為什麼少有人做“薛定諤的貓”這個實驗,是有技術難度嗎?
為了回答網友的這個問題,我決定親身做一下“薛定諤的貓”這個實驗,等我片刻。
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。。。。。
好了我已經做完N遍薛定諤的貓實驗了,並沒有技術難度。
“薛定諤的貓”是物理學界的四大神獸之一,這是一個思維實驗,當初薛定諤就沒有打算抓一隻貓來實驗,而是在大腦中想想就好了。這個思維實驗過程如下:在一個密閉盒子中有這樣幾個物品,一隻貓、一瓶密封毒藥、一個錘子、一個電子開關、還有一個放射性元素(可衰變)。這個實驗的關鍵點在於大家知道放射性元素的衰變週期但是不知道具體什麼時間衰變,當其衰變後會釋放阿爾法粒子,這個時候電子開關被觸動控制錘子打碎毒藥瓶,最終貓死去。
為了回答網友的這個問題,我決定親身做一下“薛定諤的貓”這個實驗,等我片刻。
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好了我已經做完N遍薛定諤的貓實驗了,並沒有技術難度。
“薛定諤的貓”是物理學界的四大神獸之一,這是一個思維實驗,當初薛定諤就沒有打算抓一隻貓來實驗,而是在大腦中想想就好了。這個思維實驗過程如下:在一個密閉盒子中有這樣幾個物品,一隻貓、一瓶密封毒藥、一個錘子、一個電子開關、還有一個放射性元素(可衰變)。這個實驗的關鍵點在於大家知道放射性元素的衰變週期但是不知道具體什麼時間衰變,當其衰變後會釋放阿爾法粒子,這個時候電子開關被觸動控制錘子打碎毒藥瓶,最終貓死去。
但問題是隻要我們不打開盒子,就永遠不知道盒子中的貓到底是死的還是活的,這樣我們就可以理解成此時刻的貓是既死又活的疊加態。但是按照大家的常識都清楚,既死又活的貓就是在胡說八道,根本不存在。因此這個思維實驗的最初目的是為了嘲諷哥本哈根派對於量子力學的詮釋,他們認為量子在不被觀測的時候處在既A又B的疊加態,當觀測的時候塌縮成一種狀態。
為了回答網友的這個問題,我決定親身做一下“薛定諤的貓”這個實驗,等我片刻。
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好了我已經做完N遍薛定諤的貓實驗了,並沒有技術難度。
“薛定諤的貓”是物理學界的四大神獸之一,這是一個思維實驗,當初薛定諤就沒有打算抓一隻貓來實驗,而是在大腦中想想就好了。這個思維實驗過程如下:在一個密閉盒子中有這樣幾個物品,一隻貓、一瓶密封毒藥、一個錘子、一個電子開關、還有一個放射性元素(可衰變)。這個實驗的關鍵點在於大家知道放射性元素的衰變週期但是不知道具體什麼時間衰變,當其衰變後會釋放阿爾法粒子,這個時候電子開關被觸動控制錘子打碎毒藥瓶,最終貓死去。
但問題是隻要我們不打開盒子,就永遠不知道盒子中的貓到底是死的還是活的,這樣我們就可以理解成此時刻的貓是既死又活的疊加態。但是按照大家的常識都清楚,既死又活的貓就是在胡說八道,根本不存在。因此這個思維實驗的最初目的是為了嘲諷哥本哈根派對於量子力學的詮釋,他們認為量子在不被觀測的時候處在既A又B的疊加態,當觀測的時候塌縮成一種狀態。
可以說薛定諤是愛因斯坦和以玻爾為首的哥本哈根派的論戰的急先鋒,愛因斯坦生命的後半段除了在政治上分一些經歷外大多數時間都是在和玻爾論戰,關於測不準原理關於量子糾纏。尤其是量子糾纏,愛因斯坦直到去世也未曾接受這樣的觀點。薛定諤提出的這個思維實驗就是在愛因斯坦和玻爾論戰的背景下提出的,主要就是為了嘲諷量子力學"既A又B”這種量子特性的。
為了回答網友的這個問題,我決定親身做一下“薛定諤的貓”這個實驗,等我片刻。
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好了我已經做完N遍薛定諤的貓實驗了,並沒有技術難度。
“薛定諤的貓”是物理學界的四大神獸之一,這是一個思維實驗,當初薛定諤就沒有打算抓一隻貓來實驗,而是在大腦中想想就好了。這個思維實驗過程如下:在一個密閉盒子中有這樣幾個物品,一隻貓、一瓶密封毒藥、一個錘子、一個電子開關、還有一個放射性元素(可衰變)。這個實驗的關鍵點在於大家知道放射性元素的衰變週期但是不知道具體什麼時間衰變,當其衰變後會釋放阿爾法粒子,這個時候電子開關被觸動控制錘子打碎毒藥瓶,最終貓死去。
但問題是隻要我們不打開盒子,就永遠不知道盒子中的貓到底是死的還是活的,這樣我們就可以理解成此時刻的貓是既死又活的疊加態。但是按照大家的常識都清楚,既死又活的貓就是在胡說八道,根本不存在。因此這個思維實驗的最初目的是為了嘲諷哥本哈根派對於量子力學的詮釋,他們認為量子在不被觀測的時候處在既A又B的疊加態,當觀測的時候塌縮成一種狀態。
可以說薛定諤是愛因斯坦和以玻爾為首的哥本哈根派的論戰的急先鋒,愛因斯坦生命的後半段除了在政治上分一些經歷外大多數時間都是在和玻爾論戰,關於測不準原理關於量子糾纏。尤其是量子糾纏,愛因斯坦直到去世也未曾接受這樣的觀點。薛定諤提出的這個思維實驗就是在愛因斯坦和玻爾論戰的背景下提出的,主要就是為了嘲諷量子力學"既A又B”這種量子特性的。
殊不知無心插柳柳成蔭,“薛定諤的貓”變成了量子力學的第一代言“貓”。
文/科學黑洞,簡單回答圖片來源網路
不是有技術難度,而是這個實驗根本沒辦法做。
把一隻貓關到盒子裡,內部設置一個由物質衰變觸發的毒藥裝置,在一個週期內,衰變物質有二分之一的機率衰變,如果衰變,就會觸發裝置,毒藥釋放毒死這隻貓,如果沒有衰變,那這隻貓就會活下來。那麼在盒子關上之後,貓究竟是死是活?這就是薛定諤的貓實驗。
不是有技術難度,而是這個實驗根本沒辦法做。
把一隻貓關到盒子裡,內部設置一個由物質衰變觸發的毒藥裝置,在一個週期內,衰變物質有二分之一的機率衰變,如果衰變,就會觸發裝置,毒藥釋放毒死這隻貓,如果沒有衰變,那這隻貓就會活下來。那麼在盒子關上之後,貓究竟是死是活?這就是薛定諤的貓實驗。
薛定諤認為,在盒子沒有打開之前,這隻貓的生死無法確定,所以說它既沒有"死"也沒有"活",而是處於生和死的疊加態,但當盒子打開的一瞬間,這種疊加態就塌縮成一種狀態,要麼死,要麼活。怎麼樣?有沒有感覺很繞?
薛定諤的貓,究其本質,不在這個實驗,而是為了通過這樣一個假說來說明微觀世界的一種疊加的狀態,注意是微觀,而一隻貓很顯然是宏觀的,所以這個實驗即便做了也沒什麼意義。此外,如果我們不觀察內部,我們無法確定貓的狀態,但如果我們觀察了內部,不管以何種方式獲得內部真實情況,那隻貓的生死都會瞬間塌縮到一個狀態,那這個實驗又有什麼意義呢?
不是有技術難度,而是這個實驗根本沒辦法做。
把一隻貓關到盒子裡,內部設置一個由物質衰變觸發的毒藥裝置,在一個週期內,衰變物質有二分之一的機率衰變,如果衰變,就會觸發裝置,毒藥釋放毒死這隻貓,如果沒有衰變,那這隻貓就會活下來。那麼在盒子關上之後,貓究竟是死是活?這就是薛定諤的貓實驗。
薛定諤認為,在盒子沒有打開之前,這隻貓的生死無法確定,所以說它既沒有"死"也沒有"活",而是處於生和死的疊加態,但當盒子打開的一瞬間,這種疊加態就塌縮成一種狀態,要麼死,要麼活。怎麼樣?有沒有感覺很繞?
薛定諤的貓,究其本質,不在這個實驗,而是為了通過這樣一個假說來說明微觀世界的一種疊加的狀態,注意是微觀,而一隻貓很顯然是宏觀的,所以這個實驗即便做了也沒什麼意義。此外,如果我們不觀察內部,我們無法確定貓的狀態,但如果我們觀察了內部,不管以何種方式獲得內部真實情況,那隻貓的生死都會瞬間塌縮到一個狀態,那這個實驗又有什麼意義呢?
所以薛定諤的貓這個實驗註定只能成為一個人類認識微觀世界的宏觀橋樑,這個實驗根本沒有辦法做,不管過去現在還是將來,都沒辦法通過這個實驗獲得理想的結果。畢竟這個實驗根本不符合現有規律,我們根本無法觀察。
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一個不可能的實驗
“薛定諤的貓”是一個許多人耳熟能詳的故事,有些人甚至能夠將它完整地背下來。
然而真正能夠了解這個故事及其背景的人卻並不多,如果你真的希望誰複製這個實驗,去抓只貓來試一試的話,那就說明你真的不懂它。
薛定諤並沒有打算做這個實驗,他甚至不認為這個實驗能夠成功,因為他闡述的是一個悖論,用了當時科學家們最拿手的思想實驗的方式。在薛定諤的貓身上,有強烈的不滿,我們甚至能感覺到些許諷刺。
一個不可能的實驗
“薛定諤的貓”是一個許多人耳熟能詳的故事,有些人甚至能夠將它完整地背下來。
然而真正能夠了解這個故事及其背景的人卻並不多,如果你真的希望誰複製這個實驗,去抓只貓來試一試的話,那就說明你真的不懂它。
薛定諤並沒有打算做這個實驗,他甚至不認為這個實驗能夠成功,因為他闡述的是一個悖論,用了當時科學家們最拿手的思想實驗的方式。在薛定諤的貓身上,有強烈的不滿,我們甚至能感覺到些許諷刺。
(薛定諤的貓)
量子力學流派的對撞
埃爾溫·薛定諤是一個偉大的物理學家、概率量子力學——波動力學的創始人,是現代量子力學的主要奠基人之一。薛定諤因他的薛定諤方程獲得諾貝爾物理學獎。
薛定諤是一個實在論者,他提出過兩條基本原則:一是自然的可理解性原則,二是客觀化原則。薛定諤在他的科學研究中也始終堅持這兩條原則。正因為如此,它造成了薛定諤與玻爾為首的量子力學哥本哈根學派之間的激烈碰撞。
一個不可能的實驗
“薛定諤的貓”是一個許多人耳熟能詳的故事,有些人甚至能夠將它完整地背下來。
然而真正能夠了解這個故事及其背景的人卻並不多,如果你真的希望誰複製這個實驗,去抓只貓來試一試的話,那就說明你真的不懂它。
薛定諤並沒有打算做這個實驗,他甚至不認為這個實驗能夠成功,因為他闡述的是一個悖論,用了當時科學家們最拿手的思想實驗的方式。在薛定諤的貓身上,有強烈的不滿,我們甚至能感覺到些許諷刺。
(薛定諤的貓)
量子力學流派的對撞
埃爾溫·薛定諤是一個偉大的物理學家、概率量子力學——波動力學的創始人,是現代量子力學的主要奠基人之一。薛定諤因他的薛定諤方程獲得諾貝爾物理學獎。
薛定諤是一個實在論者,他提出過兩條基本原則:一是自然的可理解性原則,二是客觀化原則。薛定諤在他的科學研究中也始終堅持這兩條原則。正因為如此,它造成了薛定諤與玻爾為首的量子力學哥本哈根學派之間的激烈碰撞。
(哥本哈根學派:玻爾、海森堡與泡利)
我們先來簡單介紹一下哥本哈根學派,它是玻爾、海森堡和波恩為首在哥本哈根所創立的學派,代表人物還有大名鼎鼎的泡利、狄拉克等科學家。他們是量子力學理論最後的贏家,因此哥本哈根學派的量子力學觀點後來被冠以“正統解釋”的帽子(據說是因為反對者都先死了)。但是在一開始,波爾和海森堡的“不確定性原理”還是引發了一大波反對聲的。
其中最激烈的兩個反對者就是薛定諤和愛因斯坦。薛定諤拎出了貓,而愛因斯坦更是搬出了“上帝”。
一個不可能的實驗
“薛定諤的貓”是一個許多人耳熟能詳的故事,有些人甚至能夠將它完整地背下來。
然而真正能夠了解這個故事及其背景的人卻並不多,如果你真的希望誰複製這個實驗,去抓只貓來試一試的話,那就說明你真的不懂它。
薛定諤並沒有打算做這個實驗,他甚至不認為這個實驗能夠成功,因為他闡述的是一個悖論,用了當時科學家們最拿手的思想實驗的方式。在薛定諤的貓身上,有強烈的不滿,我們甚至能感覺到些許諷刺。
(薛定諤的貓)
量子力學流派的對撞
埃爾溫·薛定諤是一個偉大的物理學家、概率量子力學——波動力學的創始人,是現代量子力學的主要奠基人之一。薛定諤因他的薛定諤方程獲得諾貝爾物理學獎。
薛定諤是一個實在論者,他提出過兩條基本原則:一是自然的可理解性原則,二是客觀化原則。薛定諤在他的科學研究中也始終堅持這兩條原則。正因為如此,它造成了薛定諤與玻爾為首的量子力學哥本哈根學派之間的激烈碰撞。
(哥本哈根學派:玻爾、海森堡與泡利)
我們先來簡單介紹一下哥本哈根學派,它是玻爾、海森堡和波恩為首在哥本哈根所創立的學派,代表人物還有大名鼎鼎的泡利、狄拉克等科學家。他們是量子力學理論最後的贏家,因此哥本哈根學派的量子力學觀點後來被冠以“正統解釋”的帽子(據說是因為反對者都先死了)。但是在一開始,波爾和海森堡的“不確定性原理”還是引發了一大波反對聲的。
其中最激烈的兩個反對者就是薛定諤和愛因斯坦。薛定諤拎出了貓,而愛因斯坦更是搬出了“上帝”。
(愛因斯坦與薛定諤)
提到薛定諤,就不能不提著名的薛定諤方程,儘管這世上沒幾個人能看懂,我還是覺得將這幾個高大上的方程式貼出來是件很有面子的事情:
一個不可能的實驗
“薛定諤的貓”是一個許多人耳熟能詳的故事,有些人甚至能夠將它完整地背下來。
然而真正能夠了解這個故事及其背景的人卻並不多,如果你真的希望誰複製這個實驗,去抓只貓來試一試的話,那就說明你真的不懂它。
薛定諤並沒有打算做這個實驗,他甚至不認為這個實驗能夠成功,因為他闡述的是一個悖論,用了當時科學家們最拿手的思想實驗的方式。在薛定諤的貓身上,有強烈的不滿,我們甚至能感覺到些許諷刺。
(薛定諤的貓)
量子力學流派的對撞
埃爾溫·薛定諤是一個偉大的物理學家、概率量子力學——波動力學的創始人,是現代量子力學的主要奠基人之一。薛定諤因他的薛定諤方程獲得諾貝爾物理學獎。
薛定諤是一個實在論者,他提出過兩條基本原則:一是自然的可理解性原則,二是客觀化原則。薛定諤在他的科學研究中也始終堅持這兩條原則。正因為如此,它造成了薛定諤與玻爾為首的量子力學哥本哈根學派之間的激烈碰撞。
(哥本哈根學派:玻爾、海森堡與泡利)
我們先來簡單介紹一下哥本哈根學派,它是玻爾、海森堡和波恩為首在哥本哈根所創立的學派,代表人物還有大名鼎鼎的泡利、狄拉克等科學家。他們是量子力學理論最後的贏家,因此哥本哈根學派的量子力學觀點後來被冠以“正統解釋”的帽子(據說是因為反對者都先死了)。但是在一開始,波爾和海森堡的“不確定性原理”還是引發了一大波反對聲的。
其中最激烈的兩個反對者就是薛定諤和愛因斯坦。薛定諤拎出了貓,而愛因斯坦更是搬出了“上帝”。
(愛因斯坦與薛定諤)
提到薛定諤,就不能不提著名的薛定諤方程,儘管這世上沒幾個人能看懂,我還是覺得將這幾個高大上的方程式貼出來是件很有面子的事情:
(薛定諤方程組)
1926年,薛定諤通過二階線性偏微分方程組確立了量子波動力學,也一舉奠定了自己在量子力學中領導者之一的地位。
薛定諤與玻爾的“對決”
同年9月,玻爾邀請薛定諤去哥本哈根講學,這本來是件愉快的事,但薛定諤卻並不快樂,他從下了火車就開始跟玻爾“吵架”,一直吵到玻爾家裡,住在玻爾的家裡他倆天天吵,每天從早上起床就開始吵,一直吵到深夜。
本來是去做客的,這兩個科學家為啥吵起來了呢?為了學術。前面說了薛定諤創立了量子波動力學,他堅定地認為量子力學具有波函數的性質,它應該是連續的。但玻爾卻認為量子存在非連續性的躍遷,並且由於“隱變量”的關係,這種躍遷是不可測量的,在你測量它之前永遠不知道到底是個什麼狀態,而一旦你開始測量,它就崩潰了。這一點顯然是在挑戰波函數的連續性,對於持經典力學觀點的薛定諤無論如何也難以接受的。
一個不可能的實驗
“薛定諤的貓”是一個許多人耳熟能詳的故事,有些人甚至能夠將它完整地背下來。
然而真正能夠了解這個故事及其背景的人卻並不多,如果你真的希望誰複製這個實驗,去抓只貓來試一試的話,那就說明你真的不懂它。
薛定諤並沒有打算做這個實驗,他甚至不認為這個實驗能夠成功,因為他闡述的是一個悖論,用了當時科學家們最拿手的思想實驗的方式。在薛定諤的貓身上,有強烈的不滿,我們甚至能感覺到些許諷刺。
(薛定諤的貓)
量子力學流派的對撞
埃爾溫·薛定諤是一個偉大的物理學家、概率量子力學——波動力學的創始人,是現代量子力學的主要奠基人之一。薛定諤因他的薛定諤方程獲得諾貝爾物理學獎。
薛定諤是一個實在論者,他提出過兩條基本原則:一是自然的可理解性原則,二是客觀化原則。薛定諤在他的科學研究中也始終堅持這兩條原則。正因為如此,它造成了薛定諤與玻爾為首的量子力學哥本哈根學派之間的激烈碰撞。
(哥本哈根學派:玻爾、海森堡與泡利)
我們先來簡單介紹一下哥本哈根學派,它是玻爾、海森堡和波恩為首在哥本哈根所創立的學派,代表人物還有大名鼎鼎的泡利、狄拉克等科學家。他們是量子力學理論最後的贏家,因此哥本哈根學派的量子力學觀點後來被冠以“正統解釋”的帽子(據說是因為反對者都先死了)。但是在一開始,波爾和海森堡的“不確定性原理”還是引發了一大波反對聲的。
其中最激烈的兩個反對者就是薛定諤和愛因斯坦。薛定諤拎出了貓,而愛因斯坦更是搬出了“上帝”。
(愛因斯坦與薛定諤)
提到薛定諤,就不能不提著名的薛定諤方程,儘管這世上沒幾個人能看懂,我還是覺得將這幾個高大上的方程式貼出來是件很有面子的事情:
(薛定諤方程組)
1926年,薛定諤通過二階線性偏微分方程組確立了量子波動力學,也一舉奠定了自己在量子力學中領導者之一的地位。
薛定諤與玻爾的“對決”
同年9月,玻爾邀請薛定諤去哥本哈根講學,這本來是件愉快的事,但薛定諤卻並不快樂,他從下了火車就開始跟玻爾“吵架”,一直吵到玻爾家裡,住在玻爾的家裡他倆天天吵,每天從早上起床就開始吵,一直吵到深夜。
本來是去做客的,這兩個科學家為啥吵起來了呢?為了學術。前面說了薛定諤創立了量子波動力學,他堅定地認為量子力學具有波函數的性質,它應該是連續的。但玻爾卻認為量子存在非連續性的躍遷,並且由於“隱變量”的關係,這種躍遷是不可測量的,在你測量它之前永遠不知道到底是個什麼狀態,而一旦你開始測量,它就崩潰了。這一點顯然是在挑戰波函數的連續性,對於持經典力學觀點的薛定諤無論如何也難以接受的。
(玻爾和他的妻子)
就這樣吵了幾天之後,薛定諤病倒在玻爾家裡,玻爾的妻子一邊給他端水遞藥,玻爾還在一旁不停地解釋,試圖說服薛定諤。你說他這是去講學呢,還是去洗腦?
