薛定諤的貓理論:如何評價“薛定諤的貓”涉及唯心主義理論?

二個碗,一個扣著小球,一個沒有,當人們掀開碗時,才知道結果,實際上小球在那個碗下,在掀開前就是確定的,掀開后只是人“知道”了結果,而不是人的意識決定其結果的 。薛定諤的貓,與上面例子:1、不同之處在于,客觀事物(無論是宏觀還是微觀)都是在不斷運動變化著的,比如在人們觀測、或者說看到前,二種狀態是不確定的薛定諤的貓理論;2、相同之處在于,在某一時刻、或某一地點(如上面小球在那個碗中)的狀態是客觀確定的,就是說是客觀的而不是人主觀觀測的結果 。以人的觀測來決定物質變化的狀態,是唯心主義,無論是怎樣變換形式,比如以嚴格的數學推導的結論 。數學來源于客觀,但它是對客觀現實的高度抽象(高等數學),而“觀測”是人對客觀現實的直觀感受,二者雖有聯系,但二者不完全等同 。薛定諤的貓的錯誤就在于把二者完全等同了 。
薛定諤那個既死又活的貓怎么理解?什么是“薛定諤的貓”?為什么那只貓即是死的又是活的?
“薛定諤的貓”究竟是一個正確的概念還是荒謬的概念?薛定諤的貓來源于量子的不確定性 。在盒子中,如果放射性原子衰變,貓就會死,如果沒有衰變,貓就會活下來 。這只貓給科幻作者提供了素材,也把量子力學蒙上了一層神秘的陰影 。今天我們就來揭開它的面紗,聊聊貓背后的真相是什么 。

薛定諤的貓理論:如何評價“薛定諤的貓”涉及唯心主義理論?

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雙縫干涉圖:電子和光子都同時具備波和粒子的性質 。當每次像雙縫發射一個電子,數量累積足夠多了,屏幕上就會出現干涉條紋 。
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薛定諤的貓源于雙縫干涉實驗:向兩個細細的、間隔很近的縫隙發射一些光線,然后會觀察到另一邊屏幕上呈現出的干涉條紋,即分別穿過兩個縫隙的光波發生了相互作用,產生了干擾 。如果發射的是大量的粒子也會出現明亮相間的干涉條紋 。
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光具有波粒二象性,因此光同時也是由光子構成的,當我們往雙縫發射一個光子時,光粒子(光量子)作為獨立的一個粒子只能從兩條縫中的其中一條穿過,但是當科學家只發送一個光子,仍然會得到干涉圖案 。這讓科學家就懵圈了,干涉的情況,最起碼需要兩個粒子通過不同的縫隙發生干涉,那么單個的粒子是如何完成干涉的?基于這樣的實驗結果我們只能得出一個粒子,同時穿過了細縫A和細縫B,就如同它在選擇細縫前出現了一個分身進入了另外一個細縫 。
【薛定諤的貓理論:如何評價“薛定諤的貓”涉及唯心主義理論?】
薛定諤的貓理論:如何評價“薛定諤的貓”涉及唯心主義理論?

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圖:進行觀測,屏幕上不會出現干涉圖案 。電子(或光子)表現出的不是波的性質,而是經典粒子的性質 。
薛定諤的貓理論:如何評價“薛定諤的貓”涉及唯心主義理論?

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想要搞清楚這件事也很簡單,看看、觀測觀測就知道了,然而情況并沒有那么簡單,當科學家對粒子的運動軌跡進行監測的時候,發現當發射出一個粒子時,粒子“乖乖“的選擇了一條細縫通過,并且在屏幕上留下了一個亮點,干涉消失了 。
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這個實驗說明了我們如果不去觀察粒子,那么粒子通過細縫A的概率是100%,通過細縫B的概率也是100% 。當我們進行觀察時,如果細縫為兩個,那么粒子通過任何一個細縫的概率是50% 。同時也意味著觀測會改變結果,那么在什么條件下觀察會改變結果?觀察對量子產生了什么影響?會發生影響的“觀察者”是否有對象限制?人?還是無機物、非生命也會造成影響?
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在“掩?!彪p縫實驗中,狹縫P1打開,狹縫P2打開,或者兩個狹縫都打開時,所呈現得結果不同 。
薛定諤的貓薛定諤提出貓的思維實驗把雙縫實驗“過渡”到宏觀層面:
建立了一個封閉的盒子,盒子里面有個量子系統,即放射性原子,當原子衰變時,量子系統就會釋放毒氣,盒子里有一只貓,會被毒死,在一個半衰期之后,貓是死是活?這就是薛定諤的貓思想實驗 。
打開盒子等同于雙縫實驗中的觀察,
1.你會發現放射性原子衰變,貓死了 。
2.你會發現一只活貓,放射性原子還沒有衰變 。
這就如同雙縫干涉實驗,原子衰變的概率是不確定的,原子同時處于衰變態和非衰變態的疊加狀態 。而原子的衰變控制毒藥釋放與不釋放,毒藥的狀態又決定了貓的生死,那么貓本身,必然處于量子疊加態 。這種疊加態會出現一個很大的誤區,很多人認為打開盒子之前貓處于兩種狀態的疊加,這種疊加的狀態是50%死+50%活 。
薛定諤設計了這個思維實驗,但他并沒有聲稱貓本身會處于量子態的疊加狀態,即既死又活,就像在雙縫實驗中我們沒有觀察光子得到的干涉結果一樣 。他與愛因斯坦一樣認為在打開盒子之前,生死已定,即50%死/50%活,而貓如何出現生死或者光子為什么會發生這樣的情況,遵循什么樣的物理定律我們還未發現 。
他真正的目的是為了說明有些人誤解了量子力學,得出一個荒謬結論盒子里是一只既死又活的貓 。換句話說,量子系統實際上可以用所有可能的概率加權疊加,觀察或測量總是顯示一個且只有一個確定的狀態 。
在傳統的薛定諤貓實驗中,我們不知道量子衰變是否已經發生,貓死亡與否 。盒子里的貓不是死就是活,這取決于放射性粒子是否衰變 。如果貓是一個量子系統,那么貓既不是活的也不是死的,而是處于兩種狀態的疊加狀態,直到被觀察 。然而,我們無法觀察到貓既死又活的貓,因為觀察就意味著要打開盒子,而盒子打開只有一個結果 。
真正的量子疊加態的解釋其實就是雙縫干涉實驗的結果,當貓在盒子中,我們不觀察它,它活的概率為100%,死的概率也為100%,打開盒子一瞬間貓死的概率為50%,活的概率為50% 。這正是哥本哈根學派波爾的解釋,而是如今量子力學的主流解釋 。
正是在哥本哈根學派對于盒中之貓的解釋,美國物理學家休·埃弗雷特提出了“平行宇宙”,因為盒子中的貓生死概率為200%,而打開盒子得到的結果為100%,那么少了100%哪去了 。由于量子信息不守恒,他認為如果打開盒子時得到是貓100%活著的信息,那么另外100%死的貓的信息會發生在其他宇宙,即平行宇宙 。
最后這就是薛定諤貓延伸出來的解釋,而這一切都基于雙縫干涉實驗量子通過細縫的不確定性,如果我們理解了雙縫干涉實驗,對于貓的解釋也就見怪不怪了 。