「薛定谔的猫」是指什么?

如题所述

「薛定谔的猫」是薛定谔设计的一个思想实验,目的是对「人类意识具有特殊的独特地位」说法进行的嘲讽。划重点,嘲讽,或者说反讽。它的意思是:如果哥本哈根派物理学家们认为人类意识具有特殊地位,那么按照薛定谔的实验操作,就会制造一只即死又活的猫,而即死又活的猫显然是荒谬的。从而,薛定谔暗示,人类意识决定波函数坍缩,这个观点是荒谬的,爱因斯坦也这么认为。--以上用通俗的语言,介绍了薛定谔的猫的来历。下面来说说详细情况。在量子物理中,认为微观粒子本身处于波函数定义的所有状态的叠加态,只有当对该微观粒子的具体状态进行测量时,波函数才坍缩到某个特定的值,你才能知道该粒子究竟处于什么状态。有关「观测导致波函数坍缩」这一点,虽然有争议,但基本上还算是主流观点,有异议的是「什么叫做观测」。A:一种学派认为,只有触发了人类的意识,才被视为观测,而仪器的测量不视为观测,阿猫阿狗的意识也不视为观测。B:另外一种学派认为,任何形式的有效测量均视为观测,此测量并不要求人类的意识介入。当然,其实还有其它理论,有关量子物理解释的理论至少能从A排列到M,不过与该话题最相关的理论就是以上所说的两个。按照学派 A 的观点,叠加态将在观测仪器之间传递,直到最终被人类意识观测到为止。换句话说,在A观点中,假定某个粒子存在 0,1 两种状态,但在波函数坍缩之前它处于所有状态的叠加。使用某个电子仪器观测粒子的状态不会导致波函数坍缩,而是导致该电子仪器进入观测到 0 与 1 的叠加态,如果该电子仪器将观测的结果打印到打印纸上,则这张打印纸也会呈现打印 0 以及打印 1 的叠加态,这张纸片在被具有意识的人类(死人显然不算)看见的那一瞬间,坍缩到某个特定的状态(打印0或者打印1)。——因此,按照A学派观点,薛定谔制造的一系列仪器,将最终测量结果传递给猫,整套仪器对结果进行了测量因而全进入了叠加态,没有人类意识的介入之前都不会导致波函数坍缩,所以整套仪器,包括最终的猫的死活,都会进入叠加状态,直到被人类意识看见为止,在人类看见的那一瞬间,猫在此之前的命运才被决定。按照学派 B 的观点,结果就完全不同,因为有效的测量均会导致波函数坍缩,而实验中的盖革计数器就是一种有效的测量。因此,即便没有人类,用仪器去测量时微观粒子的波函数也依然会产生坍缩,仪器本身不会处于叠加态而是准确的记录了测量结果,最终传递给猫的「有毒药没毒药」这个信息也同样不会处于叠加态,这只猫显然也并不会处于生死叠加态,在最初仪器检测该粒子的时刻,波函数就已经坍缩,一切就被决定了。按照学派 B 的观点,叠加态不可在宏观物体间传递,宏观物体对微观粒子的测量可导致波函数坍缩,即便没有人类意识的介入。——如果叠加态允许在宏观物体间传递,那么就会导致薛定谔的猫这样的荒谬结果。这样看来,薛定谔的思想实验本意是用来对学派 A 观点进行归缪。--不过,学派 A 跟学派 B 的观点都不违背量子物理学,因为两者都承认观测导致波函数坍缩,仅仅对于观测的定义有所不同。目前为止,似乎没有办法通过实验认定学派 A 与学派 B 究竟谁是正确的。无论哪种解释,最终人类观测到的现象都没有区别,虽然学派 A 的观点听起来更加荒谬,但很难认定它就是错的。所以,时至今天,依然有人认为薛定谔的处于生死叠加态的猫是实际可能存在的,毕竟我们无法证伪学派 A 的观点。但,已经有越来越多的物理学家们支持学派 B 的观点,认为量子物理中对观测的定义应该定义为测量,而这并不需要人类意识的介入。当然,也许将来证明A跟B都是错的。不过无论如何,薛定谔的猫,是通过表达某种在常理看来荒谬的结果,来试图推翻某个理论的行为。他表达的荒谬结果就是:宏观物体的量子叠加态。