當薛定諤回到家後,也許是出於對玻爾老婆照顧的感激,他不再激烈反對“不確定性原理”,但對於哥本哈根派的隱變量解釋卻始終持批判態度。薛定諤與愛因斯坦聯合起來共同對抗玻爾和海森堡的哥本哈根學派,直到炮製出“薛定諤的貓”。
一個不可能的實驗
“薛定諤的貓”是一個許多人耳熟能詳的故事,有些人甚至能夠將它完整地背下來。
然而真正能夠了解這個故事及其背景的人卻並不多,如果你真的希望誰複製這個實驗,去抓只貓來試一試的話,那就說明你真的不懂它。
薛定諤並沒有打算做這個實驗,他甚至不認為這個實驗能夠成功,因為他闡述的是一個悖論,用了當時科學家們最拿手的思想實驗的方式。在薛定諤的貓身上,有強烈的不滿,我們甚至能感覺到些許諷刺。
(薛定諤的貓)
量子力學流派的對撞
埃爾溫·薛定諤是一個偉大的物理學家、概率量子力學——波動力學的創始人,是現代量子力學的主要奠基人之一。薛定諤因他的薛定諤方程獲得諾貝爾物理學獎。
薛定諤是一個實在論者,他提出過兩條基本原則:一是自然的可理解性原則,二是客觀化原則。薛定諤在他的科學研究中也始終堅持這兩條原則。正因為如此,它造成了薛定諤與玻爾為首的量子力學哥本哈根學派之間的激烈碰撞。
(哥本哈根學派:玻爾、海森堡與泡利)
我們先來簡單介紹一下哥本哈根學派,它是玻爾、海森堡和波恩為首在哥本哈根所創立的學派,代表人物還有大名鼎鼎的泡利、狄拉克等科學家。他們是量子力學理論最後的贏家,因此哥本哈根學派的量子力學觀點後來被冠以“正統解釋”的帽子(據說是因為反對者都先死了)。但是在一開始,波爾和海森堡的“不確定性原理”還是引發了一大波反對聲的。
其中最激烈的兩個反對者就是薛定諤和愛因斯坦。薛定諤拎出了貓,而愛因斯坦更是搬出了“上帝”。
(愛因斯坦與薛定諤)
提到薛定諤,就不能不提著名的薛定諤方程,儘管這世上沒幾個人能看懂,我還是覺得將這幾個高大上的方程式貼出來是件很有面子的事情:
(薛定諤方程組)
1926年,薛定諤通過二階線性偏微分方程組確立了量子波動力學,也一舉奠定了自己在量子力學中領導者之一的地位。
薛定諤與玻爾的“對決”
同年9月,玻爾邀請薛定諤去哥本哈根講學,這本來是件愉快的事,但薛定諤卻並不快樂,他從下了火車就開始跟玻爾“吵架”,一直吵到玻爾家裡,住在玻爾的家裡他倆天天吵,每天從早上起床就開始吵,一直吵到深夜。
本來是去做客的,這兩個科學家為啥吵起來了呢?為了學術。前面說了薛定諤創立了量子波動力學,他堅定地認為量子力學具有波函數的性質,它應該是連續的。但玻爾卻認為量子存在非連續性的躍遷,並且由於“隱變量”的關係,這種躍遷是不可測量的,在你測量它之前永遠不知道到底是個什麼狀態,而一旦你開始測量,它就崩潰了。這一點顯然是在挑戰波函數的連續性,對於持經典力學觀點的薛定諤無論如何也難以接受的。
(玻爾和他的妻子)
就這樣吵了幾天之後,薛定諤病倒在玻爾家裡,玻爾的妻子一邊給他端水遞藥,玻爾還在一旁不停地解釋,試圖說服薛定諤。你說他這是去講學呢,還是去洗腦?
當薛定諤回到家後,也許是出於對玻爾老婆照顧的感激,他不再激烈反對“不確定性原理”,但對於哥本哈根派的隱變量解釋卻始終持批判態度。薛定諤與愛因斯坦聯合起來共同對抗玻爾和海森堡的哥本哈根學派,直到炮製出“薛定諤的貓”。
(被玻爾“聊倒”的薛定諤)
“薛定諤的貓”實驗中,假設了兩個要素:一是由核衰變釋放粒子控制的電子開關和毒藥,另一個是不知死活的貓。薛定諤希望利用這個思想實驗中的不確定條件暗諷哥本哈根學派“隱變量”的不確定性,從而指出這是一個悖論。因為實驗中的貓除了“死”與“活”兩種狀態外,還有一個“不死不活”的狀態,因為你永遠不能確定它的死活。而量子現象恰恰會處於某種混沌的狀態,你不能預測它,這讓薛定諤這樣的科學家很惱火。
一個不可能的實驗
“薛定諤的貓”是一個許多人耳熟能詳的故事,有些人甚至能夠將它完整地背下來。
然而真正能夠了解這個故事及其背景的人卻並不多,如果你真的希望誰複製這個實驗,去抓只貓來試一試的話,那就說明你真的不懂它。
薛定諤並沒有打算做這個實驗,他甚至不認為這個實驗能夠成功,因為他闡述的是一個悖論,用了當時科學家們最拿手的思想實驗的方式。在薛定諤的貓身上,有強烈的不滿,我們甚至能感覺到些許諷刺。
(薛定諤的貓)
量子力學流派的對撞
埃爾溫·薛定諤是一個偉大的物理學家、概率量子力學——波動力學的創始人,是現代量子力學的主要奠基人之一。薛定諤因他的薛定諤方程獲得諾貝爾物理學獎。
薛定諤是一個實在論者,他提出過兩條基本原則:一是自然的可理解性原則,二是客觀化原則。薛定諤在他的科學研究中也始終堅持這兩條原則。正因為如此,它造成了薛定諤與玻爾為首的量子力學哥本哈根學派之間的激烈碰撞。
(哥本哈根學派:玻爾、海森堡與泡利)
我們先來簡單介紹一下哥本哈根學派,它是玻爾、海森堡和波恩為首在哥本哈根所創立的學派,代表人物還有大名鼎鼎的泡利、狄拉克等科學家。他們是量子力學理論最後的贏家,因此哥本哈根學派的量子力學觀點後來被冠以“正統解釋”的帽子(據說是因為反對者都先死了)。但是在一開始,波爾和海森堡的“不確定性原理”還是引發了一大波反對聲的。
其中最激烈的兩個反對者就是薛定諤和愛因斯坦。薛定諤拎出了貓,而愛因斯坦更是搬出了“上帝”。
(愛因斯坦與薛定諤)
提到薛定諤,就不能不提著名的薛定諤方程,儘管這世上沒幾個人能看懂,我還是覺得將這幾個高大上的方程式貼出來是件很有面子的事情:
(薛定諤方程組)
1926年,薛定諤通過二階線性偏微分方程組確立了量子波動力學,也一舉奠定了自己在量子力學中領導者之一的地位。
薛定諤與玻爾的“對決”
同年9月,玻爾邀請薛定諤去哥本哈根講學,這本來是件愉快的事,但薛定諤卻並不快樂,他從下了火車就開始跟玻爾“吵架”,一直吵到玻爾家裡,住在玻爾的家裡他倆天天吵,每天從早上起床就開始吵,一直吵到深夜。
本來是去做客的,這兩個科學家為啥吵起來了呢?為了學術。前面說了薛定諤創立了量子波動力學,他堅定地認為量子力學具有波函數的性質,它應該是連續的。但玻爾卻認為量子存在非連續性的躍遷,並且由於“隱變量”的關係,這種躍遷是不可測量的,在你測量它之前永遠不知道到底是個什麼狀態,而一旦你開始測量,它就崩潰了。這一點顯然是在挑戰波函數的連續性,對於持經典力學觀點的薛定諤無論如何也難以接受的。
(玻爾和他的妻子)
就這樣吵了幾天之後,薛定諤病倒在玻爾家裡,玻爾的妻子一邊給他端水遞藥,玻爾還在一旁不停地解釋,試圖說服薛定諤。你說他這是去講學呢,還是去洗腦?
當薛定諤回到家後,也許是出於對玻爾老婆照顧的感激,他不再激烈反對“不確定性原理”,但對於哥本哈根派的隱變量解釋卻始終持批判態度。薛定諤與愛因斯坦聯合起來共同對抗玻爾和海森堡的哥本哈根學派,直到炮製出“薛定諤的貓”。
(被玻爾“聊倒”的薛定諤)
“薛定諤的貓”實驗中,假設了兩個要素:一是由核衰變釋放粒子控制的電子開關和毒藥,另一個是不知死活的貓。薛定諤希望利用這個思想實驗中的不確定條件暗諷哥本哈根學派“隱變量”的不確定性,從而指出這是一個悖論。因為實驗中的貓除了“死”與“活”兩種狀態外,還有一個“不死不活”的狀態,因為你永遠不能確定它的死活。而量子現象恰恰會處於某種混沌的狀態,你不能預測它,這讓薛定諤這樣的科學家很惱火。
(薛定諤和他的貓)
愛因斯坦也一樣,那個“上帝不會擲色子”就是愛因斯坦面對量子現象不確定性問題時的錯愕與憤怒。他聽懂了量子理論,但不能接受這種解釋。愛因斯坦喜歡薛定諤方程及波函數的確定性,他至死都不認可還有“不死也不活狀態”的貓。
思想實驗
最後說一說思想實驗。與今天的物理學家們嚴重依賴價值數百億美元的強子對撞機不同,十九、二十世紀的科學家們大量採用的是思想實驗,他們在頭腦中構築起思想機器、用精密的邏輯和思維來驅動微觀粒子、用美妙的數學來計算、用簡潔優美的公式來告訴人們結論。當愛因斯坦還是瑞士伯爾尼專利局的小職員時,他根本沒有條件去測量天體,但他卻通過思想實驗創立狹義相對論與廣義相對論。同樣的,薛定諤也用他精確的方程組創立了量子力學的半壁江山。
一個不可能的實驗
“薛定諤的貓”是一個許多人耳熟能詳的故事,有些人甚至能夠將它完整地背下來。
然而真正能夠了解這個故事及其背景的人卻並不多,如果你真的希望誰複製這個實驗,去抓只貓來試一試的話,那就說明你真的不懂它。
薛定諤並沒有打算做這個實驗,他甚至不認為這個實驗能夠成功,因為他闡述的是一個悖論,用了當時科學家們最拿手的思想實驗的方式。在薛定諤的貓身上,有強烈的不滿,我們甚至能感覺到些許諷刺。
(薛定諤的貓)
量子力學流派的對撞
埃爾溫·薛定諤是一個偉大的物理學家、概率量子力學——波動力學的創始人,是現代量子力學的主要奠基人之一。薛定諤因他的薛定諤方程獲得諾貝爾物理學獎。
薛定諤是一個實在論者,他提出過兩條基本原則:一是自然的可理解性原則,二是客觀化原則。薛定諤在他的科學研究中也始終堅持這兩條原則。正因為如此,它造成了薛定諤與玻爾為首的量子力學哥本哈根學派之間的激烈碰撞。
(哥本哈根學派:玻爾、海森堡與泡利)
我們先來簡單介紹一下哥本哈根學派,它是玻爾、海森堡和波恩為首在哥本哈根所創立的學派,代表人物還有大名鼎鼎的泡利、狄拉克等科學家。他們是量子力學理論最後的贏家,因此哥本哈根學派的量子力學觀點後來被冠以“正統解釋”的帽子(據說是因為反對者都先死了)。但是在一開始,波爾和海森堡的“不確定性原理”還是引發了一大波反對聲的。
其中最激烈的兩個反對者就是薛定諤和愛因斯坦。薛定諤拎出了貓,而愛因斯坦更是搬出了“上帝”。
(愛因斯坦與薛定諤)
提到薛定諤,就不能不提著名的薛定諤方程,儘管這世上沒幾個人能看懂,我還是覺得將這幾個高大上的方程式貼出來是件很有面子的事情:
(薛定諤方程組)
1926年,薛定諤通過二階線性偏微分方程組確立了量子波動力學,也一舉奠定了自己在量子力學中領導者之一的地位。
薛定諤與玻爾的“對決”
同年9月,玻爾邀請薛定諤去哥本哈根講學,這本來是件愉快的事,但薛定諤卻並不快樂,他從下了火車就開始跟玻爾“吵架”,一直吵到玻爾家裡,住在玻爾的家裡他倆天天吵,每天從早上起床就開始吵,一直吵到深夜。
本來是去做客的,這兩個科學家為啥吵起來了呢?為了學術。前面說了薛定諤創立了量子波動力學,他堅定地認為量子力學具有波函數的性質,它應該是連續的。但玻爾卻認為量子存在非連續性的躍遷,並且由於“隱變量”的關係,這種躍遷是不可測量的,在你測量它之前永遠不知道到底是個什麼狀態,而一旦你開始測量,它就崩潰了。這一點顯然是在挑戰波函數的連續性,對於持經典力學觀點的薛定諤無論如何也難以接受的。
(玻爾和他的妻子)
就這樣吵了幾天之後,薛定諤病倒在玻爾家裡,玻爾的妻子一邊給他端水遞藥,玻爾還在一旁不停地解釋,試圖說服薛定諤。你說他這是去講學呢,還是去洗腦?
當薛定諤回到家後,也許是出於對玻爾老婆照顧的感激,他不再激烈反對“不確定性原理”,但對於哥本哈根派的隱變量解釋卻始終持批判態度。薛定諤與愛因斯坦聯合起來共同對抗玻爾和海森堡的哥本哈根學派,直到炮製出“薛定諤的貓”。
(被玻爾“聊倒”的薛定諤)
“薛定諤的貓”實驗中,假設了兩個要素:一是由核衰變釋放粒子控制的電子開關和毒藥,另一個是不知死活的貓。薛定諤希望利用這個思想實驗中的不確定條件暗諷哥本哈根學派“隱變量”的不確定性,從而指出這是一個悖論。因為實驗中的貓除了“死”與“活”兩種狀態外,還有一個“不死不活”的狀態,因為你永遠不能確定它的死活。而量子現象恰恰會處於某種混沌的狀態,你不能預測它,這讓薛定諤這樣的科學家很惱火。
(薛定諤和他的貓)
愛因斯坦也一樣,那個“上帝不會擲色子”就是愛因斯坦面對量子現象不確定性問題時的錯愕與憤怒。他聽懂了量子理論,但不能接受這種解釋。愛因斯坦喜歡薛定諤方程及波函數的確定性,他至死都不認可還有“不死也不活狀態”的貓。
思想實驗
最後說一說思想實驗。與今天的物理學家們嚴重依賴價值數百億美元的強子對撞機不同,十九、二十世紀的科學家們大量採用的是思想實驗,他們在頭腦中構築起思想機器、用精密的邏輯和思維來驅動微觀粒子、用美妙的數學來計算、用簡潔優美的公式來告訴人們結論。當愛因斯坦還是瑞士伯爾尼專利局的小職員時,他根本沒有條件去測量天體,但他卻通過思想實驗創立狹義相對論與廣義相對論。同樣的,薛定諤也用他精確的方程組創立了量子力學的半壁江山。
(那個時代的科學巨匠們)
對於科學,科學家們一直在不停地探索,而我們這些吃瓜群眾要做的,不僅是認可他們的工作,還應該學會以科學的態度去看待科學。即便是質疑,你也應提出自己的觀點,將它拿出來討論,就像薛定諤做的那樣。
質疑決不是沒頭沒腦地來一句:“你這是胡扯!”然後拍屁股走人。
當然,你需要有知識。
霍金說過,誰要是跟我提薛定諤的貓,我就去拿槍!題主還想做個實驗,本貓的槍呢?
既然題主這麼好學,在我找到槍之前,我先說一段關於這隻物理世界最著名貓的前世今生吧。
薛定諤的貓的前世
霍金說過,誰要是跟我提薛定諤的貓,我就去拿槍!題主還想做個實驗,本貓的槍呢?
既然題主這麼好學,在我找到槍之前,我先說一段關於這隻物理世界最著名貓的前世今生吧。
薛定諤的貓的前世
量子力學的奠基人之一,本來是大名鼎鼎的愛因斯坦,1905年的光量子概念以及相對論一出,物理界自“兩朵烏雲”後的愁雲慘霧本來大有機會煙消雲散;斜刺裡卻殺出了以不確定(海森堡的不確定性原理)、大概吧(波恩的概率解釋)、都湊合(玻爾的“互補原理”)形成量子力學核心解釋。把科學的區域性以及絕對性打得粉碎。曾將宇宙萬物過去未來都算出精確結果的物理學界,突然連個電子的精確位置都算不下去了!簡直斯文掃地。
愛因斯坦和薛定諤實在看不下去,決定下場死磕。愛因斯坦擲出了上帝的骰子,而薛定諤則放出了這隻擾動科學界的貓。
愛因斯坦這茬我們略過,今天我們專注於薛定諤的貓。
薛定諤的貓長啥樣
這是個老話題了,先上圖:
霍金說過,誰要是跟我提薛定諤的貓,我就去拿槍!題主還想做個實驗,本貓的槍呢?
既然題主這麼好學,在我找到槍之前,我先說一段關於這隻物理世界最著名貓的前世今生吧。
薛定諤的貓的前世
量子力學的奠基人之一,本來是大名鼎鼎的愛因斯坦,1905年的光量子概念以及相對論一出,物理界自“兩朵烏雲”後的愁雲慘霧本來大有機會煙消雲散;斜刺裡卻殺出了以不確定(海森堡的不確定性原理)、大概吧(波恩的概率解釋)、都湊合(玻爾的“互補原理”)形成量子力學核心解釋。把科學的區域性以及絕對性打得粉碎。曾將宇宙萬物過去未來都算出精確結果的物理學界,突然連個電子的精確位置都算不下去了!簡直斯文掃地。
愛因斯坦和薛定諤實在看不下去,決定下場死磕。愛因斯坦擲出了上帝的骰子,而薛定諤則放出了這隻擾動科學界的貓。
愛因斯坦這茬我們略過,今天我們專注於薛定諤的貓。
薛定諤的貓長啥樣
這是個老話題了,先上圖:
我再給同學複習一次:現在有一個小盒子裝有放射性源,設其半衰期為一個小時,即一小時後有一半概率放射出一個粒子,根據量子力學疊加原理,一小時後空間將處於有一個粒子(記為|1⟩),和沒粒子(記為|0⟩)的疊加態|ψ⟩=12√(|0⟩+|1⟩)。盒子連接著一個機關,機關控制一個裝有致命毒氣的瓶子。
如果有粒子,盒子的機關會被打開,鐵錘將落下,打破裝有毒氣的瓶子,毒氣會將密封於籠子裡的貓毒死,如果小盒子未放出粒子,則一切如常,貓將活下來。那麼,一個小時後,這隻貓究竟是活的還是死的?
