如何向文科生淺顯易懂的講解薛定諤的貓?

比如我,沒有理論物理學的基礎,一直搞不懂薛定諤的貓到底是什麼,但是老有人提他。想了解這到底有什麼奧妙?
10 個回答
2B青年欢乐多2
2017-05-27

我們還是從頭開始說吧。

在牛頓的那個時代,隨著眾多物理學家的不懈努力,以經典力學和麥克斯韋電磁理論為代表的經典物理建立起來。但,任然有一個問題困擾物理學家們:光是什麼?到底是粒子?還是波?

千萬不要小瞧這個問題,粒子派和波動派的兩路大神們為此撕了上千年的逼。粒子派認為光是一種粒子,波動派認為光是一種波(媽的智障這不是廢話嗎)。還有要注意的一點是,波是需要介質的:聲波的介質是空氣,水波是水。那光呢?波動派的大佬們假設了一種:以太。當然,我可以直接告訴你結果:波粒二象性,光即是粒子也是波。重點是波動派的一項實驗:光的衍射實驗。這項實驗是隻能由波動性來闡釋而粒子性無可奈何的。

我要是現在告訴你,上面的一大段跟那隻誰也不知道死沒死的貓沒什麼直接關係你會不會打我?

正戲馬上開始:法國人德布羅意在他的論文裡,寫了一個驚世駭俗的結論:波粒二象性不僅僅適用於光,也適用所有的粒子,即物質波。根據這一假說,像電子這類最經典的粒子也會呈現波的特性(可由電子衍射實驗證明)。而另一問題隨之而來:什麼時候物質呈現波動性?什麼時候呈現粒子性?哥本哈根學派說:觀察。因為我們的觀察,導致電子雲坍縮,變成了粒子,如果不觀察,就會以機率波的形式存在。(微觀物質以波的疊加混沌態存在,一旦觀察後,他們就立即選擇成為粒子)

這對於物理學家太難接受了:我們人類是波?比如說:如果是粒子,那我們就只能出現在一個地方。如果是波,就能即在北京又在廣州? (*゚ロ゚)!!

薛定諤的貓就是薛定諤用來懟這種觀點的。在一個盒子裡有一隻貓,以及少量放射性物質。之後,有50%的概率放射性物質將會衰變並釋放出毒氣殺死這隻貓,同時有50%的概率放射性物質不會衰變而貓將活下來。
如何向文科生淺顯易懂的講解薛定諤的貓?根據經典物理學,在盒子裡必將發生這兩個結果之一,而外部觀測者只有打開盒子才能知道里面的結果 。在量子的世界裡,當盒子處於關閉狀態,整個系統則一直保持不確定性的波態,即貓生死疊加。貓到底是死是活必須在盒子打開後,外部觀測者觀測時,物質以粒子形式表現後才能確定。這項實驗旨在論證量子力學對微觀粒子世界超乎常理的認識和理解,可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理,客觀規律不以人的意志為轉移,貓既活又死違背了邏輯思維。

云爱云逮
2017-04-27

我就是文科生,我來說說我的理解。


薛定諤的貓,你不試你怎麼知道

原 創 文 / 靉 靆


我就是文科生,我來說說我的理解。


薛定諤的貓,你不試你怎麼知道

原 創 文 / 靉 靆


把一隻貓放進一個封閉的盒子裡,然後把這個盒子連接到一個包含一個放射性原子核和一個裝有有毒氣體的容器的實驗裝置。設想這個放射性原子核在一個小時內有50%的可能性發生衰變。如果發生衰變,它將會發射出一個粒子,而發射出的這個粒子將會觸發這個實驗裝置,打開裝有毒氣的容器,從而殺死這隻貓。


根據量子力學,未進行觀察時,這個原子核處於已衰變和未衰變的疊加態,但是,如果在一個小時後把盒子打開,實驗者只能看到“衰變的原子核和死貓”或者“未衰變的原子核和活貓”兩種情況。

現在的問題是:這個系統從什麼時候開始不再處於兩種不同狀態的疊加態而成為其中的一種?在打開盒子觀察以前,這隻貓是死了還是活著抑或半死半活?

如何向文科生淺顯易懂的講解薛定諤的貓?

