薛定谔提出这个实验的目的很简单,就是质疑和讽刺以玻尔为首的“哥本哈根学派”量子力学的不确定性。 薛定谔的猫是基于双缝干涉实验的奇怪现象而进行的思想实验。
我们简单讲一下电子双缝干涉实验。
电子发射仪器使用挡板上的两个狭缝,挡板后面是接收电子的屏幕。 我们通常认为电子是一种粒子。 通常,当科学家将电子一一射向挡板时,屏幕上应该出现两条条纹。
但事实并非如此。 科学家发现屏幕上出现了多条干涉条纹。 显然,电子也具有波动特性。 说白了,一个电子可以同时通过两个狭缝,然后与自身发生干涉,产生干涉条纹。
而当科学家想要观察一个电子如何同时通过两个狭缝时,电子似乎能够读懂科学家的心思,并且“乖乖”地表现得像粒子一样。 它不再干扰自己,而是一一穿过两条狭缝,屏幕上终于出现了两条条纹。
电子双缝干涉实验的结果让科学家们感到困扰,并出现了许多观点试图解释这种奇怪的现象。
最著名的是“哥本哈根学派”的不确定性原理,该原理指出电子等微观粒子的行为是不确定的,而这种不确定性是微观粒子的固有本质。 微观粒子的位置和速度是不确定的。 我们只能用概率来描述微观粒子的可能位置。 它们可以同时出现在两个不同的地方。
微观粒子的状态只能用波函数概率性地描述。 当我们试图观察微观粒子时,“塌缩”就会发生,粒子的状态就被确定了。
简而言之,不确定性是微观世界的固有属性。
薛定谔、爱因斯坦等人强烈反对“哥本哈根学派”关于微观世界的不确定性原理。 他们相信世界是可观察和可描述的薛定谔的猫是什么,而不是不确定的。
为了质疑不确定性,薛定谔提出了思想实验“薛定谔的猫”。
实验其实很简单。 一个密封的盒子,里面有毒气瓶、放射性物质、开关和一只猫。 放射性物质有半衰期,通过衰变控制开关,开关控制毒气瓶。
我们都知道,放射性物质是否会衰变是不确定的。 它们可能会腐烂,也可能不会腐烂。 也可以说处于“衰变与不衰变”的叠加状态。 由于放射性物质的衰变控制开关,使开关处于“开与关”的叠加状态。
那么薛定谔的猫是什么,毒气瓶处于“开与不开”的叠加状态,那么猫就处于“生与死”的叠加状态。
当我们想知道一只猫处于什么状态时,我们需要打开盒子,看到的不是一只“既死又活”的猫,而是一只“非生非死”的猫。
但按照量子力学的不确定性解释,猫确实应该处于“既死又活”的状态,这显然是不可能的。
薛定谔将整个荒谬的结果告诉了玻尔和其他人,并要求他们做出解释。
目前还没有完美的解释。 玻尔和其他“独立学派”给出了自己的看法。 他们认为猫的状态当然是确定性的,但这并不意味着量子世界也是确定性的。 在人们打开它并想到它之前,猫的状态就已经被知道了。 一旦确定下来,人们就会打开盒子看看里面有什么。
玻尔说,观察不仅仅是人类的行为。 盒子里的猫也会“观察”,从而将放射性元素的“叠加态”变成“本征态”(确定态)。 这不会改变微观世界。 的不确定性。
但这个解释显然没有让薛定谔和爱因斯坦信服。
后来出现了平行宇宙论、多维空间论、隐变量论、甚至意识决定论等各种解释,但都没有完全令人信服。
最后,《贝尔不等式》给出了“最终的判决”:我们的世界确实是不确定的、非局域的(不现实的),上帝真的可以掷骰子。
量子世界的不确定性也成为现代物理学的主流认识。 爱因斯坦真的错了! 当然,也有可能量子世界的背后隐藏着更深刻的隐变量,等待人们去发现!