按照哥本哈根的量子態疊加原理解釋,在我們觀察之前,貓處於半死不活的疊加態;這便是困擾物理學界超過80年的魔獸—— “薛定諤的貓”。
插句題外話,薛定諤可不是動物學家,人家的薛定諤方程在物理界是排前十的偉大,就是他的死對頭量子派,也是給予極度認可的,照料上個圖,大家瞻仰瞻仰:
霍金說過,誰要是跟我提薛定諤的貓,我就去拿槍!題主還想做個實驗,本貓的槍呢?
既然題主這麼好學,在我找到槍之前,我先說一段關於這隻物理世界最著名貓的前世今生吧。
薛定諤的貓的前世
量子力學的奠基人之一,本來是大名鼎鼎的愛因斯坦,1905年的光量子概念以及相對論一出,物理界自“兩朵烏雲”後的愁雲慘霧本來大有機會煙消雲散;斜刺裡卻殺出了以不確定(海森堡的不確定性原理)、大概吧(波恩的概率解釋)、都湊合(玻爾的“互補原理”)形成量子力學核心解釋。把科學的區域性以及絕對性打得粉碎。曾將宇宙萬物過去未來都算出精確結果的物理學界,突然連個電子的精確位置都算不下去了!簡直斯文掃地。
愛因斯坦和薛定諤實在看不下去,決定下場死磕。愛因斯坦擲出了上帝的骰子,而薛定諤則放出了這隻擾動科學界的貓。
愛因斯坦這茬我們略過,今天我們專注於薛定諤的貓。
薛定諤的貓長啥樣
這是個老話題了,先上圖:
我再給同學複習一次:現在有一個小盒子裝有放射性源,設其半衰期為一個小時,即一小時後有一半概率放射出一個粒子,根據量子力學疊加原理,一小時後空間將處於有一個粒子(記為|1⟩),和沒粒子(記為|0⟩)的疊加態|ψ⟩=12√(|0⟩+|1⟩)。盒子連接著一個機關,機關控制一個裝有致命毒氣的瓶子。
如果有粒子,盒子的機關會被打開,鐵錘將落下,打破裝有毒氣的瓶子,毒氣會將密封於籠子裡的貓毒死,如果小盒子未放出粒子,則一切如常,貓將活下來。那麼,一個小時後,這隻貓究竟是活的還是死的?
按照哥本哈根的量子態疊加原理解釋,在我們觀察之前,貓處於半死不活的疊加態;這便是困擾物理學界超過80年的魔獸—— “薛定諤的貓”。
插句題外話,薛定諤可不是動物學家,人家的薛定諤方程在物理界是排前十的偉大,就是他的死對頭量子派,也是給予極度認可的,照料上個圖,大家瞻仰瞻仰:
薛定諤的貓今生
此貓一入塵世之間,世人皆驚愕莫名!現實生活中,貓要麼死,要麼活,從來沒聽說過生死不明狀態的貓存在。其實,同學們不要被薛定諤迷住眼睛,貓不是重點,死和活兩種確定的狀態才是。
這裡的關鍵詞是可以區分的死或活兩種狀態,可以是貓,也可以是任何其他客觀事物,推而廣之,微觀世界量子尺度的疊加態,能否直接引申到宏觀世界中,和客觀事物發生直接的作用,並且被觀測記錄到,這個才是薛定諤的貓實驗的本質。
簡單的表述——人們能否製作宏觀可區分的量子態!
霍金說過,誰要是跟我提薛定諤的貓,我就去拿槍!題主還想做個實驗,本貓的槍呢?
既然題主這麼好學,在我找到槍之前,我先說一段關於這隻物理世界最著名貓的前世今生吧。
薛定諤的貓的前世
量子力學的奠基人之一,本來是大名鼎鼎的愛因斯坦,1905年的光量子概念以及相對論一出,物理界自“兩朵烏雲”後的愁雲慘霧本來大有機會煙消雲散;斜刺裡卻殺出了以不確定(海森堡的不確定性原理)、大概吧(波恩的概率解釋)、都湊合(玻爾的“互補原理”)形成量子力學核心解釋。把科學的區域性以及絕對性打得粉碎。曾將宇宙萬物過去未來都算出精確結果的物理學界,突然連個電子的精確位置都算不下去了!簡直斯文掃地。
愛因斯坦和薛定諤實在看不下去,決定下場死磕。愛因斯坦擲出了上帝的骰子,而薛定諤則放出了這隻擾動科學界的貓。
愛因斯坦這茬我們略過,今天我們專注於薛定諤的貓。
薛定諤的貓長啥樣
這是個老話題了,先上圖:
我再給同學複習一次:現在有一個小盒子裝有放射性源,設其半衰期為一個小時,即一小時後有一半概率放射出一個粒子,根據量子力學疊加原理,一小時後空間將處於有一個粒子(記為|1⟩),和沒粒子(記為|0⟩)的疊加態|ψ⟩=12√(|0⟩+|1⟩)。盒子連接著一個機關,機關控制一個裝有致命毒氣的瓶子。
如果有粒子,盒子的機關會被打開,鐵錘將落下,打破裝有毒氣的瓶子,毒氣會將密封於籠子裡的貓毒死,如果小盒子未放出粒子,則一切如常,貓將活下來。那麼,一個小時後,這隻貓究竟是活的還是死的?
按照哥本哈根的量子態疊加原理解釋,在我們觀察之前,貓處於半死不活的疊加態;這便是困擾物理學界超過80年的魔獸—— “薛定諤的貓”。
插句題外話,薛定諤可不是動物學家,人家的薛定諤方程在物理界是排前十的偉大,就是他的死對頭量子派,也是給予極度認可的,照料上個圖,大家瞻仰瞻仰:
薛定諤的貓今生
此貓一入塵世之間,世人皆驚愕莫名!現實生活中,貓要麼死,要麼活,從來沒聽說過生死不明狀態的貓存在。其實,同學們不要被薛定諤迷住眼睛,貓不是重點,死和活兩種確定的狀態才是。
這裡的關鍵詞是可以區分的死或活兩種狀態,可以是貓,也可以是任何其他客觀事物,推而廣之,微觀世界量子尺度的疊加態,能否直接引申到宏觀世界中,和客觀事物發生直接的作用,並且被觀測記錄到,這個才是薛定諤的貓實驗的本質。
簡單的表述——人們能否製作宏觀可區分的量子態!
如何進行薛定諤的貓實驗?
回答這個問題,其實就是回答題主的疑問,如何製作一個宏觀可區分的量子態的實驗。
按照目前的科學技術發展水平,中國的大牛們還是有辦法的。
霍金說過,誰要是跟我提薛定諤的貓,我就去拿槍!題主還想做個實驗,本貓的槍呢?
既然題主這麼好學,在我找到槍之前,我先說一段關於這隻物理世界最著名貓的前世今生吧。
薛定諤的貓的前世
量子力學的奠基人之一,本來是大名鼎鼎的愛因斯坦,1905年的光量子概念以及相對論一出,物理界自“兩朵烏雲”後的愁雲慘霧本來大有機會煙消雲散;斜刺裡卻殺出了以不確定(海森堡的不確定性原理)、大概吧(波恩的概率解釋)、都湊合(玻爾的“互補原理”)形成量子力學核心解釋。把科學的區域性以及絕對性打得粉碎。曾將宇宙萬物過去未來都算出精確結果的物理學界,突然連個電子的精確位置都算不下去了!簡直斯文掃地。
愛因斯坦和薛定諤實在看不下去,決定下場死磕。愛因斯坦擲出了上帝的骰子,而薛定諤則放出了這隻擾動科學界的貓。
愛因斯坦這茬我們略過,今天我們專注於薛定諤的貓。
薛定諤的貓長啥樣
這是個老話題了,先上圖:
我再給同學複習一次:現在有一個小盒子裝有放射性源,設其半衰期為一個小時,即一小時後有一半概率放射出一個粒子,根據量子力學疊加原理,一小時後空間將處於有一個粒子(記為|1⟩),和沒粒子(記為|0⟩)的疊加態|ψ⟩=12√(|0⟩+|1⟩)。盒子連接著一個機關,機關控制一個裝有致命毒氣的瓶子。
如果有粒子,盒子的機關會被打開,鐵錘將落下,打破裝有毒氣的瓶子,毒氣會將密封於籠子裡的貓毒死,如果小盒子未放出粒子,則一切如常,貓將活下來。那麼,一個小時後,這隻貓究竟是活的還是死的?
按照哥本哈根的量子態疊加原理解釋,在我們觀察之前,貓處於半死不活的疊加態;這便是困擾物理學界超過80年的魔獸—— “薛定諤的貓”。
插句題外話,薛定諤可不是動物學家,人家的薛定諤方程在物理界是排前十的偉大,就是他的死對頭量子派,也是給予極度認可的,照料上個圖,大家瞻仰瞻仰:
薛定諤的貓今生
此貓一入塵世之間,世人皆驚愕莫名!現實生活中,貓要麼死,要麼活,從來沒聽說過生死不明狀態的貓存在。其實,同學們不要被薛定諤迷住眼睛,貓不是重點,死和活兩種確定的狀態才是。
這裡的關鍵詞是可以區分的死或活兩種狀態,可以是貓,也可以是任何其他客觀事物,推而廣之,微觀世界量子尺度的疊加態,能否直接引申到宏觀世界中,和客觀事物發生直接的作用,並且被觀測記錄到,這個才是薛定諤的貓實驗的本質。
簡單的表述——人們能否製作宏觀可區分的量子態!
如何進行薛定諤的貓實驗?
回答這個問題,其實就是回答題主的疑問,如何製作一個宏觀可區分的量子態的實驗。
按照目前的科學技術發展水平,中國的大牛們還是有辦法的。
根據郭光燦院士的說法,《量子光學》中的相干態|α⟩,是最接近於經典的量子態。理想的激光就是相干態,而且當其平均光子數很大時,相干態的量子效應便可忽略不計,可被視為經典電磁波。根據這個原理,採用相位差為π的兩個相干態的疊加可以作為模擬“薛定諤的貓”的方案。
這類方案已被實驗所驗證,最先是在原子尺度上製備出“薛定諤的貓”,其後在宏觀尺度上也取得了成功。
結語
霍金說過,誰要是跟我提薛定諤的貓,我就去拿槍!題主還想做個實驗,本貓的槍呢?
既然題主這麼好學,在我找到槍之前,我先說一段關於這隻物理世界最著名貓的前世今生吧。
薛定諤的貓的前世
量子力學的奠基人之一,本來是大名鼎鼎的愛因斯坦,1905年的光量子概念以及相對論一出,物理界自“兩朵烏雲”後的愁雲慘霧本來大有機會煙消雲散;斜刺裡卻殺出了以不確定(海森堡的不確定性原理)、大概吧(波恩的概率解釋)、都湊合(玻爾的“互補原理”)形成量子力學核心解釋。把科學的區域性以及絕對性打得粉碎。曾將宇宙萬物過去未來都算出精確結果的物理學界,突然連個電子的精確位置都算不下去了!簡直斯文掃地。
愛因斯坦和薛定諤實在看不下去,決定下場死磕。愛因斯坦擲出了上帝的骰子,而薛定諤則放出了這隻擾動科學界的貓。
愛因斯坦這茬我們略過,今天我們專注於薛定諤的貓。
薛定諤的貓長啥樣
這是個老話題了,先上圖:
我再給同學複習一次:現在有一個小盒子裝有放射性源,設其半衰期為一個小時,即一小時後有一半概率放射出一個粒子,根據量子力學疊加原理,一小時後空間將處於有一個粒子(記為|1⟩),和沒粒子(記為|0⟩)的疊加態|ψ⟩=12√(|0⟩+|1⟩)。盒子連接著一個機關,機關控制一個裝有致命毒氣的瓶子。
如果有粒子,盒子的機關會被打開,鐵錘將落下,打破裝有毒氣的瓶子,毒氣會將密封於籠子裡的貓毒死,如果小盒子未放出粒子,則一切如常,貓將活下來。那麼,一個小時後,這隻貓究竟是活的還是死的?
按照哥本哈根的量子態疊加原理解釋,在我們觀察之前,貓處於半死不活的疊加態;這便是困擾物理學界超過80年的魔獸—— “薛定諤的貓”。
插句題外話,薛定諤可不是動物學家,人家的薛定諤方程在物理界是排前十的偉大,就是他的死對頭量子派,也是給予極度認可的,照料上個圖,大家瞻仰瞻仰:
薛定諤的貓今生
此貓一入塵世之間,世人皆驚愕莫名!現實生活中,貓要麼死,要麼活,從來沒聽說過生死不明狀態的貓存在。其實,同學們不要被薛定諤迷住眼睛,貓不是重點,死和活兩種確定的狀態才是。
這裡的關鍵詞是可以區分的死或活兩種狀態,可以是貓,也可以是任何其他客觀事物,推而廣之,微觀世界量子尺度的疊加態,能否直接引申到宏觀世界中,和客觀事物發生直接的作用,並且被觀測記錄到,這個才是薛定諤的貓實驗的本質。
簡單的表述——人們能否製作宏觀可區分的量子態!
如何進行薛定諤的貓實驗?
回答這個問題,其實就是回答題主的疑問,如何製作一個宏觀可區分的量子態的實驗。
按照目前的科學技術發展水平,中國的大牛們還是有辦法的。
根據郭光燦院士的說法,《量子光學》中的相干態|α⟩,是最接近於經典的量子態。理想的激光就是相干態,而且當其平均光子數很大時,相干態的量子效應便可忽略不計,可被視為經典電磁波。根據這個原理,採用相位差為π的兩個相干態的疊加可以作為模擬“薛定諤的貓”的方案。
這類方案已被實驗所驗證,最先是在原子尺度上製備出“薛定諤的貓”,其後在宏觀尺度上也取得了成功。
結語
人造的薛定諤的貓,其實就是人造的量子系統,往深了說,這就是量子計算機原理的基礎。
如果在這方面,可以取得突破的話,未來世界,將會發生有一次重大的革命!
薛定諤的貓,原來你不是一隻恐怖的妖獸,而是人類通向無限運算能力的鑰匙啊。
我是貓先生,感謝閱讀。
我來個最通俗易懂的回答,看官一看便知。
薛定諤的貓,為什麼沒辦法做,最大的原因使不能觀測,一旦你打開盒子看了,那麼糾纏狀態會瞬間坍塌決定貓的生死。
要理解這半生不死的糾纏狀態,你要先理解什麼是雙縫實驗,有興趣的可以頭條搜一搜,有一部動畫講解特別容易懂。那麼接下來我來舉個例子說明為啥這實驗沒法做。
假設現在有一雙鞋,兩隻分別放在南北極。當我們去南極觀察,是左腳,那麼不用去北極也知道北極那隻一定是右腳。同理,我們去北極一看,左腳,那麼不用去南極也知道那邊一定是右腳。。那麼在我們還沒有觀察的時候,是不是不管是南極還是北極的鞋都有兩種狀態,不是左腳就是右腳,都是1/2的機率。這種狀態就叫疊加態,一旦我們觀測了,疊加態就會瞬間坍塌確定了兩邊的結果。
在薛定諤的貓中,貓與放射物的關係就相當於南北極的那雙鞋,貓的生死決定了放射物是否衰變,反之同理。那麼如果證明放射物處於疊加態,那麼這個貓就應該是在生與死之間徘徊的那隻半生不死的貓。
這個思想實驗本來就是薛定諤的經典物理學派提出來調侃哥本哈根學派的。大致意思就是“你們這群騙子,搞不出來就搞不出來,給我搞個這也不確定,那也不確定,還堂而皇之的給起個名字叫啥疊加態。行啊,你不是要我承認疊加態嘛,你給我去吧這貓找來,找的來我就承認。”其結果就是那隻不死不活的貓就像是像惡夢一樣讓物理學家們至今不得安寧。隨著量子物理學的發展,薛定諤的貓還延伸出了平行宇宙等物理問題和哲學爭議。
簡單來說一句話,薛定諤的貓,為什麼沒法實驗。因為它違反了人類的正常思維邏輯,在宏觀世界中是不可能發生的事,所以沒辦法實驗。
“薛定諤的貓”只是一個思想實驗,所謂思想實驗,其實大多都是做不到的實驗。
薛定諤的貓
薛定諤的貓其實是薛定諤用來反駁量子力學哥本哈根學派的一個思想實驗。他的目的並不是想要真的去做這麼一個實驗,也沒有辦法作者實驗。事實上,他想闡述的是一個悖論。
這個思想實驗大概的過程是這樣的,把一直貓管制啊一個封閉的鐵容器裡,然後裝備一個內置了極少量放射性物質的蓋革計數器,在一個小時內,放射性物質至少有一個原子會發生衰變的概率是50%。如果發生了衰變,蓋革計數管就會放電,通過繼電器啟動一個榔頭,這個榔頭會打破裝有氰化氫(劇毒)的燒瓶,這樣貓就會死亡。
把一隻貓關在一個封閉的鐵容器裡面,並且裝置以下儀器(注意必須確保這儀器不被容器中的貓直接干擾):在一臺蓋革計數器內置入極少量放射性物質,在一小時內,這個放射性物質至少有一個原子衰變的概率為50%,它沒有任何原子衰變的概率也同樣為50%;假若衰變事件發生了,則蓋革計數管會放電,通過繼電器啟動一個榔頭,榔頭會打破裝有氰化氫的燒瓶。經過一小時以後,假若沒有發生衰變事件,則貓仍舊存活;否則發生衰變,氰化氫就會揮發,導致貓隨即死亡。
“薛定諤的貓”只是一個思想實驗,所謂思想實驗,其實大多都是做不到的實驗。
薛定諤的貓
薛定諤的貓其實是薛定諤用來反駁量子力學哥本哈根學派的一個思想實驗。他的目的並不是想要真的去做這麼一個實驗,也沒有辦法作者實驗。事實上,他想闡述的是一個悖論。
這個思想實驗大概的過程是這樣的,把一直貓管制啊一個封閉的鐵容器裡,然後裝備一個內置了極少量放射性物質的蓋革計數器,在一個小時內,放射性物質至少有一個原子會發生衰變的概率是50%。如果發生了衰變,蓋革計數管就會放電,通過繼電器啟動一個榔頭,這個榔頭會打破裝有氰化氫(劇毒)的燒瓶,這樣貓就會死亡。
把一隻貓關在一個封閉的鐵容器裡面,並且裝置以下儀器(注意必須確保這儀器不被容器中的貓直接干擾):在一臺蓋革計數器內置入極少量放射性物質,在一小時內,這個放射性物質至少有一個原子衰變的概率為50%,它沒有任何原子衰變的概率也同樣為50%;假若衰變事件發生了,則蓋革計數管會放電,通過繼電器啟動一個榔頭,榔頭會打破裝有氰化氫的燒瓶。經過一小時以後,假若沒有發生衰變事件,則貓仍舊存活;否則發生衰變,氰化氫就會揮發,導致貓隨即死亡。
如果沒有發生衰變,則貓不會死亡。所以,貓會處於又活又死的疊加態。但宏觀物體並不存在這樣的狀態,所以就會引發悖論。
思想實驗的目的
通過這個思想實驗,薛定諤把量子力學的哥本哈根詮釋轉換成了宏觀物體之間問題,在這個思想是嚴厲,由於先前發生的隨機事件,導致貓會處於生存與死亡的疊加態。
用貓來作為實驗主體,也體現了薛定諤對於哥本哈根學派的諷刺。
量子力學的論戰
其實“薛定諤的貓”其實是20世紀量子力學大論戰的一個縮影。以波爾、海森堡為首的哥本哈根學派與愛因斯坦、薛定諤等人為首的反哥本哈根學派進行了非常激烈的論戰。其中量子糾纏的現象更是和愛因斯坦的相對論直接矛盾。
“薛定諤的貓”只是一個思想實驗,所謂思想實驗,其實大多都是做不到的實驗。
薛定諤的貓
薛定諤的貓其實是薛定諤用來反駁量子力學哥本哈根學派的一個思想實驗。他的目的並不是想要真的去做這麼一個實驗,也沒有辦法作者實驗。事實上,他想闡述的是一個悖論。