沒錯,這就是“薛定諤的貓”。

它是量子力學的著名實驗之一,是由奧地利物理學家薛定諤於1935年提出,其目的是為了諷刺量子力學中的哥本哈根學派。

哥本哈根學派認為,在沒有測量之前,一個粒子的狀態模糊不清,處於各種可能性的混合疊加,比如一個放射性原子,它何時衰變是完全概率性的。

只要沒有觀察,他便處於衰變不衰變的疊加狀態,只有確實的觀測了,它才隨機選擇一種狀態而出現。

於是,薛定諤就把這個理論宏觀化,並選了一直可憐的貓作為實驗對象。如果根據哥本哈根學派的觀點來看的話,可以推論出:

當他們都被鎖在箱子裡時,因為我們沒有觀察,所以那個原子處在衰變&不衰變的疊加狀態,因為原子的狀態不確定,所以貓的狀態也不確定。

只有當我們打開箱子查看時,事情才有最終定論:

要麼貓四腳朝天躺在箱子裡死掉了,要麼它活蹦亂跳的“喵喵”直叫。


問題是,當我們沒有打開箱子之前,這隻貓處在什麼狀態?

一隻貓同時又是死又是活的?

它處在不死不活的疊加態?

物理學家霍金聽到這個實驗時,曾說:

“讓我去拿槍打死這隻貓”。


哈哈,這個實驗作為一種假設的理想試驗,並沒有真正進行過,所以貓到底是死是活也無從談起,但它從很大程度上開始讓人們關注量子力學在宏觀世界中運作的規律,這也是本實驗讓人為之震驚的根源吧。

薛定諤貓在打開盒子之前並不會處於什麼不死不活或者稀裡糊塗的量子態。

一個對應死貓的量子態和一個對應活貓的量子態疊加出來的量子態是一個很奇葩但並不糊塗的量子態。

任何一個量子態都可以分解為若干量子態的線性疊加,打開盒子,盒子裡面的量子態會因為跟外部的相互作用而發生演化,但這個演化並不是從一種不死不活的糊塗量子態演化到有明確死活的量子態,而是從原本死活就很明確的量子態演化到宏觀地看上去與原來極其接近的另一個量子態,演化到一個宏觀地看上去與原來很不相同的量子態的概率幾乎為零。


這個實驗的結果是:

外部觀測者只有打開盒子才能知道里面的結果。

所以說,要等到打開箱子看貓一眼才決定其生死。

這卻是薛定諤的決定,而不是發現!

這大概像哈姆雷特王子曾說的“To be or not to be”。

薛定諤的貓必是極度晦澀的,其實連很多宣傳艾弗萊特的人對多重歷史也有理解偏差,不光是歷史的去路有分叉,來路一樣有分叉。

對於這種“偶現”的現象,這種違反了我們目前科技認識的無因之果,愛因斯坦終其一生都無法相信,他說:上帝永遠不會擲骰子,其它科學家對此也莫衷一是,生在那個年代的科學家薛定諤也是如此。

心定,心定,心定……

“誰也不能證明明天的太陽是否能照常升起,只有明天來了,你才知道太陽是不是升起了”。

曾記否?

在美劇《生活大爆炸》中,科學怪人“謝耳朵”就用“薛定諤的貓”向鄰家美女佩妮解釋她和Leonard的戀愛關係。

Leonard是謝耳朵的室友,他和鄰家女招待員佩妮擦出了一點愛情的火花,卻又都不好意思開口印證,這就好比“薛定諤的貓”,有一點神祕感,卻又看不清,正是因為看不清,它又不停地撓動你的心。

“現在你和萊納德潛在的可能,既可以被認為是美好的也可以是不好的,只有當你打開盒子時,你才知道到底是哪一種。”

然後佩妮說:“明白了,你是說我應該先和萊納德處處看。”我和佩妮理解的一樣,但謝耳朵卻又說“不不不。”

可憐的謝耳朵用再通俗不過的話一遍又一遍地向佩妮解釋,可佩妮聽來聽去卻只有一句話:“所以,這就與一隻貓有關?”

薛定諤:因果與觀察者有一定關聯。

等等,這隻命苦的貓啊,快別說了!貓生氣了!

我的最終想法是:兩人合不合適,只有在一起,試一試才知道!你不試你怎麼知道?

