介绍
“薛定谔的猫”是物理学中一个著名的概念,这一概念源于量子力学的研究,描述的是微观粒子在被观察前处于不确定的叠加态,而观察后,粒子将处于确定的单一状态。
这样的概念很深奥,但也很实用,而且很容易和日常生活中的场景联系起来。薛定谔的猫到底意味着什么?
这是个什么比喻?
1.薛定谔的猫是什么?
薛定谔的猫到底是什么?
薛定谔猫是著名物理学家薛定谔提出的概念,这个概念来自于量子力学中一个非常著名的悖论——“测量问题”。
20世纪初,物理学家开始研究量子力学的基本原理,并逐渐发现量子世界中许多奇异的现象,这些发现激起了人们对微观世界的浓厚兴趣。
然而在研究的过程中人们也发现微观世界中存在着许多违反人们一直遵循的经验规律的奇怪现象。
因此人们提出了一个问题:微观世界的规律为何与宏观世界的规律如此不同?
通过物理学家们的不懈探索,他们发现微观世界的这些规律并不违背自然规律,但它们所遵循的“规律”却是人类从来都不曾理解的规律。
这是量子力学中的概念。量子力学是描述微观世界粒子行为的物理理论,是20世纪物理学的重大突破,是一种基于波函数的统计理论。该理论在描述粒子运动规律时,不再采用经典物理学中的轨迹理论,而是采用波函数的概念来描述粒子运动规律。
在量子力学的世界里,粒子的运动状态是不确定的,不能简单地用“粒子”来描述,而应该用“粒子波函数”来描述,粒子波函数的叠加导致粒子处于多种状态。
也就是说,在观察之前,粒子可能处于多种状态,也就是粒子还未被确定;在观察之后,粒子的波函数会坍缩,粒子会处于某一特定状态。
正是基于这个现象,薛定谔提出了“薛定谔猫”的概念。
薛定谔的猫思想实验是这样的:想象一只猫被关在一个封闭的盒子里,盒子上有一个装满放射性物质的装置,经过一段时间后,这个装置有50%的机会发生裂变,也有50%的机会不会裂变。
如果发生裂变,就会释放出有毒气体,杀死盒子里的猫;如果没有发生裂变,盒子里的猫就会活下来。
猫会处于两种状态,要么活着,要么死去,但是在观察之前,我们无法确定猫是活着还是死去。
这让我们想起了量子力学中一个著名的实验——双缝干涉实验,它也非常直观地说明了量子世界中的叠加态。
在双缝干涉实验中,实验者在一块木板上打两个孔,然后让光线穿过两个孔,最终在墙上形成干涉条纹图案。
这就是光的波动性,在这种情况下,光被认为是一种波。
但如果实验者用探测器探测到这束光的话,就会发现光不再是波的形式,而是粒子,形成了带有两个孔洞的粒子图案。
可以看出物理学家薛定谔,这个实验中的光既是波态,又是粒子态,这就是叠加态,也就是在观察之前,粒子同时处于多种状态。
2. 如何用薛定谔的猫来比喻?
那么薛定谔的猫隐喻是如何起作用的呢?
薛定谔猫是一个思维模型,用来说明粒子在被观察之前处于叠加态,薛定谔猫仍然处于两种状态,要么死,要么活。
但在观察之前,它处于生与死两种状态,故又称“死与活”。
在观察之前,我们无法确定它是死是活,只有打开盒子观察之后,薛定谔猫才会确定并处于单一状态。
在物理学界,对薛定谔猫的解释有很多种,主要有两种流派:一种是哥本哈根学派,一种是多重世界诠释。
哥本哈根学派是由薛定谔等人提出的,他们认为微观世界的粒子确实处于叠加态,但只有经过观察之后,粒子的波函数才会坍缩并被确定。
多重世界诠释是由埃弗里特等人提出的,他们认为,只要涉及观察,观察者的意识就是一个不可忽视的重要因素,因此就会产生不确定性。
因此,哥本哈根学派和多重世界诠释在薛定谔猫问题上存在分歧,但都没有被证明是正确的,所以薛定谔猫至今仍是一个悬而未决的问题。
3.薛定谔的猫是什么?
薛定谔的猫到底是什么?它的思维方式是什么?
薛定谔的猫思想实验其实很直观,用来说明观察的影响,也就是观察者的作用物理学家薛定谔,观察者作为一个人的主观意识对实验结果的影响。
薛定谔的猫讲的是一只猫的生与死的故事,在观察之前,猫处于生与死的状态,而观察之后,猫会处于生与死的状态。
可以说,薛定谔的猫把微观世界中粒子的行为和观察者的作用结合起来,描述了观察者在观察过程中的主观意识对实验结果的影响。
薛定谔的猫中的猫不一定是一只猫,它可以是任何一种粒子,只要该粒子在被观察前处于叠加态即可。
这就好比双缝干涉实验中的光,光可以是粒子,也可以是波,而且这两种状态是叠加的,也就是它同时是粒子和波。
所以薛定谔的猫里的猫也是一样的,只是用来隐喻这种不确定的叠加态,而不是真实存在的物体的隐喻。
薛定谔的猫是一个非常著名的概念,解释了观察者对实验结果的影响,其含义也非常深刻,不仅涉及物理学、量子力学,还涉及哲学、认知科学等多个领域。
人们研究薛定谔的猫是为了探索微观世界与宏观世界的关系、粒子的叠加态以及人类思维和认知的极限。
总之,薛定谔的猫是一个非常宽泛的概念,同时也让人们看到了跨学科研究、跨学科思维的重要性。
结论
从薛定谔猫中我们可以看到薛定谔猫的概念,用来描述粒子的叠加态,但这种不确定的状态只有经过观察才能知道。
薛定谔猫引发的讨论也涉及物理学、哲学、认知科学等多个领域,体现了人类对现实世界本质的探索,同时也折射出人类认知的局限性。