這個思想實驗大概的過程是這樣的,把一直貓管制啊一個封閉的鐵容器裡,然後裝備一個內置了極少量放射性物質的蓋革計數器,在一個小時內,放射性物質至少有一個原子會發生衰變的概率是50%。如果發生了衰變,蓋革計數管就會放電,通過繼電器啟動一個榔頭,這個榔頭會打破裝有氰化氫(劇毒)的燒瓶,這樣貓就會死亡。
把一隻貓關在一個封閉的鐵容器裡面,並且裝置以下儀器(注意必須確保這儀器不被容器中的貓直接干擾):在一臺蓋革計數器內置入極少量放射性物質,在一小時內,這個放射性物質至少有一個原子衰變的概率為50%,它沒有任何原子衰變的概率也同樣為50%;假若衰變事件發生了,則蓋革計數管會放電,通過繼電器啟動一個榔頭,榔頭會打破裝有氰化氫的燒瓶。經過一小時以後,假若沒有發生衰變事件,則貓仍舊存活;否則發生衰變,氰化氫就會揮發,導致貓隨即死亡。
如果沒有發生衰變,則貓不會死亡。所以,貓會處於又活又死的疊加態。但宏觀物體並不存在這樣的狀態,所以就會引發悖論。
思想實驗的目的
通過這個思想實驗,薛定諤把量子力學的哥本哈根詮釋轉換成了宏觀物體之間問題,在這個思想是嚴厲,由於先前發生的隨機事件,導致貓會處於生存與死亡的疊加態。
用貓來作為實驗主體,也體現了薛定諤對於哥本哈根學派的諷刺。
量子力學的論戰
其實“薛定諤的貓”其實是20世紀量子力學大論戰的一個縮影。以波爾、海森堡為首的哥本哈根學派與愛因斯坦、薛定諤等人為首的反哥本哈根學派進行了非常激烈的論戰。其中量子糾纏的現象更是和愛因斯坦的相對論直接矛盾。
而這場論戰其實主要焦點就在於波函數到底是連續的還是非連續的,原子的世界是確定性的還是不確定性的。
“薛定諤的貓”只是一個思想實驗,所謂思想實驗,其實大多都是做不到的實驗。
薛定諤的貓
薛定諤的貓其實是薛定諤用來反駁量子力學哥本哈根學派的一個思想實驗。他的目的並不是想要真的去做這麼一個實驗,也沒有辦法作者實驗。事實上,他想闡述的是一個悖論。
這個思想實驗大概的過程是這樣的,把一直貓管制啊一個封閉的鐵容器裡,然後裝備一個內置了極少量放射性物質的蓋革計數器,在一個小時內,放射性物質至少有一個原子會發生衰變的概率是50%。如果發生了衰變,蓋革計數管就會放電,通過繼電器啟動一個榔頭,這個榔頭會打破裝有氰化氫(劇毒)的燒瓶,這樣貓就會死亡。
把一隻貓關在一個封閉的鐵容器裡面,並且裝置以下儀器(注意必須確保這儀器不被容器中的貓直接干擾):在一臺蓋革計數器內置入極少量放射性物質,在一小時內,這個放射性物質至少有一個原子衰變的概率為50%,它沒有任何原子衰變的概率也同樣為50%;假若衰變事件發生了,則蓋革計數管會放電,通過繼電器啟動一個榔頭,榔頭會打破裝有氰化氫的燒瓶。經過一小時以後,假若沒有發生衰變事件,則貓仍舊存活;否則發生衰變,氰化氫就會揮發,導致貓隨即死亡。
如果沒有發生衰變,則貓不會死亡。所以,貓會處於又活又死的疊加態。但宏觀物體並不存在這樣的狀態,所以就會引發悖論。
思想實驗的目的
通過這個思想實驗,薛定諤把量子力學的哥本哈根詮釋轉換成了宏觀物體之間問題,在這個思想是嚴厲,由於先前發生的隨機事件,導致貓會處於生存與死亡的疊加態。
用貓來作為實驗主體,也體現了薛定諤對於哥本哈根學派的諷刺。
量子力學的論戰
其實“薛定諤的貓”其實是20世紀量子力學大論戰的一個縮影。以波爾、海森堡為首的哥本哈根學派與愛因斯坦、薛定諤等人為首的反哥本哈根學派進行了非常激烈的論戰。其中量子糾纏的現象更是和愛因斯坦的相對論直接矛盾。
而這場論戰其實主要焦點就在於波函數到底是連續的還是非連續的,原子的世界是確定性的還是不確定性的。
而為了解釋“薛定諤的貓”,除了哥本哈根學派的理論之外,還有我們經常聊到的平行世界假說。
“薛定諤的貓”只是一個思想實驗,所謂思想實驗,其實大多都是做不到的實驗。
薛定諤的貓
薛定諤的貓其實是薛定諤用來反駁量子力學哥本哈根學派的一個思想實驗。他的目的並不是想要真的去做這麼一個實驗,也沒有辦法作者實驗。事實上,他想闡述的是一個悖論。
這個思想實驗大概的過程是這樣的,把一直貓管制啊一個封閉的鐵容器裡,然後裝備一個內置了極少量放射性物質的蓋革計數器,在一個小時內,放射性物質至少有一個原子會發生衰變的概率是50%。如果發生了衰變,蓋革計數管就會放電,通過繼電器啟動一個榔頭,這個榔頭會打破裝有氰化氫(劇毒)的燒瓶,這樣貓就會死亡。
把一隻貓關在一個封閉的鐵容器裡面,並且裝置以下儀器(注意必須確保這儀器不被容器中的貓直接干擾):在一臺蓋革計數器內置入極少量放射性物質,在一小時內,這個放射性物質至少有一個原子衰變的概率為50%,它沒有任何原子衰變的概率也同樣為50%;假若衰變事件發生了,則蓋革計數管會放電,通過繼電器啟動一個榔頭,榔頭會打破裝有氰化氫的燒瓶。經過一小時以後,假若沒有發生衰變事件,則貓仍舊存活;否則發生衰變,氰化氫就會揮發,導致貓隨即死亡。
如果沒有發生衰變,則貓不會死亡。所以,貓會處於又活又死的疊加態。但宏觀物體並不存在這樣的狀態,所以就會引發悖論。
思想實驗的目的
通過這個思想實驗,薛定諤把量子力學的哥本哈根詮釋轉換成了宏觀物體之間問題,在這個思想是嚴厲,由於先前發生的隨機事件,導致貓會處於生存與死亡的疊加態。
用貓來作為實驗主體,也體現了薛定諤對於哥本哈根學派的諷刺。
量子力學的論戰
其實“薛定諤的貓”其實是20世紀量子力學大論戰的一個縮影。以波爾、海森堡為首的哥本哈根學派與愛因斯坦、薛定諤等人為首的反哥本哈根學派進行了非常激烈的論戰。其中量子糾纏的現象更是和愛因斯坦的相對論直接矛盾。
而這場論戰其實主要焦點就在於波函數到底是連續的還是非連續的,原子的世界是確定性的還是不確定性的。
而為了解釋“薛定諤的貓”,除了哥本哈根學派的理論之外,還有我們經常聊到的平行世界假說。
熟悉科學的小夥伴肯定會記得“薛定諤的貓”這個量子力學中的思想實驗,並且由於《生活大爆炸》系列帶有科學元素的臺詞,薛定諤的貓已然已成為了一種流行現象。
拋開其他因素單單從科學角度審視薛定諤的貓的話就會發現它其實“有點賴皮”,歷史上薛定諤的貓來自於量子力學先驅之一的薛定諤,不過愛因斯坦也起到了一些作用,愛因斯坦和薛定諤在當時是反對玻爾等人的量子力學觀點的,為了“刁難”對手薛定諤和愛因斯坦便想出來讓微觀量子變化影響宏觀實驗的“薛定諤的貓”
熟悉科學的小夥伴肯定會記得“薛定諤的貓”這個量子力學中的思想實驗,並且由於《生活大爆炸》系列帶有科學元素的臺詞,薛定諤的貓已然已成為了一種流行現象。
拋開其他因素單單從科學角度審視薛定諤的貓的話就會發現它其實“有點賴皮”,歷史上薛定諤的貓來自於量子力學先驅之一的薛定諤,不過愛因斯坦也起到了一些作用,愛因斯坦和薛定諤在當時是反對玻爾等人的量子力學觀點的,為了“刁難”對手薛定諤和愛因斯坦便想出來讓微觀量子變化影響宏觀實驗的“薛定諤的貓”
薛定諤的貓是一個徹頭徹尾的思想實驗,也就是說它無法在現實中真正實現,因為量子變化是影響不了宏觀世界的,就好比一個人穿牆一樣,從量子力學的角度來看他是可以穿過去的,不過幾率小到忽略不計。
在薛定諤的貓思想實驗中,關鍵就在於人的觀察導致波函數坍塌進而觸發毒藥毒死貓,而根據玻爾等人的理論,在打開盒子之前裡面的貓是既死又活的疊加狀態,愛因斯坦和薛定諤就是想用這種“既死又活的疊加態”來諷刺玻爾以及他們的主張。
熟悉科學的小夥伴肯定會記得“薛定諤的貓”這個量子力學中的思想實驗,並且由於《生活大爆炸》系列帶有科學元素的臺詞,薛定諤的貓已然已成為了一種流行現象。
拋開其他因素單單從科學角度審視薛定諤的貓的話就會發現它其實“有點賴皮”,歷史上薛定諤的貓來自於量子力學先驅之一的薛定諤,不過愛因斯坦也起到了一些作用,愛因斯坦和薛定諤在當時是反對玻爾等人的量子力學觀點的,為了“刁難”對手薛定諤和愛因斯坦便想出來讓微觀量子變化影響宏觀實驗的“薛定諤的貓”
薛定諤的貓是一個徹頭徹尾的思想實驗,也就是說它無法在現實中真正實現,因為量子變化是影響不了宏觀世界的,就好比一個人穿牆一樣,從量子力學的角度來看他是可以穿過去的,不過幾率小到忽略不計。
在薛定諤的貓思想實驗中,關鍵就在於人的觀察導致波函數坍塌進而觸發毒藥毒死貓,而根據玻爾等人的理論,在打開盒子之前裡面的貓是既死又活的疊加狀態,愛因斯坦和薛定諤就是想用這種“既死又活的疊加態”來諷刺玻爾以及他們的主張。
然而儘管薛定諤的貓看起來光怪陸離,但量子力學的真實情況確實是存在疊加態的,愛因斯坦和玻爾等人的持續大半生的論戰反而促進了量子力學成熟。
不是技術問題,是根本不可能,提出這種問題是對“薛定諤的貓”這個實驗的誤解。
薛定諤的貓,說白了只是一個思想實驗,最初只是薛定諤用來封閉波爾關注微觀世界不確定性進行的假想實驗!
簡單描述下薛定諤的貓這個思想實驗。一隻貓,一個箱子,一個毒氣瓶,還有一個放射性物質。理論上,放射性物質衰變的機率為50%,也就是說要麼衰變要麼不衰變,衰變後會觸發毒氣瓶開關打開毒氣瓶,貓就會死亡!
所以,理論上分析,我們不知道貓是死還是活的,也可以認為貓處於死和活的疊加態,既死又活!
有人可能會說,打開箱子看一下不就行了嗎?這個誰都能想到,可問題就在這裡,一旦打開箱子去觀看,貓就從既死又活的疊加態變成要麼死要麼活的“本徵態”,用量子力學術語說就是貓的“波函數坍縮”了!
所以,無論如何我們不能去驗證薛定諤的貓這個思想實驗。雖然我們無法用實驗去驗證,但在微觀領域,科學家們通過對電子,光子的研究發現,量子疊加態確實存在,它是量子力學的一大特點,而且量子疊加態本身就在生命歷程中也存在著!
既然微觀世界有量子疊加態,而宏觀世界又是有微觀組成的,是不是意味著我們的宏觀世界也有這種疊加態?
理論分析,確實有,只不過非常非常不明顯,完全可以忽略不計!
這個實驗不是真要用貓好不啦!量子態的東西很玄妙的,任何物質都是同樣的意義。不必選活物,更何況憑貓的敏感和神經質,主觀性上打翻毒藥的可能性會高於很多種別的生生物,換句話說,它膽小而手欠。
這個實驗隨時都能驗證,比如你現在這一刻沒去問候你的一個朋友,他現在是死是活就很不好說,你打電話了,他接了,就等於觀測了,那麼結果只有一種,就是坍縮成一種可能了。
也可以說任何物體和事物,對它每一次主觀的揭示都是一次實驗,而且量子態是個很玄幻的東西。比如劉慈欣就在他的作品《球狀閃電》裡提出了,智慧生物可以通過自我觀測的方式較長時間的去維持自己的量子態。那麼這樣一來,薛定諤的貓這種實驗還是應該一分為二來看的,具有智慧的生物和“死物”在量子態的顯現機率上不一定是一枚硬幣的正反面,存在一半一半的利率,意識是會對物質產生一定程度的影響的。
當然這不代表我不是個唯物論的人,只是我還有點傾向於相信意識本身也是一種物質,雖然不知道求證的難度到底有多大。
所以說傳統文化中說化為鬼的都是有怨念的,真有一點道理,他可能一直在強調自己本身的存在,就有可能實現量子態的持續存在。
就說你們幹嘛要為難一隻啥也不懂的小貓咪?!
薛定諤,我恨你。
一點點淺薄的想法,別較真哈。
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
圖示:薛定諤的貓,按照波爾為首的哥本哈根學派來說,它必然行走在奇妙的生死疊加態之中,而這顯然是個悖論,如何解決這個悖論,成為量子物理學後來發展的一個哲學難題。
在哥本哈根學派的哲學觀念中,在量子世界裡,只有被觀察/觀測之後,物質才真實存在,在未進行觀察之前,它們並不真實存在,這裡的真實是指經典物理學中那種真實,嚴格說就是在未被觀測之前,物質以概率波的形式存在,只有在進行觀察之後,概率波才會發生塌縮,塌縮成一個經典物理學上的實體。將這樣的觀念延伸出來,就會得到薛定諤的貓悖論(悖論就是在觀察之前,貓是處於生死疊加態嗎?),還會得到另一個在大眾中不太著名的另一個悖論:
當我們不看(看就是一種觀測)月亮時,月亮還存在嗎?
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
圖示:薛定諤的貓,按照波爾為首的哥本哈根學派來說,它必然行走在奇妙的生死疊加態之中,而這顯然是個悖論,如何解決這個悖論,成為量子物理學後來發展的一個哲學難題。
在哥本哈根學派的哲學觀念中,在量子世界裡,只有被觀察/觀測之後,物質才真實存在,在未進行觀察之前,它們並不真實存在,這裡的真實是指經典物理學中那種真實,嚴格說就是在未被觀測之前,物質以概率波的形式存在,只有在進行觀察之後,概率波才會發生塌縮,塌縮成一個經典物理學上的實體。將這樣的觀念延伸出來,就會得到薛定諤的貓悖論(悖論就是在觀察之前,貓是處於生死疊加態嗎?),還會得到另一個在大眾中不太著名的另一個悖論:
當我們不看(看就是一種觀測)月亮時,月亮還存在嗎?
圖示:當我們不看月亮時,月亮也會變成一個隨機彌散在時空中的概率波嗎?只有當我們觀察它時,它才會塌縮成一個經典物理學上的實在的月亮呢?
而這裡的核心問題是,只有人類的看或測量才是觀察嗎?
在哥本哈根學派的初期解釋中,以波爾為代表的量子物理學家就是這麼理解的,包括現在許多物理學家或物理學愛好者也這麼理解這個問題,但在人類誕生之前呢?整個宇宙都是一團瀰漫的概率波嗎?現在,量子物理學家們這樣解釋貓處於即生又死的悖論問題,那就是物質和物質之間只要發生了相互作用,那麼概率波就會塌縮成一個經典物理學中的實在,並不需要一個具有主觀意識的外部觀察者,貓自己就是一個觀察者,整個薛定諤貓實驗的裝置本身就可以自己觀察自己,並不需要有一個人來打開箱子觀察貓是死是活。當然,這樣的解釋未必能說服所有人。
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
圖示:薛定諤的貓,按照波爾為首的哥本哈根學派來說,它必然行走在奇妙的生死疊加態之中,而這顯然是個悖論,如何解決這個悖論,成為量子物理學後來發展的一個哲學難題。
在哥本哈根學派的哲學觀念中,在量子世界裡,只有被觀察/觀測之後,物質才真實存在,在未進行觀察之前,它們並不真實存在,這裡的真實是指經典物理學中那種真實,嚴格說就是在未被觀測之前,物質以概率波的形式存在,只有在進行觀察之後,概率波才會發生塌縮,塌縮成一個經典物理學上的實體。將這樣的觀念延伸出來,就會得到薛定諤的貓悖論(悖論就是在觀察之前,貓是處於生死疊加態嗎?),還會得到另一個在大眾中不太著名的另一個悖論:
當我們不看(看就是一種觀測)月亮時,月亮還存在嗎?
圖示:當我們不看月亮時,月亮也會變成一個隨機彌散在時空中的概率波嗎?只有當我們觀察它時,它才會塌縮成一個經典物理學上的實在的月亮呢?
而這裡的核心問題是,只有人類的看或測量才是觀察嗎?
在哥本哈根學派的初期解釋中,以波爾為代表的量子物理學家就是這麼理解的,包括現在許多物理學家或物理學愛好者也這麼理解這個問題,但在人類誕生之前呢?整個宇宙都是一團瀰漫的概率波嗎?現在,量子物理學家們這樣解釋貓處於即生又死的悖論問題,那就是物質和物質之間只要發生了相互作用,那麼概率波就會塌縮成一個經典物理學中的實在,並不需要一個具有主觀意識的外部觀察者,貓自己就是一個觀察者,整個薛定諤貓實驗的裝置本身就可以自己觀察自己,並不需要有一個人來打開箱子觀察貓是死是活。當然,這樣的解釋未必能說服所有人。
圖示:不管是否打開箱子看,貓都不會真的處於生和死的疊加態之中,結果是明確的。只要你拋棄必須由一個擁有主觀意識的人去看才算進行了觀察或觀測這樣的哲學觀念就行。
更有興趣的網友們,可以繼續往下看。
真相只有一個?
在凶殺案中,只要一個人能夠提供自己不在犯罪現場的客觀證據,那麼至少被害者就不會是這個人親手殺死的,至於是否僱凶殺人,那是另一回事。在現實世界中,你不能同時即在A地又在B地。
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
圖示:薛定諤的貓,按照波爾為首的哥本哈根學派來說,它必然行走在奇妙的生死疊加態之中,而這顯然是個悖論,如何解決這個悖論,成為量子物理學後來發展的一個哲學難題。
在哥本哈根學派的哲學觀念中,在量子世界裡,只有被觀察/觀測之後,物質才真實存在,在未進行觀察之前,它們並不真實存在,這裡的真實是指經典物理學中那種真實,嚴格說就是在未被觀測之前,物質以概率波的形式存在,只有在進行觀察之後,概率波才會發生塌縮,塌縮成一個經典物理學上的實體。將這樣的觀念延伸出來,就會得到薛定諤的貓悖論(悖論就是在觀察之前,貓是處於生死疊加態嗎?),還會得到另一個在大眾中不太著名的另一個悖論:
當我們不看(看就是一種觀測)月亮時,月亮還存在嗎?
圖示:當我們不看月亮時,月亮也會變成一個隨機彌散在時空中的概率波嗎?只有當我們觀察它時,它才會塌縮成一個經典物理學上的實在的月亮呢?
而這裡的核心問題是,只有人類的看或測量才是觀察嗎?
