薛定谔的猫是什么意思? 薛定谔的猫

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 。
薛定谔的猫
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 。
薛定谔的猫主题插画
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 。
波函数
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 。
光到底是波还是粒子引发了争议
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 。
【薛定谔的猫是什么意思? 薛定谔的猫】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 。
双缝干涉实验
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 。
薛定谔的猫
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 。
平行宇宙
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 。
抛硬币
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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