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如何向文科生淺顯易懂的講解薛定諤的貓?

williams-王sir
2017-11-07

這個問題我覺得有必要和大家科普一下,“薛定諤的貓”是由

奧地利

物理學家薛定諤於1935年提出的有關貓生死疊加的著名思想實驗,實驗是這樣的:在一個盒子裡有一隻貓,以及少量

放射性物質

。之後,有50%的概率放射性物質將會

衰變

並釋放出毒氣殺死這隻貓,同時有50%的概率放射性物質不會衰變而貓將活下來。那麼在沒打開盒子前,沒人知道貓是生是死,因此貓現在的狀態是既生又死的狀態。

用個淺顯易懂的方式說給文科生聽吧!

你喜歡一個女生,你想和她表白,但是一旦表白了就只剩下兩種結果,要麼被拒,要麼成功。那如果你永遠都不表白,那她永遠也無法拒絕你,那這時候的你就是成功和失敗的疊加狀態啦。

但是按照相對論來說,宏觀世界的一切都是已經發生了的,或者有他的關聯性,也就是說,如果你又高又富又帥又專一,對這個女生又很好,那麼她很大概率會答應你的表白,但如果你要啥沒啥,還長得猥瑣,那百分百會被拒絕。或者通過你的努力,你仍然可以改變結果。這種狀態下的你就不是成功和失敗的疊加狀態,因為一切都已經有答案了,只是你想不想去證實這個答案而已。

而微觀世界裡的量子崩塌才是真的毫無關聯性,不是你能夠決定的,也沒有任何一個人能夠預測。這種不確定性會演變成兩個平行宇宙,一個崩塌了,一個沒崩塌。量子物理學最好不要試著去搞明白,因為要麼你研究透了,你變成了瘋子,要麼你研究不通,你變成個傻子。就好像我問你,你怎麼證明你現在的世界就是真實的?我是真實的?你自己是真實的?



這個問題我覺得有必要和大家科普一下,“薛定諤的貓”是由

奧地利

物理學家薛定諤於1935年提出的有關貓生死疊加的著名思想實驗,實驗是這樣的:在一個盒子裡有一隻貓,以及少量

放射性物質

。之後,有50%的概率放射性物質將會

衰變

並釋放出毒氣殺死這隻貓,同時有50%的概率放射性物質不會衰變而貓將活下來。那麼在沒打開盒子前,沒人知道貓是生是死,因此貓現在的狀態是既生又死的狀態。

用個淺顯易懂的方式說給文科生聽吧!

你喜歡一個女生,你想和她表白,但是一旦表白了就只剩下兩種結果,要麼被拒,要麼成功。那如果你永遠都不表白,那她永遠也無法拒絕你,那這時候的你就是成功和失敗的疊加狀態啦。

但是按照相對論來說,宏觀世界的一切都是已經發生了的,或者有他的關聯性,也就是說,如果你又高又富又帥又專一,對這個女生又很好,那麼她很大概率會答應你的表白,但如果你要啥沒啥,還長得猥瑣,那百分百會被拒絕。或者通過你的努力,你仍然可以改變結果。這種狀態下的你就不是成功和失敗的疊加狀態,因為一切都已經有答案了,只是你想不想去證實這個答案而已。

而微觀世界裡的量子崩塌才是真的毫無關聯性,不是你能夠決定的,也沒有任何一個人能夠預測。這種不確定性會演變成兩個平行宇宙,一個崩塌了,一個沒崩塌。量子物理學最好不要試著去搞明白,因為要麼你研究透了,你變成了瘋子,要麼你研究不通,你變成個傻子。就好像我問你,你怎麼證明你現在的世界就是真實的?我是真實的?你自己是真實的?



寒寒爱晗晗
2017-12-06

文科生來答一發,希望能夠解釋清楚。

提起薛定諤的貓,就不能不從量子理論談起。以玻爾為代表的哥本哈根學派認為,所有可能的事件,無論其多麼奇怪或者可笑,都有一定的概率發生。即在進行觀察前,物體可以同時以各種可能的狀態存在。要確定物體處在什麼狀態,必須進行觀察,它使物體進入確定狀態,使波函數(波函數用於給定我們在特定狀態下發現物體的精確概率)消失。如你觀察一棵樹前,你不知道它是不是倒下的。事實上,這棵樹可以同時存在所有的可能性:也許它被燒掉、倒下、被劈成了柴等等。但是一旦進行了觀察,這棵樹就突然呈現一種確定的狀態了。

如何向文科生淺顯易懂的講解薛定諤的貓?(圖為薛定諤)

薛定諤為了推翻玻爾的概率概念,提出了薛定諤的貓這個實驗。但是薛定諤的貓卻成為通俗易懂的解釋概率概念的範例。

如何向文科生淺顯易懂的講解薛定諤的貓?