在哥本哈根學派的初期解釋中,以波爾為代表的量子物理學家就是這麼理解的,包括現在許多物理學家或物理學愛好者也這麼理解這個問題,但在人類誕生之前呢?整個宇宙都是一團瀰漫的概率波嗎?現在,量子物理學家們這樣解釋貓處於即生又死的悖論問題,那就是物質和物質之間只要發生了相互作用,那麼概率波就會塌縮成一個經典物理學中的實在,並不需要一個具有主觀意識的外部觀察者,貓自己就是一個觀察者,整個薛定諤貓實驗的裝置本身就可以自己觀察自己,並不需要有一個人來打開箱子觀察貓是死是活。當然,這樣的解釋未必能說服所有人。
圖示:不管是否打開箱子看,貓都不會真的處於生和死的疊加態之中,結果是明確的。只要你拋棄必須由一個擁有主觀意識的人去看才算進行了觀察或觀測這樣的哲學觀念就行。
更有興趣的網友們,可以繼續往下看。
真相只有一個?
在凶殺案中,只要一個人能夠提供自己不在犯罪現場的客觀證據,那麼至少被害者就不會是這個人親手殺死的,至於是否僱凶殺人,那是另一回事。在現實世界中,你不能同時即在A地又在B地。
圖示:在量子世界裡真相不止一個,而可能是無限多個。
但這樣的經驗和直覺在量子世界中被打破了,單電子雙縫實驗,似乎就在說電子同時穿過了兩條狹縫,它就是同時處於兩個位置。通過巧妙的實驗設計,可以讓一個系統逐個釋放電子,讓這些電子通過兩條緊挨著的狹縫,最終電子會在屏幕上形成特殊的干涉圖案,對此的唯一解釋只能是,每個電子都同時地穿過了兩條狹縫。
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
圖示:薛定諤的貓,按照波爾為首的哥本哈根學派來說,它必然行走在奇妙的生死疊加態之中,而這顯然是個悖論,如何解決這個悖論,成為量子物理學後來發展的一個哲學難題。
在哥本哈根學派的哲學觀念中,在量子世界裡,只有被觀察/觀測之後,物質才真實存在,在未進行觀察之前,它們並不真實存在,這裡的真實是指經典物理學中那種真實,嚴格說就是在未被觀測之前,物質以概率波的形式存在,只有在進行觀察之後,概率波才會發生塌縮,塌縮成一個經典物理學上的實體。將這樣的觀念延伸出來,就會得到薛定諤的貓悖論(悖論就是在觀察之前,貓是處於生死疊加態嗎?),還會得到另一個在大眾中不太著名的另一個悖論:
當我們不看(看就是一種觀測)月亮時,月亮還存在嗎?
圖示:當我們不看月亮時,月亮也會變成一個隨機彌散在時空中的概率波嗎?只有當我們觀察它時,它才會塌縮成一個經典物理學上的實在的月亮呢?
而這裡的核心問題是,只有人類的看或測量才是觀察嗎?
在哥本哈根學派的初期解釋中,以波爾為代表的量子物理學家就是這麼理解的,包括現在許多物理學家或物理學愛好者也這麼理解這個問題,但在人類誕生之前呢?整個宇宙都是一團瀰漫的概率波嗎?現在,量子物理學家們這樣解釋貓處於即生又死的悖論問題,那就是物質和物質之間只要發生了相互作用,那麼概率波就會塌縮成一個經典物理學中的實在,並不需要一個具有主觀意識的外部觀察者,貓自己就是一個觀察者,整個薛定諤貓實驗的裝置本身就可以自己觀察自己,並不需要有一個人來打開箱子觀察貓是死是活。當然,這樣的解釋未必能說服所有人。
圖示:不管是否打開箱子看,貓都不會真的處於生和死的疊加態之中,結果是明確的。只要你拋棄必須由一個擁有主觀意識的人去看才算進行了觀察或觀測這樣的哲學觀念就行。
更有興趣的網友們,可以繼續往下看。
真相只有一個?
在凶殺案中,只要一個人能夠提供自己不在犯罪現場的客觀證據,那麼至少被害者就不會是這個人親手殺死的,至於是否僱凶殺人,那是另一回事。在現實世界中,你不能同時即在A地又在B地。
圖示:在量子世界裡真相不止一個,而可能是無限多個。
但這樣的經驗和直覺在量子世界中被打破了,單電子雙縫實驗,似乎就在說電子同時穿過了兩條狹縫,它就是同時處於兩個位置。通過巧妙的實驗設計,可以讓一個系統逐個釋放電子,讓這些電子通過兩條緊挨著的狹縫,最終電子會在屏幕上形成特殊的干涉圖案,對此的唯一解釋只能是,每個電子都同時地穿過了兩條狹縫。
圖示:一個接一個的釋放電子得到的圖案,和一次性的釋放大量電子得到的圖案是一樣的。
在一次性的釋放大量電子或光子中得到的干涉樣圖案,是用愛因斯坦提出的波粒二象性來解釋的,光子即是粒子又是波,它們彼此間發生波峰波谷的干涉,於是出現規律的明暗條紋。但是單光子或單電子實驗得到同樣的實驗結果,就讓人不知所措了。
爸爸在哪兒,喔不,是電子在哪兒?真相不止一個
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
圖示:薛定諤的貓,按照波爾為首的哥本哈根學派來說,它必然行走在奇妙的生死疊加態之中,而這顯然是個悖論,如何解決這個悖論,成為量子物理學後來發展的一個哲學難題。
在哥本哈根學派的哲學觀念中,在量子世界裡,只有被觀察/觀測之後,物質才真實存在,在未進行觀察之前,它們並不真實存在,這裡的真實是指經典物理學中那種真實,嚴格說就是在未被觀測之前,物質以概率波的形式存在,只有在進行觀察之後,概率波才會發生塌縮,塌縮成一個經典物理學上的實體。將這樣的觀念延伸出來,就會得到薛定諤的貓悖論(悖論就是在觀察之前,貓是處於生死疊加態嗎?),還會得到另一個在大眾中不太著名的另一個悖論:
當我們不看(看就是一種觀測)月亮時,月亮還存在嗎?
圖示:當我們不看月亮時,月亮也會變成一個隨機彌散在時空中的概率波嗎?只有當我們觀察它時,它才會塌縮成一個經典物理學上的實在的月亮呢?
而這裡的核心問題是,只有人類的看或測量才是觀察嗎?
在哥本哈根學派的初期解釋中,以波爾為代表的量子物理學家就是這麼理解的,包括現在許多物理學家或物理學愛好者也這麼理解這個問題,但在人類誕生之前呢?整個宇宙都是一團瀰漫的概率波嗎?現在,量子物理學家們這樣解釋貓處於即生又死的悖論問題,那就是物質和物質之間只要發生了相互作用,那麼概率波就會塌縮成一個經典物理學中的實在,並不需要一個具有主觀意識的外部觀察者,貓自己就是一個觀察者,整個薛定諤貓實驗的裝置本身就可以自己觀察自己,並不需要有一個人來打開箱子觀察貓是死是活。當然,這樣的解釋未必能說服所有人。
圖示:不管是否打開箱子看,貓都不會真的處於生和死的疊加態之中,結果是明確的。只要你拋棄必須由一個擁有主觀意識的人去看才算進行了觀察或觀測這樣的哲學觀念就行。
更有興趣的網友們,可以繼續往下看。
真相只有一個?
在凶殺案中,只要一個人能夠提供自己不在犯罪現場的客觀證據,那麼至少被害者就不會是這個人親手殺死的,至於是否僱凶殺人,那是另一回事。在現實世界中,你不能同時即在A地又在B地。
圖示:在量子世界裡真相不止一個,而可能是無限多個。
但這樣的經驗和直覺在量子世界中被打破了,單電子雙縫實驗,似乎就在說電子同時穿過了兩條狹縫,它就是同時處於兩個位置。通過巧妙的實驗設計,可以讓一個系統逐個釋放電子,讓這些電子通過兩條緊挨著的狹縫,最終電子會在屏幕上形成特殊的干涉圖案,對此的唯一解釋只能是,每個電子都同時地穿過了兩條狹縫。
圖示:一個接一個的釋放電子得到的圖案,和一次性的釋放大量電子得到的圖案是一樣的。
在一次性的釋放大量電子或光子中得到的干涉樣圖案,是用愛因斯坦提出的波粒二象性來解釋的,光子即是粒子又是波,它們彼此間發生波峰波谷的干涉,於是出現規律的明暗條紋。但是單光子或單電子實驗得到同樣的實驗結果,就讓人不知所措了。
爸爸在哪兒,喔不,是電子在哪兒?真相不止一個
讓我們回顧一下原子的構成:原子核和電子,電子繞著原子核旋轉,就像行星繞著其恆星運動一樣。而且電子分層排布,低能電子靠近原子核,高能電子遠離原子核。
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
圖示:薛定諤的貓,按照波爾為首的哥本哈根學派來說,它必然行走在奇妙的生死疊加態之中,而這顯然是個悖論,如何解決這個悖論,成為量子物理學後來發展的一個哲學難題。
在哥本哈根學派的哲學觀念中,在量子世界裡,只有被觀察/觀測之後,物質才真實存在,在未進行觀察之前,它們並不真實存在,這裡的真實是指經典物理學中那種真實,嚴格說就是在未被觀測之前,物質以概率波的形式存在,只有在進行觀察之後,概率波才會發生塌縮,塌縮成一個經典物理學上的實體。將這樣的觀念延伸出來,就會得到薛定諤的貓悖論(悖論就是在觀察之前,貓是處於生死疊加態嗎?),還會得到另一個在大眾中不太著名的另一個悖論:
當我們不看(看就是一種觀測)月亮時,月亮還存在嗎?
圖示:當我們不看月亮時,月亮也會變成一個隨機彌散在時空中的概率波嗎?只有當我們觀察它時,它才會塌縮成一個經典物理學上的實在的月亮呢?
而這裡的核心問題是,只有人類的看或測量才是觀察嗎?
在哥本哈根學派的初期解釋中,以波爾為代表的量子物理學家就是這麼理解的,包括現在許多物理學家或物理學愛好者也這麼理解這個問題,但在人類誕生之前呢?整個宇宙都是一團瀰漫的概率波嗎?現在,量子物理學家們這樣解釋貓處於即生又死的悖論問題,那就是物質和物質之間只要發生了相互作用,那麼概率波就會塌縮成一個經典物理學中的實在,並不需要一個具有主觀意識的外部觀察者,貓自己就是一個觀察者,整個薛定諤貓實驗的裝置本身就可以自己觀察自己,並不需要有一個人來打開箱子觀察貓是死是活。當然,這樣的解釋未必能說服所有人。
圖示:不管是否打開箱子看,貓都不會真的處於生和死的疊加態之中,結果是明確的。只要你拋棄必須由一個擁有主觀意識的人去看才算進行了觀察或觀測這樣的哲學觀念就行。
更有興趣的網友們,可以繼續往下看。
真相只有一個?
在凶殺案中,只要一個人能夠提供自己不在犯罪現場的客觀證據,那麼至少被害者就不會是這個人親手殺死的,至於是否僱凶殺人,那是另一回事。在現實世界中,你不能同時即在A地又在B地。
圖示:在量子世界裡真相不止一個,而可能是無限多個。
但這樣的經驗和直覺在量子世界中被打破了,單電子雙縫實驗,似乎就在說電子同時穿過了兩條狹縫,它就是同時處於兩個位置。通過巧妙的實驗設計,可以讓一個系統逐個釋放電子,讓這些電子通過兩條緊挨著的狹縫,最終電子會在屏幕上形成特殊的干涉圖案,對此的唯一解釋只能是,每個電子都同時地穿過了兩條狹縫。
圖示:一個接一個的釋放電子得到的圖案,和一次性的釋放大量電子得到的圖案是一樣的。
在一次性的釋放大量電子或光子中得到的干涉樣圖案,是用愛因斯坦提出的波粒二象性來解釋的,光子即是粒子又是波,它們彼此間發生波峰波谷的干涉,於是出現規律的明暗條紋。但是單光子或單電子實驗得到同樣的實驗結果,就讓人不知所措了。
爸爸在哪兒,喔不,是電子在哪兒?真相不止一個
讓我們回顧一下原子的構成:原子核和電子,電子繞著原子核旋轉,就像行星繞著其恆星運動一樣。而且電子分層排布,低能電子靠近原子核,高能電子遠離原子核。
圖示:經典物理學視角下的電子和原子核關係。
當低能量電子吸收一個光子後,會發生軌道跳躍,從內層軌道跳躍到外層軌道,而當它從外層軌道躍遷回到內層軌道時,就會釋放一個光子。
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
圖示:薛定諤的貓,按照波爾為首的哥本哈根學派來說,它必然行走在奇妙的生死疊加態之中,而這顯然是個悖論,如何解決這個悖論,成為量子物理學後來發展的一個哲學難題。
在哥本哈根學派的哲學觀念中,在量子世界裡,只有被觀察/觀測之後,物質才真實存在,在未進行觀察之前,它們並不真實存在,這裡的真實是指經典物理學中那種真實,嚴格說就是在未被觀測之前,物質以概率波的形式存在,只有在進行觀察之後,概率波才會發生塌縮,塌縮成一個經典物理學上的實體。將這樣的觀念延伸出來,就會得到薛定諤的貓悖論(悖論就是在觀察之前,貓是處於生死疊加態嗎?),還會得到另一個在大眾中不太著名的另一個悖論:
當我們不看(看就是一種觀測)月亮時,月亮還存在嗎?
圖示:當我們不看月亮時,月亮也會變成一個隨機彌散在時空中的概率波嗎?只有當我們觀察它時,它才會塌縮成一個經典物理學上的實在的月亮呢?
而這裡的核心問題是,只有人類的看或測量才是觀察嗎?
在哥本哈根學派的初期解釋中,以波爾為代表的量子物理學家就是這麼理解的,包括現在許多物理學家或物理學愛好者也這麼理解這個問題,但在人類誕生之前呢?整個宇宙都是一團瀰漫的概率波嗎?現在,量子物理學家們這樣解釋貓處於即生又死的悖論問題,那就是物質和物質之間只要發生了相互作用,那麼概率波就會塌縮成一個經典物理學中的實在,並不需要一個具有主觀意識的外部觀察者,貓自己就是一個觀察者,整個薛定諤貓實驗的裝置本身就可以自己觀察自己,並不需要有一個人來打開箱子觀察貓是死是活。當然,這樣的解釋未必能說服所有人。
圖示:不管是否打開箱子看,貓都不會真的處於生和死的疊加態之中,結果是明確的。只要你拋棄必須由一個擁有主觀意識的人去看才算進行了觀察或觀測這樣的哲學觀念就行。
更有興趣的網友們,可以繼續往下看。
真相只有一個?
在凶殺案中,只要一個人能夠提供自己不在犯罪現場的客觀證據,那麼至少被害者就不會是這個人親手殺死的,至於是否僱凶殺人,那是另一回事。在現實世界中,你不能同時即在A地又在B地。
圖示:在量子世界裡真相不止一個,而可能是無限多個。
但這樣的經驗和直覺在量子世界中被打破了,單電子雙縫實驗,似乎就在說電子同時穿過了兩條狹縫,它就是同時處於兩個位置。通過巧妙的實驗設計,可以讓一個系統逐個釋放電子,讓這些電子通過兩條緊挨著的狹縫,最終電子會在屏幕上形成特殊的干涉圖案,對此的唯一解釋只能是,每個電子都同時地穿過了兩條狹縫。
圖示:一個接一個的釋放電子得到的圖案,和一次性的釋放大量電子得到的圖案是一樣的。
在一次性的釋放大量電子或光子中得到的干涉樣圖案,是用愛因斯坦提出的波粒二象性來解釋的,光子即是粒子又是波,它們彼此間發生波峰波谷的干涉,於是出現規律的明暗條紋。但是單光子或單電子實驗得到同樣的實驗結果,就讓人不知所措了。
爸爸在哪兒,喔不,是電子在哪兒?真相不止一個
讓我們回顧一下原子的構成:原子核和電子,電子繞著原子核旋轉,就像行星繞著其恆星運動一樣。而且電子分層排布,低能電子靠近原子核,高能電子遠離原子核。
圖示:經典物理學視角下的電子和原子核關係。
當低能量電子吸收一個光子後,會發生軌道跳躍,從內層軌道跳躍到外層軌道,而當它從外層軌道躍遷回到內層軌道時,就會釋放一個光子。
圖示:電子和光子,電子的躍遷。
高能量光子(X射線,伽馬射線)傷害人體的原理也和電子的躍遷有關,如果光子能量足夠高,這個電子吸收光子能量後,甚至就能直接逃脫原子核的吸引,原子或分子就變成了少了電子的正離子,這個過程被稱為電離,能引發電離的輻射,就是醫院X光檢查、CT檢查室外面那個嚇人的標誌,電離輻射危險標誌。
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
圖示:薛定諤的貓,按照波爾為首的哥本哈根學派來說,它必然行走在奇妙的生死疊加態之中,而這顯然是個悖論,如何解決這個悖論,成為量子物理學後來發展的一個哲學難題。
在哥本哈根學派的哲學觀念中,在量子世界裡,只有被觀察/觀測之後,物質才真實存在,在未進行觀察之前,它們並不真實存在,這裡的真實是指經典物理學中那種真實,嚴格說就是在未被觀測之前,物質以概率波的形式存在,只有在進行觀察之後,概率波才會發生塌縮,塌縮成一個經典物理學上的實體。將這樣的觀念延伸出來,就會得到薛定諤的貓悖論(悖論就是在觀察之前,貓是處於生死疊加態嗎?),還會得到另一個在大眾中不太著名的另一個悖論:
當我們不看(看就是一種觀測)月亮時,月亮還存在嗎?
圖示:當我們不看月亮時,月亮也會變成一個隨機彌散在時空中的概率波嗎?只有當我們觀察它時,它才會塌縮成一個經典物理學上的實在的月亮呢?
而這裡的核心問題是,只有人類的看或測量才是觀察嗎?
在哥本哈根學派的初期解釋中,以波爾為代表的量子物理學家就是這麼理解的,包括現在許多物理學家或物理學愛好者也這麼理解這個問題,但在人類誕生之前呢?整個宇宙都是一團瀰漫的概率波嗎?現在,量子物理學家們這樣解釋貓處於即生又死的悖論問題,那就是物質和物質之間只要發生了相互作用,那麼概率波就會塌縮成一個經典物理學中的實在,並不需要一個具有主觀意識的外部觀察者,貓自己就是一個觀察者,整個薛定諤貓實驗的裝置本身就可以自己觀察自己,並不需要有一個人來打開箱子觀察貓是死是活。當然,這樣的解釋未必能說服所有人。
圖示:不管是否打開箱子看,貓都不會真的處於生和死的疊加態之中,結果是明確的。只要你拋棄必須由一個擁有主觀意識的人去看才算進行了觀察或觀測這樣的哲學觀念就行。
更有興趣的網友們,可以繼續往下看。
真相只有一個?
