薛定諤的貓這梗怎么用:如何給小學生解釋「薛定諤的貓」?


薛定諤的貓這梗怎么用:如何給小學生解釋「薛定諤的貓」?

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“薛定諤的貓”,看到這個名字,我們會想到兩個問題,一個關于貓,這是一只什么樣的貓,它怎么了,一個關于人,薛定諤是誰,他是養貓人嗎薛定諤的貓這梗怎么用 。接下來我們就來了解薛定諤的貓到底是怎么回事 。
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1887年,埃爾溫·薛定諤出生在奧地利維也納附近的埃德伯格,他的一生對色彩理論、哲學、東方宗教深感興趣 。他是奧地利物理學家,量子力學奠基人之一,發展了分子生物學,他是維也納大學哲學博士,蘇黎世大學、柏林大學和格拉茨大學教授,在都柏林高級研究所理論物理學研究組中工作17年,曾經獲1933年諾貝爾物理學獎 。的確,他有很高的科學成就,從眼神和表情看得出來,大家對這位偉大的科學家非常欽佩和羨慕 。那他的貓是怎么回事?
世界上有很多著名的貓,比如你知道的加菲貓,Kitty貓,哆啦A夢,會說話的湯姆貓,還有你家里養的寵物貓 。
而今天講的這只貓非常可憐,它被封在一個盒子里,盒子里有食物也有毒藥 。毒藥瓶上有一個錘子,錘子由一個電子開關控制,電子開關又由放射性原子控制 。如果原子核衰變,釋放出粒子,觸動電子開關,錘子落下,砸碎毒藥瓶,釋放出里面的氣體,貓必死無疑 。這個殘忍的裝置就是由薛定諤所設計,這個實驗就叫做薛定諤的貓 。
在這個實驗里,放射性物質可能會衰變,然后釋放出毒氣,殺死這只貓,也有可能放射性物質不會衰變,那么貓就會活下來 。
這兩種可能的機會各占一半,就像上面這張鴨兔錯覺圖,當我們把它看成一只鴨子的時候,兔子的形象便消失了,而當我們把它看成一只兔子的時候,鴨子的形象就消失了 。這兩種形象不可能同時出現在一個人的視野中 。
大家玩“手心手背”的游戲時,我們伸出手掌,出現的不是手心就是手背,又比如我們拋出的硬幣,它落地時不是正面朝上,就是反面朝上 。這都是一樣的道理 。
其他科學家也認為,盒子里一定會發生這兩個結果中的一種,貓要么活要么死,但是結果究竟如何,只有打開盒子才能知道 。
而薛定諤認為,當盒子關閉時,盒子里的貓有可能活著也有可能死去,也就是兩種情況是同時存在的,這只貓既死了又活著,或者是半死不活 。貓到底是死是活,必須打開盒子觀察后才知道,如果不打開盒子觀察,那么貓將永遠半死不活,既死又活 。他想告訴人們,你沒有看到,你不了解,并不代表它沒有發生 。
薛定諤的貓引起當時及以后科學家的廣泛議論和研究,但盒子里那只可憐的貓的命運到底如何?它是死是活,人們依然沒有找到答案 。
英國著名科學家霍金聽到薛定諤的貓這個實驗時,說:“我去拿槍來把貓打死!” 可見,這個問題讓科學家有多么困擾 。
古希臘哲學家蘇格拉底曾經說:“懷疑是無限的探求 。”懷疑是一種可貴的科學精神,它推動了科學和人類事業不斷地向前發展,我們也應該擁有這樣的精神來面對現在的學習和未來的工作 。
如果你有興趣解救那只貓,就趕快好好學習,掌握更多的科學知識,將來你也可以跟科學家一起研究薛定諤的貓到底是死是活的問題 。
“薛定諤的貓”思想實驗本意,其實是諷刺哥本哈根學派對量子力學的“疊加態”解釋 。最后,卻成為了量子力學的一個最有名的科普故事 。雙縫干涉實驗的恐怖之處在于,一個微粒子竟然具有波動性與粒子性兩種狀態 。另外,通過人為觀察,它還能做出狀態改變,甚至產生“逆時空”的錯覺 。
薛定諤的貓這梗怎么用:如何給小學生解釋「薛定諤的貓」?

