偉大的思想實驗——薛定諤的貓

回顧&提出問題

在上篇文章《證實量子疊加態的科學實驗——電子雙縫干涉》(鏈接附文末,請點擊“瞭解更多”)中,我們介紹了證明微觀世界不確定性的科學實驗——電子雙縫干涉。這個實驗使用科學的方法證實了微觀世界的量子疊加狀態。

那麼,這樣的疊加狀態對於宏觀物體是否成立呢?宏觀世界是否也是不確定的呢?

愛因斯坦的置疑:上帝不擲色子

經典世界中物質是確定性的,不以人的意志為轉移的;而量子世界則是不確定的,物質是處於疊加狀態的。偉大的物理學家愛因斯坦曾經質疑:“如果我們不看月亮,月亮就不存在麼?”

偉大的思想實驗——薛定諤的貓

量子哥本哈根學派的創始人波爾有一個經典的迴應:“沒有人能證明當所有的人都不看月亮的時候它依然還在頭頂存在”。所有的人都不看月亮,也就是說禁止一切觀測,這個時候月亮的位置到底是確定的還是不確定的,沒有人能說的清楚。

愛因斯坦還說另一句經典的話“上帝不擲色子”,意思還是在說,世界是確定性的。波爾和愛因斯坦這兩位偉大物理學家的爭論成為了物理學史上的一段佳話。

偉大的思想實驗——薛定諤的貓

因為缺少實驗支撐,當時兩位“大咖”誰也沒辦法說服對方,但是經過幾十年的探索,科學家已經觀測到了量子疊加態的存在。所以,事實證明,世界的確存在不確定性。

將微觀世界的不確定性引入宏觀世界

為了說明神奇的“量子疊加態”,奧地利物理學家薛定諤在1935年提出了一個非常著名的思想實驗——“薛定諤的貓”,這個思想實驗是將微觀世界的疊加態延伸到了宏觀世界,以便於大家進一步理解“疊加態”。

偉大的思想實驗——薛定諤的貓

薛定諤的這隻貓可能是目前世界上最著名的一隻貓了,實驗是這樣的:在一個封閉的盒子裡,有一隻貓、一瓶有毒氣體以及一個機械裝置,這個機械裝置包含有一個原子核,我們知道,原子核是量子的表現形態,沒有觀測時,以量子疊加態存在,一旦發生觀測,它有百分之五十的可能性發生衰變,衰變的時候就會發射出一個粒子,這個粒子會觸發機械裝置,打破裝有毒氣體的瓶子,毒氣一觸發就會殺死這隻貓;當然也有百分之五十的可能性不發生衰變,那麼毒氣裝置也不會被觸發,這隻貓也會活著。但是,在沒打開箱子之前,原子核處於衰變和不衰變的疊加狀態,那麼這隻貓呢?它就處於“死”和“不死”的疊加狀態。

這個思想實驗在一定程度上說明了,經典物體也是處於“疊加態”,也就是說宏觀世界同樣是不確定的。我們感受不到這種疊加的狀態,是因為身處於各種觀測之中,“疊加態”易塌縮。

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