在凶殺案中,只要一個人能夠提供自己不在犯罪現場的客觀證據,那麼至少被害者就不會是這個人親手殺死的,至於是否僱凶殺人,那是另一回事。在現實世界中,你不能同時即在A地又在B地。
圖示:在量子世界裡真相不止一個,而可能是無限多個。
但這樣的經驗和直覺在量子世界中被打破了,單電子雙縫實驗,似乎就在說電子同時穿過了兩條狹縫,它就是同時處於兩個位置。通過巧妙的實驗設計,可以讓一個系統逐個釋放電子,讓這些電子通過兩條緊挨著的狹縫,最終電子會在屏幕上形成特殊的干涉圖案,對此的唯一解釋只能是,每個電子都同時地穿過了兩條狹縫。
圖示:一個接一個的釋放電子得到的圖案,和一次性的釋放大量電子得到的圖案是一樣的。
在一次性的釋放大量電子或光子中得到的干涉樣圖案,是用愛因斯坦提出的波粒二象性來解釋的,光子即是粒子又是波,它們彼此間發生波峰波谷的干涉,於是出現規律的明暗條紋。但是單光子或單電子實驗得到同樣的實驗結果,就讓人不知所措了。
爸爸在哪兒,喔不,是電子在哪兒?真相不止一個
讓我們回顧一下原子的構成:原子核和電子,電子繞著原子核旋轉,就像行星繞著其恆星運動一樣。而且電子分層排布,低能電子靠近原子核,高能電子遠離原子核。
圖示:經典物理學視角下的電子和原子核關係。
當低能量電子吸收一個光子後,會發生軌道跳躍,從內層軌道跳躍到外層軌道,而當它從外層軌道躍遷回到內層軌道時,就會釋放一個光子。
圖示:電子和光子,電子的躍遷。
高能量光子(X射線,伽馬射線)傷害人體的原理也和電子的躍遷有關,如果光子能量足夠高,這個電子吸收光子能量後,甚至就能直接逃脫原子核的吸引,原子或分子就變成了少了電子的正離子,這個過程被稱為電離,能引發電離的輻射,就是醫院X光檢查、CT檢查室外面那個嚇人的標誌,電離輻射危險標誌。
如果物理學對原子的研究到此為止,那麼一切都會非常和諧。
但不幸的是,1926年,奧地利物理學家薛定諤在一次度假滑雪的時候,突然領悟“天機”,寫出了讓他得到諾貝爾物理學獎的薛定諤波函數方程,但也正是他親手寫下的這個方程,參與葬送了曾經美好、和諧的量子世界,從此讓量子世界變得光怪陸離,並且引發了當時頂級的物理學家們的大分裂,形成了兩大陣營,一個以波爾為首,另一個以愛因斯坦為首的對壘,而薛定諤自己也站在了愛因斯坦身後,反對由他自己提出的波函數方程背後隱藏著的哲學寓意。
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
圖示:薛定諤的貓,按照波爾為首的哥本哈根學派來說,它必然行走在奇妙的生死疊加態之中,而這顯然是個悖論,如何解決這個悖論,成為量子物理學後來發展的一個哲學難題。
在哥本哈根學派的哲學觀念中,在量子世界裡,只有被觀察/觀測之後,物質才真實存在,在未進行觀察之前,它們並不真實存在,這裡的真實是指經典物理學中那種真實,嚴格說就是在未被觀測之前,物質以概率波的形式存在,只有在進行觀察之後,概率波才會發生塌縮,塌縮成一個經典物理學上的實體。將這樣的觀念延伸出來,就會得到薛定諤的貓悖論(悖論就是在觀察之前,貓是處於生死疊加態嗎?),還會得到另一個在大眾中不太著名的另一個悖論:
當我們不看(看就是一種觀測)月亮時,月亮還存在嗎?
圖示:當我們不看月亮時,月亮也會變成一個隨機彌散在時空中的概率波嗎?只有當我們觀察它時,它才會塌縮成一個經典物理學上的實在的月亮呢?
而這裡的核心問題是,只有人類的看或測量才是觀察嗎?
在哥本哈根學派的初期解釋中,以波爾為代表的量子物理學家就是這麼理解的,包括現在許多物理學家或物理學愛好者也這麼理解這個問題,但在人類誕生之前呢?整個宇宙都是一團瀰漫的概率波嗎?現在,量子物理學家們這樣解釋貓處於即生又死的悖論問題,那就是物質和物質之間只要發生了相互作用,那麼概率波就會塌縮成一個經典物理學中的實在,並不需要一個具有主觀意識的外部觀察者,貓自己就是一個觀察者,整個薛定諤貓實驗的裝置本身就可以自己觀察自己,並不需要有一個人來打開箱子觀察貓是死是活。當然,這樣的解釋未必能說服所有人。
圖示:不管是否打開箱子看,貓都不會真的處於生和死的疊加態之中,結果是明確的。只要你拋棄必須由一個擁有主觀意識的人去看才算進行了觀察或觀測這樣的哲學觀念就行。
更有興趣的網友們,可以繼續往下看。
真相只有一個?
在凶殺案中,只要一個人能夠提供自己不在犯罪現場的客觀證據,那麼至少被害者就不會是這個人親手殺死的,至於是否僱凶殺人,那是另一回事。在現實世界中,你不能同時即在A地又在B地。
圖示:在量子世界裡真相不止一個,而可能是無限多個。
但這樣的經驗和直覺在量子世界中被打破了,單電子雙縫實驗,似乎就在說電子同時穿過了兩條狹縫,它就是同時處於兩個位置。通過巧妙的實驗設計,可以讓一個系統逐個釋放電子,讓這些電子通過兩條緊挨著的狹縫,最終電子會在屏幕上形成特殊的干涉圖案,對此的唯一解釋只能是,每個電子都同時地穿過了兩條狹縫。
圖示:一個接一個的釋放電子得到的圖案,和一次性的釋放大量電子得到的圖案是一樣的。
在一次性的釋放大量電子或光子中得到的干涉樣圖案,是用愛因斯坦提出的波粒二象性來解釋的,光子即是粒子又是波,它們彼此間發生波峰波谷的干涉,於是出現規律的明暗條紋。但是單光子或單電子實驗得到同樣的實驗結果,就讓人不知所措了。
爸爸在哪兒,喔不,是電子在哪兒?真相不止一個
讓我們回顧一下原子的構成:原子核和電子,電子繞著原子核旋轉,就像行星繞著其恆星運動一樣。而且電子分層排布,低能電子靠近原子核,高能電子遠離原子核。
圖示:經典物理學視角下的電子和原子核關係。
當低能量電子吸收一個光子後,會發生軌道跳躍,從內層軌道跳躍到外層軌道,而當它從外層軌道躍遷回到內層軌道時,就會釋放一個光子。
圖示:電子和光子,電子的躍遷。
高能量光子(X射線,伽馬射線)傷害人體的原理也和電子的躍遷有關,如果光子能量足夠高,這個電子吸收光子能量後,甚至就能直接逃脫原子核的吸引,原子或分子就變成了少了電子的正離子,這個過程被稱為電離,能引發電離的輻射,就是醫院X光檢查、CT檢查室外面那個嚇人的標誌,電離輻射危險標誌。
如果物理學對原子的研究到此為止,那麼一切都會非常和諧。
但不幸的是,1926年,奧地利物理學家薛定諤在一次度假滑雪的時候,突然領悟“天機”,寫出了讓他得到諾貝爾物理學獎的薛定諤波函數方程,但也正是他親手寫下的這個方程,參與葬送了曾經美好、和諧的量子世界,從此讓量子世界變得光怪陸離,並且引發了當時頂級的物理學家們的大分裂,形成了兩大陣營,一個以波爾為首,另一個以愛因斯坦為首的對壘,而薛定諤自己也站在了愛因斯坦身後,反對由他自己提出的波函數方程背後隱藏著的哲學寓意。
圖示:薛定諤的波函數方程,這方程是大學物理學生的噩夢。
薛定諤的波函數是個絕妙的方程,它描述了量子世界中那些亞原子粒子的行為和屬性,以及它具有的所有可能的狀態,包含了諸如能量、動量和位置等信息。但是薛定諤本人的確並未透徹地理解他親手寫下的波函數方程的物理學意義,他堅持認為這表明作為粒子的電子並不存在,波爾提出的電子軌道也不存在,電子不是一個粒子,電子只是一個瀰漫的電子波,後來又被稱為電子雲。
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
圖示:薛定諤的貓,按照波爾為首的哥本哈根學派來說,它必然行走在奇妙的生死疊加態之中,而這顯然是個悖論,如何解決這個悖論,成為量子物理學後來發展的一個哲學難題。
在哥本哈根學派的哲學觀念中,在量子世界裡,只有被觀察/觀測之後,物質才真實存在,在未進行觀察之前,它們並不真實存在,這裡的真實是指經典物理學中那種真實,嚴格說就是在未被觀測之前,物質以概率波的形式存在,只有在進行觀察之後,概率波才會發生塌縮,塌縮成一個經典物理學上的實體。將這樣的觀念延伸出來,就會得到薛定諤的貓悖論(悖論就是在觀察之前,貓是處於生死疊加態嗎?),還會得到另一個在大眾中不太著名的另一個悖論:
當我們不看(看就是一種觀測)月亮時,月亮還存在嗎?
圖示:當我們不看月亮時,月亮也會變成一個隨機彌散在時空中的概率波嗎?只有當我們觀察它時,它才會塌縮成一個經典物理學上的實在的月亮呢?
而這裡的核心問題是,只有人類的看或測量才是觀察嗎?
在哥本哈根學派的初期解釋中,以波爾為代表的量子物理學家就是這麼理解的,包括現在許多物理學家或物理學愛好者也這麼理解這個問題,但在人類誕生之前呢?整個宇宙都是一團瀰漫的概率波嗎?現在,量子物理學家們這樣解釋貓處於即生又死的悖論問題,那就是物質和物質之間只要發生了相互作用,那麼概率波就會塌縮成一個經典物理學中的實在,並不需要一個具有主觀意識的外部觀察者,貓自己就是一個觀察者,整個薛定諤貓實驗的裝置本身就可以自己觀察自己,並不需要有一個人來打開箱子觀察貓是死是活。當然,這樣的解釋未必能說服所有人。
圖示:不管是否打開箱子看,貓都不會真的處於生和死的疊加態之中,結果是明確的。只要你拋棄必須由一個擁有主觀意識的人去看才算進行了觀察或觀測這樣的哲學觀念就行。
更有興趣的網友們,可以繼續往下看。
真相只有一個?
在凶殺案中,只要一個人能夠提供自己不在犯罪現場的客觀證據,那麼至少被害者就不會是這個人親手殺死的,至於是否僱凶殺人,那是另一回事。在現實世界中,你不能同時即在A地又在B地。
圖示:在量子世界裡真相不止一個,而可能是無限多個。
但這樣的經驗和直覺在量子世界中被打破了,單電子雙縫實驗,似乎就在說電子同時穿過了兩條狹縫,它就是同時處於兩個位置。通過巧妙的實驗設計,可以讓一個系統逐個釋放電子,讓這些電子通過兩條緊挨著的狹縫,最終電子會在屏幕上形成特殊的干涉圖案,對此的唯一解釋只能是,每個電子都同時地穿過了兩條狹縫。
圖示:一個接一個的釋放電子得到的圖案,和一次性的釋放大量電子得到的圖案是一樣的。
在一次性的釋放大量電子或光子中得到的干涉樣圖案,是用愛因斯坦提出的波粒二象性來解釋的,光子即是粒子又是波,它們彼此間發生波峰波谷的干涉,於是出現規律的明暗條紋。但是單光子或單電子實驗得到同樣的實驗結果,就讓人不知所措了。
爸爸在哪兒,喔不,是電子在哪兒?真相不止一個
讓我們回顧一下原子的構成:原子核和電子,電子繞著原子核旋轉,就像行星繞著其恆星運動一樣。而且電子分層排布,低能電子靠近原子核,高能電子遠離原子核。
圖示:經典物理學視角下的電子和原子核關係。
當低能量電子吸收一個光子後,會發生軌道跳躍,從內層軌道跳躍到外層軌道,而當它從外層軌道躍遷回到內層軌道時,就會釋放一個光子。
圖示:電子和光子,電子的躍遷。
高能量光子(X射線,伽馬射線)傷害人體的原理也和電子的躍遷有關,如果光子能量足夠高,這個電子吸收光子能量後,甚至就能直接逃脫原子核的吸引,原子或分子就變成了少了電子的正離子,這個過程被稱為電離,能引發電離的輻射,就是醫院X光檢查、CT檢查室外面那個嚇人的標誌,電離輻射危險標誌。
如果物理學對原子的研究到此為止,那麼一切都會非常和諧。
但不幸的是,1926年,奧地利物理學家薛定諤在一次度假滑雪的時候,突然領悟“天機”,寫出了讓他得到諾貝爾物理學獎的薛定諤波函數方程,但也正是他親手寫下的這個方程,參與葬送了曾經美好、和諧的量子世界,從此讓量子世界變得光怪陸離,並且引發了當時頂級的物理學家們的大分裂,形成了兩大陣營,一個以波爾為首,另一個以愛因斯坦為首的對壘,而薛定諤自己也站在了愛因斯坦身後,反對由他自己提出的波函數方程背後隱藏著的哲學寓意。
圖示:薛定諤的波函數方程,這方程是大學物理學生的噩夢。
薛定諤的波函數是個絕妙的方程,它描述了量子世界中那些亞原子粒子的行為和屬性,以及它具有的所有可能的狀態,包含了諸如能量、動量和位置等信息。但是薛定諤本人的確並未透徹地理解他親手寫下的波函數方程的物理學意義,他堅持認為這表明作為粒子的電子並不存在,波爾提出的電子軌道也不存在,電子不是一個粒子,電子只是一個瀰漫的電子波,後來又被稱為電子雲。
圖示:薛定諤提出的電子雲概念和波爾提出的電子軌道的概念有很大的衝突
解決這個難題的方案,引發了極大的爭論,間接導致經典物理學世界觀在量子世界的坍塌,在這裡主宰經典宏觀物理學世界的因果律讓位於概率。按照波爾的說法,電子軌道是波函數方程中電子出現概率最大的區域。但的確電子就是可以出現在任何地方,你還可以用薛定諤的波函數方程計算它們出現在任意位置的概率,但只要你對電子進行觀測,那麼它就會從無處不在的波,塌縮到某一個特定的位置上。
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
圖示:薛定諤的貓,按照波爾為首的哥本哈根學派來說,它必然行走在奇妙的生死疊加態之中,而這顯然是個悖論,如何解決這個悖論,成為量子物理學後來發展的一個哲學難題。
在哥本哈根學派的哲學觀念中,在量子世界裡,只有被觀察/觀測之後,物質才真實存在,在未進行觀察之前,它們並不真實存在,這裡的真實是指經典物理學中那種真實,嚴格說就是在未被觀測之前,物質以概率波的形式存在,只有在進行觀察之後,概率波才會發生塌縮,塌縮成一個經典物理學上的實體。將這樣的觀念延伸出來,就會得到薛定諤的貓悖論(悖論就是在觀察之前,貓是處於生死疊加態嗎?),還會得到另一個在大眾中不太著名的另一個悖論:
當我們不看(看就是一種觀測)月亮時,月亮還存在嗎?
圖示:當我們不看月亮時,月亮也會變成一個隨機彌散在時空中的概率波嗎?只有當我們觀察它時,它才會塌縮成一個經典物理學上的實在的月亮呢?
而這裡的核心問題是,只有人類的看或測量才是觀察嗎?
在哥本哈根學派的初期解釋中,以波爾為代表的量子物理學家就是這麼理解的,包括現在許多物理學家或物理學愛好者也這麼理解這個問題,但在人類誕生之前呢?整個宇宙都是一團瀰漫的概率波嗎?現在,量子物理學家們這樣解釋貓處於即生又死的悖論問題,那就是物質和物質之間只要發生了相互作用,那麼概率波就會塌縮成一個經典物理學中的實在,並不需要一個具有主觀意識的外部觀察者,貓自己就是一個觀察者,整個薛定諤貓實驗的裝置本身就可以自己觀察自己,並不需要有一個人來打開箱子觀察貓是死是活。當然,這樣的解釋未必能說服所有人。
圖示:不管是否打開箱子看,貓都不會真的處於生和死的疊加態之中,結果是明確的。只要你拋棄必須由一個擁有主觀意識的人去看才算進行了觀察或觀測這樣的哲學觀念就行。
更有興趣的網友們,可以繼續往下看。
真相只有一個?
在凶殺案中,只要一個人能夠提供自己不在犯罪現場的客觀證據,那麼至少被害者就不會是這個人親手殺死的,至於是否僱凶殺人,那是另一回事。在現實世界中,你不能同時即在A地又在B地。
圖示:在量子世界裡真相不止一個,而可能是無限多個。
但這樣的經驗和直覺在量子世界中被打破了,單電子雙縫實驗,似乎就在說電子同時穿過了兩條狹縫,它就是同時處於兩個位置。通過巧妙的實驗設計,可以讓一個系統逐個釋放電子,讓這些電子通過兩條緊挨著的狹縫,最終電子會在屏幕上形成特殊的干涉圖案,對此的唯一解釋只能是,每個電子都同時地穿過了兩條狹縫。
圖示:一個接一個的釋放電子得到的圖案,和一次性的釋放大量電子得到的圖案是一樣的。
在一次性的釋放大量電子或光子中得到的干涉樣圖案,是用愛因斯坦提出的波粒二象性來解釋的,光子即是粒子又是波,它們彼此間發生波峰波谷的干涉,於是出現規律的明暗條紋。但是單光子或單電子實驗得到同樣的實驗結果,就讓人不知所措了。
爸爸在哪兒,喔不,是電子在哪兒?真相不止一個
讓我們回顧一下原子的構成:原子核和電子,電子繞著原子核旋轉,就像行星繞著其恆星運動一樣。而且電子分層排布,低能電子靠近原子核,高能電子遠離原子核。
圖示:經典物理學視角下的電子和原子核關係。
當低能量電子吸收一個光子後,會發生軌道跳躍,從內層軌道跳躍到外層軌道,而當它從外層軌道躍遷回到內層軌道時,就會釋放一個光子。
圖示:電子和光子,電子的躍遷。
高能量光子(X射線,伽馬射線)傷害人體的原理也和電子的躍遷有關,如果光子能量足夠高,這個電子吸收光子能量後,甚至就能直接逃脫原子核的吸引,原子或分子就變成了少了電子的正離子,這個過程被稱為電離,能引發電離的輻射,就是醫院X光檢查、CT檢查室外面那個嚇人的標誌,電離輻射危險標誌。
如果物理學對原子的研究到此為止,那麼一切都會非常和諧。
但不幸的是,1926年,奧地利物理學家薛定諤在一次度假滑雪的時候,突然領悟“天機”,寫出了讓他得到諾貝爾物理學獎的薛定諤波函數方程,但也正是他親手寫下的這個方程,參與葬送了曾經美好、和諧的量子世界,從此讓量子世界變得光怪陸離,並且引發了當時頂級的物理學家們的大分裂,形成了兩大陣營,一個以波爾為首,另一個以愛因斯坦為首的對壘,而薛定諤自己也站在了愛因斯坦身後,反對由他自己提出的波函數方程背後隱藏著的哲學寓意。
圖示:薛定諤的波函數方程,這方程是大學物理學生的噩夢。
薛定諤的波函數是個絕妙的方程,它描述了量子世界中那些亞原子粒子的行為和屬性,以及它具有的所有可能的狀態,包含了諸如能量、動量和位置等信息。但是薛定諤本人的確並未透徹地理解他親手寫下的波函數方程的物理學意義,他堅持認為這表明作為粒子的電子並不存在,波爾提出的電子軌道也不存在,電子不是一個粒子,電子只是一個瀰漫的電子波,後來又被稱為電子雲。
圖示:薛定諤提出的電子雲概念和波爾提出的電子軌道的概念有很大的衝突
解決這個難題的方案,引發了極大的爭論,間接導致經典物理學世界觀在量子世界的坍塌,在這裡主宰經典宏觀物理學世界的因果律讓位於概率。按照波爾的說法,電子軌道是波函數方程中電子出現概率最大的區域。但的確電子就是可以出現在任何地方,你還可以用薛定諤的波函數方程計算它們出現在任意位置的概率,但只要你對電子進行觀測,那麼它就會從無處不在的波,塌縮到某一個特定的位置上。
當然按照海森堡測不準定律,你得到的電子位置越是準確,你測量到的電子的動量就越不準確,兩者相乘恰好等於普朗克常數,一般性的理解是說,因為觀測本身就會影響到亞原子粒子的狀態。但由此帶來一個哲學問題,那麼在未觀察前呢,未觀察前電子會擁有確切的位置和確切的動量嗎?這正是經典物理學的概念,宏觀物體的位置和動量不依賴於我們的觀察,它們是客觀存在的,而波爾倡導的哥本哈根學派則從哲學上提出,海森堡測不準定律是量子世界的本性,當我們不去觀察量子世界時,電子也同樣不具有一個客觀的具體的位置和特定的動量,所有這一切都只是概率。
1927年,索爾維物理學會議,最頂尖的物理學家們分裂成三大陣營,但這次分裂奇妙地促進了量子物理學大發展,畢竟你的敵人越強,你還能贏,說明你真的很牛逼。
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
圖示:薛定諤的貓,按照波爾為首的哥本哈根學派來說,它必然行走在奇妙的生死疊加態之中,而這顯然是個悖論,如何解決這個悖論,成為量子物理學後來發展的一個哲學難題。
在哥本哈根學派的哲學觀念中,在量子世界裡,只有被觀察/觀測之後,物質才真實存在,在未進行觀察之前,它們並不真實存在,這裡的真實是指經典物理學中那種真實,嚴格說就是在未被觀測之前,物質以概率波的形式存在,只有在進行觀察之後,概率波才會發生塌縮,塌縮成一個經典物理學上的實體。將這樣的觀念延伸出來,就會得到薛定諤的貓悖論(悖論就是在觀察之前,貓是處於生死疊加態嗎?),還會得到另一個在大眾中不太著名的另一個悖論:
當我們不看(看就是一種觀測)月亮時,月亮還存在嗎?
