薛定谔的猫来历于量子的不确定性。在盒子中,若是放射性原子衰变,猫就会死,若是没有衰变,猫就会活下来。这只猫给科幻作者供给了素材,也把量子力学蒙上了一层神秘的暗影。今天我们就来揭开它的面纱,聊聊猫背后的本相是什么。
双缝干与
图:电子和光子都同时具备波和粒子的性质。当每次像双缝发射一个电子,数目累积足够多了,屏幕上就会呈现干与条纹。
薛定谔的猫源于双缝干与尝试:标的目的两个细细的、距离很近的裂缝发射一些光线,然后会不雅察到另一边屏幕上呈现出的干与条纹,即别离穿过两个裂缝的光波发生了彼此感化,发生了干扰。若是发射的是大量的粒子也会呈现敞亮相间的干与条纹。
光具有波粒二象性,是以光同时也是由光子组成的,当我们往双缝发射一个光子时,光粒子(光量子)作为自力的一个粒子只能从两条缝中的此中一条穿过,可是当科学家只发送一个光子,仍然会获得干与图案。这让科学家就懵圈了,干与的环境,最起码需要两个粒子经由过程分歧的裂缝发生干与,那么单个的粒子是如何完当作干与的?基于这样的尝试成果我们只能得出一个粒子,同时穿过了细缝A和细缝B,就如同它在选择细缝前呈现了一个兼顾进入了别的一个细缝。
图:进行不雅测,屏幕上不会呈现干与图案。电子(或光子)表示出的不是波的性质,而是经典粒子的性质。
想要搞清晰这件事也很简单,看看、不雅测不雅测就知道了,然而环境并没有那么简单,当科学家对粒子的活动轨迹进行监测的时辰,发现当发射出一个粒子时,粒子“乖乖“的选择了一条细缝经由过程,而且在屏幕上留下了一个亮点,干与消逝了。
这个尝试申明了我们若是不去不雅察粒子,那么粒子经由过程细缝A的概率是100%,经由过程细缝B的概率也是100%。当我们进行不雅察时,若是细缝为两个,那么粒子经由过程任何一个细缝的概率是50%。同时也意味着不雅测会改变成果,那么在什么前提下不雅察会改变成果?不雅察对量子发生了什么影响?会发生影响的“不雅察者”是否有对象限制?人?仍是无机物、非生命也会造当作影响?
在“掩模”双缝尝试中,狭缝P1打开,狭缝P2打开,或者两个狭缝都打开时,所呈现的成果分歧。
薛定谔的猫
薛定谔提出猫的思维尝试把双缝尝试“过渡”到宏不雅层面:
成立了一个封锁的盒子,
盒子里面有个量子系统,即放射性原子,
当原子衰变时,量子系统就会释放毒气,
盒子里有一只猫,会被毒死,
在一个半衰期之后,猫是死是活?
这就是薛定谔的猫思惟尝试。
打开盒子等同于双缝尝试中的不雅察,
1.您会发现放射性原子衰变,猫死了。
2.您会发现一只活猫,放射性原子还没有衰变。
这就如同双缝干与尝试,原子衰变的概率是不确定的,原子同时处于衰反常和非衰反常的叠加状况。而原子的衰变节制毒药释放与不释放,毒药的状况又决议了猫的存亡,那么猫自己,必然处于量子叠加态。这种叠加态会呈现一个很大的误区,良多人认为打开盒子之前猫处于两种状况的叠加,这种叠加的状况是50%死+50%活。
薛定谔设计了这个思维尝试,但他并没有声称猫自己会处于量子态的叠加状况,即既死又活,就像在双缝尝试中我们没有不雅察光子获得的干与成果一样。他与爱因斯坦一样认为在打开盒子之前,存亡已定,即50%死/50%活,而猫如何呈现存亡或者光子为什么会发生这样的环境,遵循什么样的物理定律我们还未发现。
他真正的目标是为了申明有些人曲解了量子力学,得出一个荒谬结论盒子里是一只既死又活的猫。换句话说,量子系统现实上可以用所有可能的概率加权叠加,不雅察或测量老是显示一个且只有一个确定的状况。
在传统的薛定谔猫尝试中,我们不知道量子衰变是否已经发生,猫灭亡与否。盒子里的猫不是死就是活,这取决于放射性粒子是否衰变。若是猫是一个量子系统,那么猫既不是活的也不是死的,而是处于两种状况的叠加状况,直到被不雅察。然而,我们无法不雅察到猫既死又活的猫,因为不雅察就意味着要打开盒子,而盒子打开只有一个成果。
真正的量子叠加态的诠释其实就是双缝干与尝试的成果,当猫在盒子中,我们不不雅察它,它活的概率为100%,死的概率也为100%,打开盒子一刹时猫死的概率为50%,活的概率为50%。这恰是哥本哈根学派波尔的诠释,而是现在量子力学的本家儿流诠释。
恰是在哥本哈根学派对于盒中之猫的诠释,美国物理学家休·埃弗雷特提出了“平行宇宙”,因为盒子中的猫存亡概率为200%,而打开盒子获得的成果为100%,那么少了100%哪去了。因为量子信息不守恒,他认为若是打开盒子时获得是猫100%在世的信息,那么别的100%死的猫的信息会发生在其他宇宙,即平行宇宙。
最后
这就是薛定谔猫延长出来的诠释,而这一切都基于双缝干与尝试量子经由过程细缝的不确定性,若是我们理解了双缝干与尝试,对于猫的诠释也就见责不怪了。