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第1个回答  2017-11-09

其实主要就是叠加态的问题,以及这个悖论的证伪【至今仍然没有被证伪】

量子力学告诉我们:除非进行观测,否则一切都不是确定的,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。【逻辑思维:客观规律不以人的意志为转移】

薛定谔的猫实验,是有前提条件的,就是符合量子力学的随机触发装置。

先简单介绍一下实验流程吧。在一个封闭的盒子里,有一只猫,和一个装满毒气的装置。装置有50%的概率开启,如果开启的话,装置内的毒气会杀死盒子里的猫。


好,现在回到这个前提条件,就是装置的随机性。这50%的概率,不是简简单单的投一枚硬币,50%几率正面,50%几率反面这么简单。假如你只是投一枚硬币的话,那么你的掷出力度、掷出角度、硬币旋转的线速度,空气阻力,硬币旋转产生的空气动力,甚至是硬币表面的分子分部、地球的地转偏向力,任何细微的数据全部集中在一起,经过庞大的计算的话,那么在硬币投掷出去的瞬间,得到的结果其实早已注定,根本没有所谓50%的随机性可言。


我们可以这样理解:投掷硬币的所有数据,都在“宇宙”的观察中,所以“宇宙”知道“装置”是否会喷射毒气,换言之,盒子里的猫是无法“量子化”的。


这个实验的核心,既不是盒子,也不是猫,而是可以产生真正的“随机”的装置。其原理就是放射性元素的半衰期不可预测性。机关由一个放射性原子所控制,其裂变则触发机关。这个装置可以捕获“宇宙”所无法观察和计算到的随机数,并根据随机数的结果,有50%的概率将毒气释放。


在这个前提条件下,在盒子封闭起来时,猫就会处于活着和死去的叠加状态。因为连“宇宙”都不知道盒子里的猫,是活着还是死亡。


如果我们不揭开密室的盖子,根据我们在日常生活中的经验,可以认定,猫或者死,或者活。这是它的两种本征态。如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫,则只能说,它处于一种活与不活的叠加态。我们只有在揭开盖子的一瞬间,才能确切地知道猫是死是活。此时,猫构成的波函数由叠加态立即收缩到某一个本征态。量子理论认为:如果没有揭开盖子,进行观察,我们永远也不知道猫是死是活,它将永远处于半死不活的叠加态,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。


再这之后,我们人类,也是宇宙的一部分。在我们开启盒子时,我们就充当了宇宙的“观察者”的角色。在我们开启盒子时,原本处于生死叠加状态的猫,就会通过我们的眼睛,被“宇宙”所观察。“观察者”存在时,原本包裹着猫的“概率云”就会坍塌。根据装置给出的结果,假如装置喷射了毒气,那么叠加状态的猫的“活猫”部分,就会随着“概率云”塌缩,我们就只能观察到死去的猫。反之,如果装置没有喷射毒气,那么“死猫”就会塌缩,我们会观察到一只活着的猫。


另外,猫为什么不是宇宙的一部分呢。

首先,猫被封闭在盒子内,盒子中的随机装置将左右它的生死。

所以,猫本身会被“概率云“包裹。也就是说,猫处于活着和死去相叠加。这个叠加无法互相观察。叠加状态的”活猫“部分,认为自己一直活着。而”死猫“部分就只知道毒气喷射,随后就成为了一具尸体。

一个“装置喷射了毒气”,和“一个装置没有喷射毒气”两种截然相反的情形,在盒子里同时出现又互不干预,当盒子内的情形暴露在“宇宙”中,才会有其中一种与随机装置给出的结果不一致的情形塌缩消失。

( ´_ゝ`)这也是量子力学的魅力啊,微观世界的现象,在宏观世界投影到”猫“身上,就是这么奇怪、纠结、和难以置信。


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再简单讲讲“观察者"部分吧。

收到一些关于”猫为什么不能观察自己“的问题,发现似乎是我对于这个解释所举的例子不够好。

那么,我再来重新解释一下吧。

回到盒子里,仍然有一只可怜的小猫,和一个随机装置。这次装置连接的不再是毒气瓶了,而是连接到一个装满水的喷头。装置内的放射性原子裂变则触发机关,喷头就会将水喷到猫的身上。