圖示:當我們不看月亮時,月亮也會變成一個隨機彌散在時空中的概率波嗎?只有當我們觀察它時,它才會塌縮成一個經典物理學上的實在的月亮呢?
而這裡的核心問題是,只有人類的看或測量才是觀察嗎?
在哥本哈根學派的初期解釋中,以波爾為代表的量子物理學家就是這麼理解的,包括現在許多物理學家或物理學愛好者也這麼理解這個問題,但在人類誕生之前呢?整個宇宙都是一團瀰漫的概率波嗎?現在,量子物理學家們這樣解釋貓處於即生又死的悖論問題,那就是物質和物質之間只要發生了相互作用,那麼概率波就會塌縮成一個經典物理學中的實在,並不需要一個具有主觀意識的外部觀察者,貓自己就是一個觀察者,整個薛定諤貓實驗的裝置本身就可以自己觀察自己,並不需要有一個人來打開箱子觀察貓是死是活。當然,這樣的解釋未必能說服所有人。
圖示:不管是否打開箱子看,貓都不會真的處於生和死的疊加態之中,結果是明確的。只要你拋棄必須由一個擁有主觀意識的人去看才算進行了觀察或觀測這樣的哲學觀念就行。
更有興趣的網友們,可以繼續往下看。
真相只有一個?
在凶殺案中,只要一個人能夠提供自己不在犯罪現場的客觀證據,那麼至少被害者就不會是這個人親手殺死的,至於是否僱凶殺人,那是另一回事。在現實世界中,你不能同時即在A地又在B地。
圖示:在量子世界裡真相不止一個,而可能是無限多個。
但這樣的經驗和直覺在量子世界中被打破了,單電子雙縫實驗,似乎就在說電子同時穿過了兩條狹縫,它就是同時處於兩個位置。通過巧妙的實驗設計,可以讓一個系統逐個釋放電子,讓這些電子通過兩條緊挨著的狹縫,最終電子會在屏幕上形成特殊的干涉圖案,對此的唯一解釋只能是,每個電子都同時地穿過了兩條狹縫。
圖示:一個接一個的釋放電子得到的圖案,和一次性的釋放大量電子得到的圖案是一樣的。
在一次性的釋放大量電子或光子中得到的干涉樣圖案,是用愛因斯坦提出的波粒二象性來解釋的,光子即是粒子又是波,它們彼此間發生波峰波谷的干涉,於是出現規律的明暗條紋。但是單光子或單電子實驗得到同樣的實驗結果,就讓人不知所措了。
爸爸在哪兒,喔不,是電子在哪兒?真相不止一個
讓我們回顧一下原子的構成:原子核和電子,電子繞著原子核旋轉,就像行星繞著其恆星運動一樣。而且電子分層排布,低能電子靠近原子核,高能電子遠離原子核。
圖示:經典物理學視角下的電子和原子核關係。
當低能量電子吸收一個光子後,會發生軌道跳躍,從內層軌道跳躍到外層軌道,而當它從外層軌道躍遷回到內層軌道時,就會釋放一個光子。
圖示:電子和光子,電子的躍遷。
高能量光子(X射線,伽馬射線)傷害人體的原理也和電子的躍遷有關,如果光子能量足夠高,這個電子吸收光子能量後,甚至就能直接逃脫原子核的吸引,原子或分子就變成了少了電子的正離子,這個過程被稱為電離,能引發電離的輻射,就是醫院X光檢查、CT檢查室外面那個嚇人的標誌,電離輻射危險標誌。
如果物理學對原子的研究到此為止,那麼一切都會非常和諧。
但不幸的是,1926年,奧地利物理學家薛定諤在一次度假滑雪的時候,突然領悟“天機”,寫出了讓他得到諾貝爾物理學獎的薛定諤波函數方程,但也正是他親手寫下的這個方程,參與葬送了曾經美好、和諧的量子世界,從此讓量子世界變得光怪陸離,並且引發了當時頂級的物理學家們的大分裂,形成了兩大陣營,一個以波爾為首,另一個以愛因斯坦為首的對壘,而薛定諤自己也站在了愛因斯坦身後,反對由他自己提出的波函數方程背後隱藏著的哲學寓意。
圖示:薛定諤的波函數方程,這方程是大學物理學生的噩夢。
薛定諤的波函數是個絕妙的方程,它描述了量子世界中那些亞原子粒子的行為和屬性,以及它具有的所有可能的狀態,包含了諸如能量、動量和位置等信息。但是薛定諤本人的確並未透徹地理解他親手寫下的波函數方程的物理學意義,他堅持認為這表明作為粒子的電子並不存在,波爾提出的電子軌道也不存在,電子不是一個粒子,電子只是一個瀰漫的電子波,後來又被稱為電子雲。
圖示:薛定諤提出的電子雲概念和波爾提出的電子軌道的概念有很大的衝突
解決這個難題的方案,引發了極大的爭論,間接導致經典物理學世界觀在量子世界的坍塌,在這裡主宰經典宏觀物理學世界的因果律讓位於概率。按照波爾的說法,電子軌道是波函數方程中電子出現概率最大的區域。但的確電子就是可以出現在任何地方,你還可以用薛定諤的波函數方程計算它們出現在任意位置的概率,但只要你對電子進行觀測,那麼它就會從無處不在的波,塌縮到某一個特定的位置上。
當然按照海森堡測不準定律,你得到的電子位置越是準確,你測量到的電子的動量就越不準確,兩者相乘恰好等於普朗克常數,一般性的理解是說,因為觀測本身就會影響到亞原子粒子的狀態。但由此帶來一個哲學問題,那麼在未觀察前呢,未觀察前電子會擁有確切的位置和確切的動量嗎?這正是經典物理學的概念,宏觀物體的位置和動量不依賴於我們的觀察,它們是客觀存在的,而波爾倡導的哥本哈根學派則從哲學上提出,海森堡測不準定律是量子世界的本性,當我們不去觀察量子世界時,電子也同樣不具有一個客觀的具體的位置和特定的動量,所有這一切都只是概率。
1927年,索爾維物理學會議,最頂尖的物理學家們分裂成三大陣營,但這次分裂奇妙地促進了量子物理學大發展,畢竟你的敵人越強,你還能贏,說明你真的很牛逼。
圖示:1927年,物理學家全明星隊代表,如果三體中的智子真的存在,它只需要抹去這些人,我們現在所擁有的大多數高端技術就會消失得無影無蹤。這些人都是打開量子物理學大門的關鍵人物,但開門之後所見到的一切,讓他們分裂成了三個陣營,這其實是一件幸事。
從普朗克開啟的量子時代發展到後期,形成了三個流派:
1、只關心實驗結果的實驗派,以布拉格和康普頓為代表
2、哥本哈根學派,由波爾開創,波恩和海森堡為左右臂膀
3、反哥本哈根學派:愛因斯坦為領袖,德布羅意和薛定諤為左膀右臂
後來因為對量子物理學拋棄因果律,而絕望自殺的另一個奧地利物理學家埃侖費斯特,在這次會議中,寫信告訴他的弟子們:愛因斯坦就像一個彈簧玩偶,每天早上都帶著新的主意(新的思想實驗)從盒子裡彈出來,向波爾發出質疑。而玻爾總能從雲霧繚繞的哲學和物理學中找到合適的工具,把愛因斯坦的思想實驗,一個接一個的碾碎。
愛因斯坦和波爾的主要分歧就在於:
1、量子世界中是否存在經典物理學中的客觀實在,波爾認為不存在
2、經典物理學的因果律在量子世界中是否還繼續存在,波爾認為不存在
愛因斯坦老人家有句名言:上帝不擲骰子。但其後數十年的研究證實,上帝真的在擲骰子,而且有時候還把骰子扔到看不見的地方去呢。
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
圖示:薛定諤的貓,按照波爾為首的哥本哈根學派來說,它必然行走在奇妙的生死疊加態之中,而這顯然是個悖論,如何解決這個悖論,成為量子物理學後來發展的一個哲學難題。
在哥本哈根學派的哲學觀念中,在量子世界裡,只有被觀察/觀測之後,物質才真實存在,在未進行觀察之前,它們並不真實存在,這裡的真實是指經典物理學中那種真實,嚴格說就是在未被觀測之前,物質以概率波的形式存在,只有在進行觀察之後,概率波才會發生塌縮,塌縮成一個經典物理學上的實體。將這樣的觀念延伸出來,就會得到薛定諤的貓悖論(悖論就是在觀察之前,貓是處於生死疊加態嗎?),還會得到另一個在大眾中不太著名的另一個悖論:
當我們不看(看就是一種觀測)月亮時,月亮還存在嗎?
圖示:當我們不看月亮時,月亮也會變成一個隨機彌散在時空中的概率波嗎?只有當我們觀察它時,它才會塌縮成一個經典物理學上的實在的月亮呢?
而這裡的核心問題是,只有人類的看或測量才是觀察嗎?
在哥本哈根學派的初期解釋中,以波爾為代表的量子物理學家就是這麼理解的,包括現在許多物理學家或物理學愛好者也這麼理解這個問題,但在人類誕生之前呢?整個宇宙都是一團瀰漫的概率波嗎?現在,量子物理學家們這樣解釋貓處於即生又死的悖論問題,那就是物質和物質之間只要發生了相互作用,那麼概率波就會塌縮成一個經典物理學中的實在,並不需要一個具有主觀意識的外部觀察者,貓自己就是一個觀察者,整個薛定諤貓實驗的裝置本身就可以自己觀察自己,並不需要有一個人來打開箱子觀察貓是死是活。當然,這樣的解釋未必能說服所有人。
圖示:不管是否打開箱子看,貓都不會真的處於生和死的疊加態之中,結果是明確的。只要你拋棄必須由一個擁有主觀意識的人去看才算進行了觀察或觀測這樣的哲學觀念就行。
更有興趣的網友們,可以繼續往下看。
真相只有一個?
在凶殺案中,只要一個人能夠提供自己不在犯罪現場的客觀證據,那麼至少被害者就不會是這個人親手殺死的,至於是否僱凶殺人,那是另一回事。在現實世界中,你不能同時即在A地又在B地。
圖示:在量子世界裡真相不止一個,而可能是無限多個。
但這樣的經驗和直覺在量子世界中被打破了,單電子雙縫實驗,似乎就在說電子同時穿過了兩條狹縫,它就是同時處於兩個位置。通過巧妙的實驗設計,可以讓一個系統逐個釋放電子,讓這些電子通過兩條緊挨著的狹縫,最終電子會在屏幕上形成特殊的干涉圖案,對此的唯一解釋只能是,每個電子都同時地穿過了兩條狹縫。
圖示:一個接一個的釋放電子得到的圖案,和一次性的釋放大量電子得到的圖案是一樣的。
在一次性的釋放大量電子或光子中得到的干涉樣圖案,是用愛因斯坦提出的波粒二象性來解釋的,光子即是粒子又是波,它們彼此間發生波峰波谷的干涉,於是出現規律的明暗條紋。但是單光子或單電子實驗得到同樣的實驗結果,就讓人不知所措了。
爸爸在哪兒,喔不,是電子在哪兒?真相不止一個
讓我們回顧一下原子的構成:原子核和電子,電子繞著原子核旋轉,就像行星繞著其恆星運動一樣。而且電子分層排布,低能電子靠近原子核,高能電子遠離原子核。
圖示:經典物理學視角下的電子和原子核關係。
當低能量電子吸收一個光子後,會發生軌道跳躍,從內層軌道跳躍到外層軌道,而當它從外層軌道躍遷回到內層軌道時,就會釋放一個光子。
圖示:電子和光子,電子的躍遷。
高能量光子(X射線,伽馬射線)傷害人體的原理也和電子的躍遷有關,如果光子能量足夠高,這個電子吸收光子能量後,甚至就能直接逃脫原子核的吸引,原子或分子就變成了少了電子的正離子,這個過程被稱為電離,能引發電離的輻射,就是醫院X光檢查、CT檢查室外面那個嚇人的標誌,電離輻射危險標誌。
如果物理學對原子的研究到此為止,那麼一切都會非常和諧。
但不幸的是,1926年,奧地利物理學家薛定諤在一次度假滑雪的時候,突然領悟“天機”,寫出了讓他得到諾貝爾物理學獎的薛定諤波函數方程,但也正是他親手寫下的這個方程,參與葬送了曾經美好、和諧的量子世界,從此讓量子世界變得光怪陸離,並且引發了當時頂級的物理學家們的大分裂,形成了兩大陣營,一個以波爾為首,另一個以愛因斯坦為首的對壘,而薛定諤自己也站在了愛因斯坦身後,反對由他自己提出的波函數方程背後隱藏著的哲學寓意。
圖示:薛定諤的波函數方程,這方程是大學物理學生的噩夢。
薛定諤的波函數是個絕妙的方程,它描述了量子世界中那些亞原子粒子的行為和屬性,以及它具有的所有可能的狀態,包含了諸如能量、動量和位置等信息。但是薛定諤本人的確並未透徹地理解他親手寫下的波函數方程的物理學意義,他堅持認為這表明作為粒子的電子並不存在,波爾提出的電子軌道也不存在,電子不是一個粒子,電子只是一個瀰漫的電子波,後來又被稱為電子雲。
圖示:薛定諤提出的電子雲概念和波爾提出的電子軌道的概念有很大的衝突
解決這個難題的方案,引發了極大的爭論,間接導致經典物理學世界觀在量子世界的坍塌,在這裡主宰經典宏觀物理學世界的因果律讓位於概率。按照波爾的說法,電子軌道是波函數方程中電子出現概率最大的區域。但的確電子就是可以出現在任何地方,你還可以用薛定諤的波函數方程計算它們出現在任意位置的概率,但只要你對電子進行觀測,那麼它就會從無處不在的波,塌縮到某一個特定的位置上。
當然按照海森堡測不準定律,你得到的電子位置越是準確,你測量到的電子的動量就越不準確,兩者相乘恰好等於普朗克常數,一般性的理解是說,因為觀測本身就會影響到亞原子粒子的狀態。但由此帶來一個哲學問題,那麼在未觀察前呢,未觀察前電子會擁有確切的位置和確切的動量嗎?這正是經典物理學的概念,宏觀物體的位置和動量不依賴於我們的觀察,它們是客觀存在的,而波爾倡導的哥本哈根學派則從哲學上提出,海森堡測不準定律是量子世界的本性,當我們不去觀察量子世界時,電子也同樣不具有一個客觀的具體的位置和特定的動量,所有這一切都只是概率。
1927年,索爾維物理學會議,最頂尖的物理學家們分裂成三大陣營,但這次分裂奇妙地促進了量子物理學大發展,畢竟你的敵人越強,你還能贏,說明你真的很牛逼。
圖示:1927年,物理學家全明星隊代表,如果三體中的智子真的存在,它只需要抹去這些人,我們現在所擁有的大多數高端技術就會消失得無影無蹤。這些人都是打開量子物理學大門的關鍵人物,但開門之後所見到的一切,讓他們分裂成了三個陣營,這其實是一件幸事。
從普朗克開啟的量子時代發展到後期,形成了三個流派:
1、只關心實驗結果的實驗派,以布拉格和康普頓為代表
2、哥本哈根學派,由波爾開創,波恩和海森堡為左右臂膀
3、反哥本哈根學派:愛因斯坦為領袖,德布羅意和薛定諤為左膀右臂
後來因為對量子物理學拋棄因果律,而絕望自殺的另一個奧地利物理學家埃侖費斯特,在這次會議中,寫信告訴他的弟子們:愛因斯坦就像一個彈簧玩偶,每天早上都帶著新的主意(新的思想實驗)從盒子裡彈出來,向波爾發出質疑。而玻爾總能從雲霧繚繞的哲學和物理學中找到合適的工具,把愛因斯坦的思想實驗,一個接一個的碾碎。
愛因斯坦和波爾的主要分歧就在於:
1、量子世界中是否存在經典物理學中的客觀實在,波爾認為不存在
2、經典物理學的因果律在量子世界中是否還繼續存在,波爾認為不存在
愛因斯坦老人家有句名言:上帝不擲骰子。但其後數十年的研究證實,上帝真的在擲骰子,而且有時候還把骰子扔到看不見的地方去呢。
圖示:決定論 vs. 概率論
新一代物理學家很快就厭倦了這場哲學爭論,他們積極投身到量子世界的奇妙旅程中,只關心實驗結果,不關心結果背後隱藏的世界觀的物理學家們獲得了一個又一個驚人的成果,並且迅速轉變為改變現實的技術,如核彈、原子能技術、半導體、計算機等等,如今我們使用的許多技術都奠基在量子物理學的發展之中。
但在這場論戰中,愛因斯坦提出了著名的“量子糾纏"悖論,當時波爾使用:
未觀察前並不存在兩個分開的粒子,是觀察才得到兩個粒子,因此不論這兩個粒子相隔多遠,它們都是一個整體,而不是獨立的兩個粒子,這可以解決在量子糾纏悖論中,信息將以超光速傳播這樣的難題,因為這將違背狹義相對論。
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
圖示:薛定諤的貓,按照波爾為首的哥本哈根學派來說,它必然行走在奇妙的生死疊加態之中,而這顯然是個悖論,如何解決這個悖論,成為量子物理學後來發展的一個哲學難題。
在哥本哈根學派的哲學觀念中,在量子世界裡,只有被觀察/觀測之後,物質才真實存在,在未進行觀察之前,它們並不真實存在,這裡的真實是指經典物理學中那種真實,嚴格說就是在未被觀測之前,物質以概率波的形式存在,只有在進行觀察之後,概率波才會發生塌縮,塌縮成一個經典物理學上的實體。將這樣的觀念延伸出來,就會得到薛定諤的貓悖論(悖論就是在觀察之前,貓是處於生死疊加態嗎?),還會得到另一個在大眾中不太著名的另一個悖論:
當我們不看(看就是一種觀測)月亮時,月亮還存在嗎?
圖示:當我們不看月亮時,月亮也會變成一個隨機彌散在時空中的概率波嗎?只有當我們觀察它時,它才會塌縮成一個經典物理學上的實在的月亮呢?
而這裡的核心問題是,只有人類的看或測量才是觀察嗎?
在哥本哈根學派的初期解釋中,以波爾為代表的量子物理學家就是這麼理解的,包括現在許多物理學家或物理學愛好者也這麼理解這個問題,但在人類誕生之前呢?整個宇宙都是一團瀰漫的概率波嗎?現在,量子物理學家們這樣解釋貓處於即生又死的悖論問題,那就是物質和物質之間只要發生了相互作用,那麼概率波就會塌縮成一個經典物理學中的實在,並不需要一個具有主觀意識的外部觀察者,貓自己就是一個觀察者,整個薛定諤貓實驗的裝置本身就可以自己觀察自己,並不需要有一個人來打開箱子觀察貓是死是活。當然,這樣的解釋未必能說服所有人。
圖示:不管是否打開箱子看,貓都不會真的處於生和死的疊加態之中,結果是明確的。只要你拋棄必須由一個擁有主觀意識的人去看才算進行了觀察或觀測這樣的哲學觀念就行。
更有興趣的網友們,可以繼續往下看。
真相只有一個?
