装置,击碎玻璃瓶,最终释放出毒气将猫毒死。
如果没有衰变,那么毒气不会扩散,猫就活得好好的。
在整个过程中,箱子都是关闭的,猫是死是活你并不知道,这就使得这 只猫处于一种既活又死的叠加态之中 。 只有打开盒子进行观测 ,在这一瞬间,叠加态会瞬间坍塌成本征态,这只猫就不再处于叠加态, 它从一个既死又活的状态立刻变为活的或者死的猫。
薛定谔认为,如果你们将波函数解释成粒子的几率波的话,就会导致一个既死又活的猫的荒谬结论。玻尔认为,只有测量之后看到的才是真实存在的,测量之前的量子世界是虚拟的、不真实的,正是测量决定了薛定谔猫是死还是活的命运。
霍金曾表示:"当我听说薛定谔的猫的时候,我就想跑去拿枪,干脆一枪把猫打死!"
在我们的日常生活中,一只猫,要么生,要么死,怎么可能会既死又活?这个听起来似乎荒谬的物理理想实验,却描述了微观世界的真实现象。在宏观世界中,既死又活的猫不可能存在,但 许多实验都已经证实了微观世界中叠加态的存在,以及被测量时叠加态的坍缩 。通过薛定谔的猫,人们认识到微观现象与宏观之不同,微观叠加态的存在,是量子力学最大的奥秘,是量子现象给人以神秘感的根源,是我们了解量子力学的关键。
1957年,科学家埃弗雷特提出了著名的"多世界理论",给这只猫找了个"归宿"。
他认为,在进行薛定谔的猫的实验时,箱子里原本就有两个世界。这两个世界在箱子外的情况完全相同,只是一个世界里箱子里有个死猫,而另一个世界里箱子里有一只活猫,只不过这两个世界是纠缠在一起的。当我们打开箱子进行观测时,这两个世界就会发生分离,从此之后各自变为一个新的世界,在A世界中,猫活着,而B世界中,猫死去。
时至今日,对于薛定谔的猫,物理学界一直争论不休。薛定谔的猫至今仍是一个举世皆知却神秘莫测的"顶流明星",引无数学者竞折腰。(文中图片来自于网络,如有版权问题请联系删除)
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