然后,我们封闭盒子,耐心等待。

此时盒子内,就会出现干猫和湿猫叠加的情况。干猫和湿猫无法互相观察。


”干猫“部分,它的经历是,被愚蠢的人类关到一个盒子里,过了一段时间后,盒子打开,它非常不耐烦的跳了出来。

”湿猫“部分,它的经历是,被愚蠢的人类关到一个盒子里,盒子封闭以后,喷头喷出水,将自己弄湿了。盒子打开后,它非常愤怒的跳出来,想办法甩干身上的毛。


一个盒子里只有一只猫,盒子打开,在我们的观察中,就会有其中一只随着”概率云“塌缩。

所以,只会有一只猫跳出来。

无论这只猫是干猫还是湿猫,在它们的经历经历中,都没有遇到过另一个“自己”,而是同一只猫的两种不同经历同时出现在盒子里,直到其中一种经历随着“宇宙”的观察而消失。

所以,猫,无法充当”观察者“


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学文科的同学们注意了。

我们的目的,并不是让人类或是任何生灵或是任何电子设备,去猜盒子里的状况。

盒子想要蒙蔽的,是“宇宙“。

人类,任何生灵,任何电子设备,只是宇宙的”观察者“

实验有趣的地方在于盒子内的概率云被观察前的状态。

而不是想办法在”宇宙“知道答案之前掀开盒子看一看。

人,任何生灵,任何电子设备,都是宇宙的一部分,它们观察到了,宇宙也就观察到了,盒子内就不再有”概率“,只躺着”结果“了。

第2个回答  2017-11-09

这个生活大爆炸里讲的很通俗、、、是关于一个理想状态下的一个关于量子理论的实验,假象把一只猫放进一个密闭且不透明的盒子里,盒子里有一个毒瓶,毒瓶与一个放射性原子核组成一个理想装置,假定该原子核一小时内有50%的可能发生衰变,并且该原子核衰变时会触发装置打开毒瓶,那么在你不打开盒子的情况下你就不会知道猫是活着还是死了。   薛定谔说:按照量子力学的解释,箱中之猫处于“死-活叠加态”——既死了又活着。要等到打开箱子看猫一眼才决定其生死。 即原子核处于衰变与不衰变的叠加状态,那么猫就处于死于活的叠加状态。这使量子力学的微观不确定性变为宏观不确定性,微观的混沌变为宏观的荒谬——猫要么死了,要么活着,两者必居其一,不可能同时既死又活。

第3个回答  2017-11-07

很多人对薛定谔的猫的理解可以概括成一句话:“猫在箱子里在“死的”或者“活着”两种状态之一的概率各是50%,只有打开箱子才会知道是死”或者“活”。但这种理解是错误的。量子力学的特别之处在于,它允许猫在“死”和“活”两种状态之间存在中间态。经典的理解中,猫只有|cat>=|dead> 或者|cat>=|alive>两种态。而量子力学则强调,猫的状态应该是|cat>=(a |dead>+b |alive>)在薛定谔的猫佯谬的设定下,a和b均为1/Sqrt[2].这个叠加态和“50%概率死,50%概率活”的意义是截然不同的!这意味着猫既不是死的也不是活的!作为类比,考虑另一个典型的问题,杨氏双缝问题,当光源只发出一个光子时,在外界未施以观测的情况下,光子既不是通过上面的缝(|up>)也不是通过下面的缝(|down>),而是处在状态(1/Sqrt[2] |up> +1/Sqrt[2] |down>)最后再强调一遍:薛定谔的猫既不是活的也不是死的,更不是50%概率活50%概率死,而是处在生和死的叠加态,这个叠加态无法用经典直观的语言描述。这才是薛定谔的猫的特殊之处!

第4个回答  2020-01-14

在完全密封的箱子里有一只猫和一个毒气开关。触动开关猫就会被毒死,不触动开关猫就安然无恙。你打开箱子才能知道结果,于是你就进行了观测,也就决定了猫的最终形态,这只猫既是活的又是死的。也就是从混沌的叠加状态到确定状态的过程。