在凶殺案中,只要一個人能夠提供自己不在犯罪現場的客觀證據,那麼至少被害者就不會是這個人親手殺死的,至於是否僱凶殺人,那是另一回事。在現實世界中,你不能同時即在A地又在B地。
圖示:在量子世界裡真相不止一個,而可能是無限多個。
但這樣的經驗和直覺在量子世界中被打破了,單電子雙縫實驗,似乎就在說電子同時穿過了兩條狹縫,它就是同時處於兩個位置。通過巧妙的實驗設計,可以讓一個系統逐個釋放電子,讓這些電子通過兩條緊挨著的狹縫,最終電子會在屏幕上形成特殊的干涉圖案,對此的唯一解釋只能是,每個電子都同時地穿過了兩條狹縫。
圖示:一個接一個的釋放電子得到的圖案,和一次性的釋放大量電子得到的圖案是一樣的。
在一次性的釋放大量電子或光子中得到的干涉樣圖案,是用愛因斯坦提出的波粒二象性來解釋的,光子即是粒子又是波,它們彼此間發生波峰波谷的干涉,於是出現規律的明暗條紋。但是單光子或單電子實驗得到同樣的實驗結果,就讓人不知所措了。
爸爸在哪兒,喔不,是電子在哪兒?真相不止一個
讓我們回顧一下原子的構成:原子核和電子,電子繞著原子核旋轉,就像行星繞著其恆星運動一樣。而且電子分層排布,低能電子靠近原子核,高能電子遠離原子核。
圖示:經典物理學視角下的電子和原子核關係。
當低能量電子吸收一個光子後,會發生軌道跳躍,從內層軌道跳躍到外層軌道,而當它從外層軌道躍遷回到內層軌道時,就會釋放一個光子。
圖示:電子和光子,電子的躍遷。
高能量光子(X射線,伽馬射線)傷害人體的原理也和電子的躍遷有關,如果光子能量足夠高,這個電子吸收光子能量後,甚至就能直接逃脫原子核的吸引,原子或分子就變成了少了電子的正離子,這個過程被稱為電離,能引發電離的輻射,就是醫院X光檢查、CT檢查室外面那個嚇人的標誌,電離輻射危險標誌。
如果物理學對原子的研究到此為止,那麼一切都會非常和諧。
但不幸的是,1926年,奧地利物理學家薛定諤在一次度假滑雪的時候,突然領悟“天機”,寫出了讓他得到諾貝爾物理學獎的薛定諤波函數方程,但也正是他親手寫下的這個方程,參與葬送了曾經美好、和諧的量子世界,從此讓量子世界變得光怪陸離,並且引發了當時頂級的物理學家們的大分裂,形成了兩大陣營,一個以波爾為首,另一個以愛因斯坦為首的對壘,而薛定諤自己也站在了愛因斯坦身後,反對由他自己提出的波函數方程背後隱藏著的哲學寓意。
圖示:薛定諤的波函數方程,這方程是大學物理學生的噩夢。
薛定諤的波函數是個絕妙的方程,它描述了量子世界中那些亞原子粒子的行為和屬性,以及它具有的所有可能的狀態,包含了諸如能量、動量和位置等信息。但是薛定諤本人的確並未透徹地理解他親手寫下的波函數方程的物理學意義,他堅持認為這表明作為粒子的電子並不存在,波爾提出的電子軌道也不存在,電子不是一個粒子,電子只是一個瀰漫的電子波,後來又被稱為電子雲。
圖示:薛定諤提出的電子雲概念和波爾提出的電子軌道的概念有很大的衝突
解決這個難題的方案,引發了極大的爭論,間接導致經典物理學世界觀在量子世界的坍塌,在這裡主宰經典宏觀物理學世界的因果律讓位於概率。按照波爾的說法,電子軌道是波函數方程中電子出現概率最大的區域。但的確電子就是可以出現在任何地方,你還可以用薛定諤的波函數方程計算它們出現在任意位置的概率,但只要你對電子進行觀測,那麼它就會從無處不在的波,塌縮到某一個特定的位置上。
當然按照海森堡測不準定律,你得到的電子位置越是準確,你測量到的電子的動量就越不準確,兩者相乘恰好等於普朗克常數,一般性的理解是說,因為觀測本身就會影響到亞原子粒子的狀態。但由此帶來一個哲學問題,那麼在未觀察前呢,未觀察前電子會擁有確切的位置和確切的動量嗎?這正是經典物理學的概念,宏觀物體的位置和動量不依賴於我們的觀察,它們是客觀存在的,而波爾倡導的哥本哈根學派則從哲學上提出,海森堡測不準定律是量子世界的本性,當我們不去觀察量子世界時,電子也同樣不具有一個客觀的具體的位置和特定的動量,所有這一切都只是概率。
1927年,索爾維物理學會議,最頂尖的物理學家們分裂成三大陣營,但這次分裂奇妙地促進了量子物理學大發展,畢竟你的敵人越強,你還能贏,說明你真的很牛逼。
圖示:1927年,物理學家全明星隊代表,如果三體中的智子真的存在,它只需要抹去這些人,我們現在所擁有的大多數高端技術就會消失得無影無蹤。這些人都是打開量子物理學大門的關鍵人物,但開門之後所見到的一切,讓他們分裂成了三個陣營,這其實是一件幸事。
從普朗克開啟的量子時代發展到後期,形成了三個流派:
1、只關心實驗結果的實驗派,以布拉格和康普頓為代表
2、哥本哈根學派,由波爾開創,波恩和海森堡為左右臂膀
3、反哥本哈根學派:愛因斯坦為領袖,德布羅意和薛定諤為左膀右臂
後來因為對量子物理學拋棄因果律,而絕望自殺的另一個奧地利物理學家埃侖費斯特,在這次會議中,寫信告訴他的弟子們:愛因斯坦就像一個彈簧玩偶,每天早上都帶著新的主意(新的思想實驗)從盒子裡彈出來,向波爾發出質疑。而玻爾總能從雲霧繚繞的哲學和物理學中找到合適的工具,把愛因斯坦的思想實驗,一個接一個的碾碎。
愛因斯坦和波爾的主要分歧就在於:
1、量子世界中是否存在經典物理學中的客觀實在,波爾認為不存在
2、經典物理學的因果律在量子世界中是否還繼續存在,波爾認為不存在
愛因斯坦老人家有句名言:上帝不擲骰子。但其後數十年的研究證實,上帝真的在擲骰子,而且有時候還把骰子扔到看不見的地方去呢。
圖示:決定論 vs. 概率論
新一代物理學家很快就厭倦了這場哲學爭論,他們積極投身到量子世界的奇妙旅程中,只關心實驗結果,不關心結果背後隱藏的世界觀的物理學家們獲得了一個又一個驚人的成果,並且迅速轉變為改變現實的技術,如核彈、原子能技術、半導體、計算機等等,如今我們使用的許多技術都奠基在量子物理學的發展之中。
但在這場論戰中,愛因斯坦提出了著名的“量子糾纏"悖論,當時波爾使用:
未觀察前並不存在兩個分開的粒子,是觀察才得到兩個粒子,因此不論這兩個粒子相隔多遠,它們都是一個整體,而不是獨立的兩個粒子,這可以解決在量子糾纏悖論中,信息將以超光速傳播這樣的難題,因為這將違背狹義相對論。
圖示:我國研發的量子糾纏衛星,實現遠達上千公里的量子糾纏,這個技術據認為是終極信息加密術。
有趣的是,量子糾纏竟然成真了,隨著技術的發展,曾經想象中的量子糾纏現象已經被證實,這大概是愛因斯坦和波爾之爭最重要的一個收穫。有趣的是量子糾纏現象不是由波爾為首的量子物理學家們想到的,這就是爭論的價值和意義了。
薛定諤揪住量子糾纏不放,提出了讓波爾為首這一學派的物理學家非常尷尬的生死貓論。
當波爾堅持用沒有觀察就是概率,就沒有經典力學中的客觀實在來應對愛因斯坦的量子糾纏悖論的時候,薛定諤提出了著名的貓論。用這隻想象中的貓的生死疊加態悖論來追問波爾,以波爾為代表的哥本哈根學派當時只能犟著脖子說:在觀察之前貓就是處於既生又死的疊加態之中。至於這個既生又死的疊加態究竟是一個什麼樣的體驗和感受,那就是另一回事了。
薛定諤的這隻貓,真的”逼瘋“了許多量子物理學家,霍金就曾經說過,當他第一次聽說薛定諤的貓悖論時,他的第一個反應就是,拿上一把槍,將這個該死的貓徹底弄死算球。
這是個思想實驗,是薛定諤用來反駁波爾對量子世界的哲學觀的一個悖論,屬於哲學範疇,並不屬於科學實驗的範疇。
圖示:薛定諤的貓,按照波爾為首的哥本哈根學派來說,它必然行走在奇妙的生死疊加態之中,而這顯然是個悖論,如何解決這個悖論,成為量子物理學後來發展的一個哲學難題。
在哥本哈根學派的哲學觀念中,在量子世界裡,只有被觀察/觀測之後,物質才真實存在,在未進行觀察之前,它們並不真實存在,這裡的真實是指經典物理學中那種真實,嚴格說就是在未被觀測之前,物質以概率波的形式存在,只有在進行觀察之後,概率波才會發生塌縮,塌縮成一個經典物理學上的實體。將這樣的觀念延伸出來,就會得到薛定諤的貓悖論(悖論就是在觀察之前,貓是處於生死疊加態嗎?),還會得到另一個在大眾中不太著名的另一個悖論:
當我們不看(看就是一種觀測)月亮時,月亮還存在嗎?
圖示:當我們不看月亮時,月亮也會變成一個隨機彌散在時空中的概率波嗎?只有當我們觀察它時,它才會塌縮成一個經典物理學上的實在的月亮呢?
而這裡的核心問題是,只有人類的看或測量才是觀察嗎?
在哥本哈根學派的初期解釋中,以波爾為代表的量子物理學家就是這麼理解的,包括現在許多物理學家或物理學愛好者也這麼理解這個問題,但在人類誕生之前呢?整個宇宙都是一團瀰漫的概率波嗎?現在,量子物理學家們這樣解釋貓處於即生又死的悖論問題,那就是物質和物質之間只要發生了相互作用,那麼概率波就會塌縮成一個經典物理學中的實在,並不需要一個具有主觀意識的外部觀察者,貓自己就是一個觀察者,整個薛定諤貓實驗的裝置本身就可以自己觀察自己,並不需要有一個人來打開箱子觀察貓是死是活。當然,這樣的解釋未必能說服所有人。
圖示:不管是否打開箱子看,貓都不會真的處於生和死的疊加態之中,結果是明確的。只要你拋棄必須由一個擁有主觀意識的人去看才算進行了觀察或觀測這樣的哲學觀念就行。
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真相只有一個?
在凶殺案中,只要一個人能夠提供自己不在犯罪現場的客觀證據,那麼至少被害者就不會是這個人親手殺死的,至於是否僱凶殺人,那是另一回事。在現實世界中,你不能同時即在A地又在B地。
圖示:在量子世界裡真相不止一個,而可能是無限多個。
但這樣的經驗和直覺在量子世界中被打破了,單電子雙縫實驗,似乎就在說電子同時穿過了兩條狹縫,它就是同時處於兩個位置。通過巧妙的實驗設計,可以讓一個系統逐個釋放電子,讓這些電子通過兩條緊挨著的狹縫,最終電子會在屏幕上形成特殊的干涉圖案,對此的唯一解釋只能是,每個電子都同時地穿過了兩條狹縫。
圖示:一個接一個的釋放電子得到的圖案,和一次性的釋放大量電子得到的圖案是一樣的。
在一次性的釋放大量電子或光子中得到的干涉樣圖案,是用愛因斯坦提出的波粒二象性來解釋的,光子即是粒子又是波,它們彼此間發生波峰波谷的干涉,於是出現規律的明暗條紋。但是單光子或單電子實驗得到同樣的實驗結果,就讓人不知所措了。
爸爸在哪兒,喔不,是電子在哪兒?真相不止一個
讓我們回顧一下原子的構成:原子核和電子,電子繞著原子核旋轉,就像行星繞著其恆星運動一樣。而且電子分層排布,低能電子靠近原子核,高能電子遠離原子核。
圖示:經典物理學視角下的電子和原子核關係。
當低能量電子吸收一個光子後,會發生軌道跳躍,從內層軌道跳躍到外層軌道,而當它從外層軌道躍遷回到內層軌道時,就會釋放一個光子。
圖示:電子和光子,電子的躍遷。
高能量光子(X射線,伽馬射線)傷害人體的原理也和電子的躍遷有關,如果光子能量足夠高,這個電子吸收光子能量後,甚至就能直接逃脫原子核的吸引,原子或分子就變成了少了電子的正離子,這個過程被稱為電離,能引發電離的輻射,就是醫院X光檢查、CT檢查室外面那個嚇人的標誌,電離輻射危險標誌。
如果物理學對原子的研究到此為止,那麼一切都會非常和諧。
但不幸的是,1926年,奧地利物理學家薛定諤在一次度假滑雪的時候,突然領悟“天機”,寫出了讓他得到諾貝爾物理學獎的薛定諤波函數方程,但也正是他親手寫下的這個方程,參與葬送了曾經美好、和諧的量子世界,從此讓量子世界變得光怪陸離,並且引發了當時頂級的物理學家們的大分裂,形成了兩大陣營,一個以波爾為首,另一個以愛因斯坦為首的對壘,而薛定諤自己也站在了愛因斯坦身後,反對由他自己提出的波函數方程背後隱藏著的哲學寓意。
圖示:薛定諤的波函數方程,這方程是大學物理學生的噩夢。
薛定諤的波函數是個絕妙的方程,它描述了量子世界中那些亞原子粒子的行為和屬性,以及它具有的所有可能的狀態,包含了諸如能量、動量和位置等信息。但是薛定諤本人的確並未透徹地理解他親手寫下的波函數方程的物理學意義,他堅持認為這表明作為粒子的電子並不存在,波爾提出的電子軌道也不存在,電子不是一個粒子,電子只是一個瀰漫的電子波,後來又被稱為電子雲。
圖示:薛定諤提出的電子雲概念和波爾提出的電子軌道的概念有很大的衝突
解決這個難題的方案,引發了極大的爭論,間接導致經典物理學世界觀在量子世界的坍塌,在這裡主宰經典宏觀物理學世界的因果律讓位於概率。按照波爾的說法,電子軌道是波函數方程中電子出現概率最大的區域。但的確電子就是可以出現在任何地方,你還可以用薛定諤的波函數方程計算它們出現在任意位置的概率,但只要你對電子進行觀測,那麼它就會從無處不在的波,塌縮到某一個特定的位置上。
當然按照海森堡測不準定律,你得到的電子位置越是準確,你測量到的電子的動量就越不準確,兩者相乘恰好等於普朗克常數,一般性的理解是說,因為觀測本身就會影響到亞原子粒子的狀態。但由此帶來一個哲學問題,那麼在未觀察前呢,未觀察前電子會擁有確切的位置和確切的動量嗎?這正是經典物理學的概念,宏觀物體的位置和動量不依賴於我們的觀察,它們是客觀存在的,而波爾倡導的哥本哈根學派則從哲學上提出,海森堡測不準定律是量子世界的本性,當我們不去觀察量子世界時,電子也同樣不具有一個客觀的具體的位置和特定的動量,所有這一切都只是概率。
1927年,索爾維物理學會議,最頂尖的物理學家們分裂成三大陣營,但這次分裂奇妙地促進了量子物理學大發展,畢竟你的敵人越強,你還能贏,說明你真的很牛逼。
圖示:1927年,物理學家全明星隊代表,如果三體中的智子真的存在,它只需要抹去這些人,我們現在所擁有的大多數高端技術就會消失得無影無蹤。這些人都是打開量子物理學大門的關鍵人物,但開門之後所見到的一切,讓他們分裂成了三個陣營,這其實是一件幸事。
從普朗克開啟的量子時代發展到後期,形成了三個流派:
1、只關心實驗結果的實驗派,以布拉格和康普頓為代表
2、哥本哈根學派,由波爾開創,波恩和海森堡為左右臂膀
3、反哥本哈根學派:愛因斯坦為領袖,德布羅意和薛定諤為左膀右臂
後來因為對量子物理學拋棄因果律,而絕望自殺的另一個奧地利物理學家埃侖費斯特,在這次會議中,寫信告訴他的弟子們:愛因斯坦就像一個彈簧玩偶,每天早上都帶著新的主意(新的思想實驗)從盒子裡彈出來,向波爾發出質疑。而玻爾總能從雲霧繚繞的哲學和物理學中找到合適的工具,把愛因斯坦的思想實驗,一個接一個的碾碎。
愛因斯坦和波爾的主要分歧就在於:
1、量子世界中是否存在經典物理學中的客觀實在,波爾認為不存在
2、經典物理學的因果律在量子世界中是否還繼續存在,波爾認為不存在
愛因斯坦老人家有句名言:上帝不擲骰子。但其後數十年的研究證實,上帝真的在擲骰子,而且有時候還把骰子扔到看不見的地方去呢。
圖示:決定論 vs. 概率論
新一代物理學家很快就厭倦了這場哲學爭論,他們積極投身到量子世界的奇妙旅程中,只關心實驗結果,不關心結果背後隱藏的世界觀的物理學家們獲得了一個又一個驚人的成果,並且迅速轉變為改變現實的技術,如核彈、原子能技術、半導體、計算機等等,如今我們使用的許多技術都奠基在量子物理學的發展之中。
但在這場論戰中,愛因斯坦提出了著名的“量子糾纏"悖論,當時波爾使用:
未觀察前並不存在兩個分開的粒子,是觀察才得到兩個粒子,因此不論這兩個粒子相隔多遠,它們都是一個整體,而不是獨立的兩個粒子,這可以解決在量子糾纏悖論中,信息將以超光速傳播這樣的難題,因為這將違背狹義相對論。
圖示:我國研發的量子糾纏衛星,實現遠達上千公里的量子糾纏,這個技術據認為是終極信息加密術。
有趣的是,量子糾纏竟然成真了,隨著技術的發展,曾經想象中的量子糾纏現象已經被證實,這大概是愛因斯坦和波爾之爭最重要的一個收穫。有趣的是量子糾纏現象不是由波爾為首的量子物理學家們想到的,這就是爭論的價值和意義了。
薛定諤揪住量子糾纏不放,提出了讓波爾為首這一學派的物理學家非常尷尬的生死貓論。
當波爾堅持用沒有觀察就是概率,就沒有經典力學中的客觀實在來應對愛因斯坦的量子糾纏悖論的時候,薛定諤提出了著名的貓論。用這隻想象中的貓的生死疊加態悖論來追問波爾,以波爾為代表的哥本哈根學派當時只能犟著脖子說:在觀察之前貓就是處於既生又死的疊加態之中。至於這個既生又死的疊加態究竟是一個什麼樣的體驗和感受,那就是另一回事了。
薛定諤的這隻貓,真的”逼瘋“了許多量子物理學家,霍金就曾經說過,當他第一次聽說薛定諤的貓悖論時,他的第一個反應就是,拿上一把槍,將這個該死的貓徹底弄死算球。
圖示:解決貓生死疊加悖論的簡單方法是擴大觀察/觀測的概念,不是說只有人去看才算數,其實整個試驗系統自己就在進行觀察,所謂觀察就是物質的相互作用,在這個實驗中,檢查中子是否釋放的蓋革計數器就是一個觀察者,而正是它決定了貓究竟是死還是活。