了解“薛定諤的貓”思想實(shí)驗(yàn)
Erwin Schrodinger是量子物理學(xué)的關(guān)鍵人物之一，甚至在他著名的"Schrodinger's Cat"思想實(shí)驗(yàn)之前。他創(chuàng)造了量子波函數(shù)，它現(xiàn)在是宇宙中定義的運(yùn)動(dòng)方程，但問題在于它以一系列概率的形式表達(dá)了所有的運(yùn)動(dòng)-這直接違反了大多數(shù)科學(xué)家的方式。一天（甚至今天）喜歡相信物理現(xiàn)實(shí)是如何運(yùn)作的科普研究。
薛定諤本人就是這樣一位科學(xué)家，他提出了薛定諤的概念來說明量子物理學(xué)的問題。讓我們考慮這些問題，然后看看薛定諤如何通過類比來說明它們。
量子不確定性
量子波函數(shù)將所有物理量描繪為一系列量子狀態(tài)以及系統(tǒng)處于給定狀態(tài)的概率?？紤]一個(gè)半衰期為一小時(shí)的放射性原子。
根據(jù)量子物理波函數(shù)，一小時(shí)后放射性原子將處于既衰減又不衰減的狀態(tài)。一旦對(duì)原子進(jìn)行測(cè)量，波函數(shù)將坍塌為一種狀態(tài)，但在此之前，它將保持為兩種量子態(tài)的疊加。
這是哥本哈根量子物理解釋的一個(gè)關(guān)鍵方面-它不僅是科學(xué)家沒有'不知道它在哪個(gè)狀態(tài)下's，而是物理現(xiàn)實(shí)在測(cè)量行為發(fā)生之前才確定。以某種未知的方式，觀察的行為就是將情況固化為一種或另一種狀態(tài)的原因。在進(jìn)行觀察之前，物理現(xiàn)實(shí)在所有可能性之間是分開的。
On the Cat
Schrodinger通過提出將假設(shè)的貓放在假設(shè)的盒子中來擴(kuò)展這一點(diǎn)。在帶著貓，我們會(huì)放一小瓶毒氣，這會(huì)立即殺死貓。將小瓶連接到連接到Geiger計(jì)數(shù)器的設(shè)備上，Geiger計(jì)數(shù)器是用于檢測(cè)輻射的設(shè)備。上述放射性原子放置在蓋格計(jì)數(shù)器附近，并在那里停留一個(gè)小時(shí)。
如果原子衰變，那么蓋格計(jì)數(shù)器將檢測(cè)輻射，打破小瓶并殺死貓。如果原子沒有衰變，那么小瓶將完好無損，貓將活著。
一小時(shí)后，原子處于既腐爛又不腐爛的狀態(tài)。然而，考慮到我們?nèi)绾螛?gòu)建這種情況，這意味著小瓶既被破壞也不被破壞，最終根據(jù)哥本哈根量子物理學(xué)解釋貓既死又活。
Schrodinger的解釋's Cat
斯蒂芬霍金著名地說："當(dāng)我聽說薛定諤's貓時(shí)，我伸手去拿我的*。"這代表了許多物理學(xué)家的想法，因?yàn)樗枷雽?shí)驗(yàn)有幾個(gè)方面提出問題。類比的**問題是量子物理學(xué)通常只在原子和亞原子粒子的微觀尺度上運(yùn)行，而不是在貓和毒小瓶的宏觀尺度上運(yùn)行。
哥本哈根的解釋指出，測(cè)量某種東西的行為會(huì)導(dǎo)致量子波函數(shù)崩潰。以這種類比，實(shí)際上，測(cè)量行為是由蓋革計(jì)數(shù)器進(jìn)行的。沿著事件鏈有許多相互作用-不可能將cat或系統(tǒng)的單獨(dú)部分隔離開來，因此它本質(zhì)上是真正的量子力學(xué)。
當(dāng)貓自己進(jìn)入方程時(shí)，測(cè)量已經(jīng)完成。。。一千次以上，蓋格計(jì)數(shù)器的原子已經(jīng)進(jìn)行了測(cè)量，小瓶bre制作設(shè)備，小瓶，毒氣和貓本身。即使盒子的原子正在制造"測(cè)量"當(dāng)你認(rèn)為如果貓跌倒死亡，它將與不同的原子接觸，而不是它在盒子周圍焦慮地走動(dòng)。
科學(xué)家是否打開盒子是無關(guān)緊要的，貓是活的還是死的，而不是兩種狀態(tài)的疊加。
盡管如此，從哥本哈根解釋的一些嚴(yán)格觀點(diǎn)來看，這實(shí)際上是一個(gè)有意識(shí)的實(shí)體所需要的觀察。這種嚴(yán)格的解釋形式通常是**物理學(xué)家的少數(shù)觀點(diǎn)，盡管仍有一些有趣的論點(diǎn)認(rèn)為量子波函數(shù)的崩潰可能與意識(shí)有關(guān)。（關(guān)于意識(shí)在量子物理學(xué)中的作用的更全面的討論，我建議量子謎：物理學(xué)遇到意識(shí)由Bruce Rosenblum&Fred Kuttner。）
另一種解釋是量子物理學(xué)的多世界解釋（MWI），它提出情況實(shí)際**支到許多世界。在其中一些世界中，貓?jiān)诖蜷_盒子時(shí)會(huì)死亡，而在另一些世界中，貓會(huì)活著。雖然對(duì)公眾以及當(dāng)然對(duì)科幻作者都很著迷，但多世界解釋在物理學(xué)家中也是少數(shù)觀點(diǎn)，盡管沒有具體的證據(jù)支持或反對(duì)它。
由Anne-Marie Helmenstine編輯，博士。