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因為這兩個實驗,之前我已經分別詳細地解釋過了,這再大概闡述下背后的思想 。
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先說說確定薛定諤的貓吧 。
任何實驗的出現,其實都是有時代背景和人文背景的,科學實驗也不例外 。
“薛定諤的貓”這個思想實驗,出現于愛因斯坦“決定論”與玻爾“概率論”交鋒的最后戰場上 。這時,愛因斯坦已經去世了,但是作為愛因斯坦手下第一大將的薛定諤,化悲憤為力量憋出了這個大招,來表達他的不滿 。
為什么不滿?
因為,對量子力學的概率解釋,以愛因斯坦為首的薛定諤一方是非常難以接受的 。
你想想,我愛因斯坦創造了“光子”概念,你玻爾給我一堆模棱兩可的概率解釋,大家都還支撐你,我很郁悶 。
再想想,我薛定諤創造了“波函數”,你玻恩也給出一個我無法接受的概率解釋,你還得了諾獎,我很憤懣 。
都是我們創造的東西,你們一伙只靠一個解釋就牛逼了,還圈粉加V ??嗔疃际俏覀冏龅?,好處全被你們撈走了,能不憤怒嗎?
(這樣悲痛的心情,我是理解的)
這里其實也能看出,在物理學中,物理概念大于數學公式的重要性,理解大于應用 。
說遠了,再來說說老愛小薛等人反對的本質 。
因為,世界上所有的物質都是由微觀粒子組成的,如果微觀粒子的運動是遵循概率的,那是不是意味著,宏觀物體也是應該遵循概率?如果是這樣,那是不是意味著我們在看月亮的時候月亮存在,我們沒看月亮的時候,月亮就不存在了?這里是對玻爾等人對“波函數坍縮”解釋的反對 。
但玻爾說,我們明明說地是微觀粒子,你用月亮來比喻,不合適啊 。
于是,薛定諤想了一個辦法,把微觀物體的特征引入到宏觀世界當中 。簡單來說,就是通過屬于微觀的元素衰變現象,來決定一只宏觀世界的貓的生死 。衰變觸發毒氣機關,貓即死;沒衰變不觸發毒氣機關,貓即活 。
因為通過量子力學“概率論”的解釋,元素衰變在未經測試的情況下,被認為同時存在衰變與沒衰變兩種狀態,這種狀態稱為疊加態 。
【薛定諤的貓這梗怎么用:如何給小學生解釋「薛定諤的貓」?】這種“疊加態”和我們普通認知的所謂已經衰變了和還沒有衰變是兩個概念 。疊加態的核心思想是同時存在 。如果是這樣的話,那這只貓就應該同時處于已經死了和還沒有死的疊加態中 。
但其實上,這個實驗本質是荒謬的,沒有科學依據 。因為實際上所謂的測量,并不是我們通常認為的,看見了才能叫做測量 。其實只要宏觀物體對微觀粒子的運動做出了判定,就算作已經測量 。而薛定諤實驗盒子里的毒氣機關的存在,本身實際上就能測定這個元素是否衰變,所以說不會出現后面的“生死疊加的貓” 。
但對普通人來說,誰會思考這么多 。大家記住的是“薛定諤的貓”帶來的反直覺認知,如此鮮活的生死共存故事,極大地把量子力學宣傳了一把,這個實驗帶來的科普價值遠遠超過了它的科學價值 。量子力學能被世界所關注,對玻爾一派來說也是好事啊,你發泄了情緒,也壯大了量子力學的聲望,雙贏啊 。
而且,除了玻爾領導的“哥本哈根學派”的解釋,沒人能對量子的運動狀態給出更好的解釋 。
再來說說雙縫干涉試驗 。
最早的楊氏雙縫干涉實驗其實只是證明了,光的波動性 。
而在雙縫干涉實驗出來之后,無數的科學家在它原有的實驗基礎上做了眾多的改良,可謂越改越變態,當然結果也越來越讓人困惑,甚至讓有些人認為恐怖 。
其中的單電子雙縫干涉實驗,第一次證明了粒子的波粒二象性 。也否定了之前大多數人的錯誤認知,認為一大群粒子的時候表現為波動性,單個粒子的時候表現為粒子性 。
后面的延遲選擇實驗以及檫除實驗 。本質上其實是證明了,單個的粒子運動狀態隨著測量變化而變化,選擇性地表現出粒子性或波動性 。也就是說,我們同時只能測量粒子的一種狀態,要么測量到它的粒子性,要么測量到它的波動性,無法同時測量到它的兩種特性 。
而且同時證明,在測量粒子的過程中,只要還未形成最終的判定,粒子的所有行徑過程視為不存在,而只能以概率波的形式來描述 。這里的概率波并不是我們常規意義上理解的波動性 。這里的概率波是純粹的數學概念,也就是說在粒子的運動過程中,只要還沒有發生測量,可以宣稱它不存在 。
具體理論描述,可以看我之前的問題,這是“哥本哈根學派”給出的正統解釋 。
大多數人對雙峰干涉,覺得恐怖是因為把觀測和人的意識結合了起來,以為是人的意識決定了測量粒子的運動狀態,其實并非如此 。
當然以上的所有結論,很多人都會覺得難以理解,因為完全和我們日常的經典認知不同 。
就目前的科學來說,除了高維理論,沒有任何理論能解釋為什么是這種結果 。所以說,關于量子力學的“哥本哈根正統解釋”,只是基于實驗結果總結的語言描述而已 。對于量子的運動狀態,我們現在只能應用,還無法得出公認的科學原理 。
這也正是,量子力學領軍人物玻爾說的,如果沒有人對量子感到疑惑,他就根本不了解量子力學 。