想象一隻貓被關在一個盒子裡。盒子裡有一瓶毒氣,瓶子上有一個錘子,錘子連接到一個蓋式計數器,計數器放在一塊鈾的附近。鈾原子的放射性衰變是一個事先無法預知的純粹的量子事件。比如說鈾原子在下一秒衰變的機率是百分之五十。如果鈾原子衰變,它將觸發蓋式計數器,計數器又將觸動錘子將玻璃瓶打碎,毒氣將殺死這隻貓。打開盒子之前我們不可能知道這隻貓是死是活,也就是說這隻貓處於既死又活的狀態。而一旦打開盒子,波函數就消失了,我們就可以確認貓的精確狀態。

在我看來,薛定諤的貓解釋的概率概念類似於中國王陽明的心學:爾未看此花時,此花與爾心同歸於寂。爾來看此花時,則此花顏色,一時明白起來。便知此花,不在爾的心外。

簡而言之,萬事萬物處於不確定的狀態,需要觀察才能確定事物的精確狀態。

至於由薛定諤的貓延伸出的平行宇宙則是後來科學家們的假設了。

三千剑气近
2017-12-06

總有些人希望從哲學或者思想的角度扳倒薛定諤的貓,但是說白了那個例子只是為了讓普通人能直觀的聽懂。而真正支持悖論的東西在這呢。
如何向文科生淺顯易懂的講解薛定諤的貓?
你說看不懂?那就對了。

不要用你可愛的語言想去說明薛定諤的貓是異想天開,別忘了這是物理。。

提线19418910
2017-12-08

薛定諤的貓實際是排除觀察者的實驗。在我們生活世界中,觀察者無處不在,我們一直認為事物是確定,穩定的。在微觀世界,尤其是量子世界,世界是不確定的。觀察者影響量子狀態,這個是真正觀察到的量子現象。

簡單的說,一個量子在沒有觀測者觀測時候,是一個量子云的狀態。進行觀察後,量子就會坍塌成一個確定狀態。我們可能都知道量子有波粒二相性,但是波態和粒子態每次都有隻能觀測到一個,量子會呈現波態和粒子態是不同觀測方法得到的不同現象。感興趣的可以去查,有很多著名實驗。

所以說,我們討論的不是物質論或者意識論,也不是說因為人的意志就干涉了物理。觀測者可以是機器,機器總不會有意識吧?觀測者就是觀測者,是對於量子因為觀察而產生觀測效應的第三方。

我說的算是最基本通俗的東西了。。我本身工科,現在法學,算是文理合一。文理有區別,但是文理之爭就是菜雞互啄,因為會爭的,你們不是文的代表,也不是理的代表。你們只是學習者而已。與其在這爭,多學習可好?

航行观世界
2017-12-23

作為本領域有過研究的人我可以大致解釋一番。

筆者也寫了類似的文章,感興趣的可以關注我看看。

通俗來講 這個實驗是這樣的:你給一個盒子了放了一隻貓,過幾天去看,貓的死活其實不在於毛,而在於你解開蓋子的那一瞬間!如果貓是死的,那是因為貓活著的那個宇宙瞬間坍塌了,如果貓是活的,同樣的,貓死了的那個現實宇宙瞬間坍塌了。

這個道理告訴我們,我們的現實不僅僅只有我們,而是由無數和我們一樣的人群組成的多重現實,或者多重地球。

電影《彗星來的那一夜》為我們完美的解釋了此道理。

如何向文科生淺顯易懂的講解薛定諤的貓?

九门提督坎震离
2017-05-01

有人解釋過,套用一下。我們先約定俗成,進行一個配對,就是量子糾纏,這就等於一雙手套,左右手組成。然後,我們閉著眼悄悄從中分別拿出一隻手套,放進兩個郵箱裡。一隻寄往中國,一隻寄到美國,誰都不知道是左手套還是右手套寄到了中國,但是無論哪一邊的包裹,我們只要打開一個包裹發現是左手,就一定知道另一個是右手套。這就是觀察後坍縮。

講了也沒什麼用,這個需要知識基礎作為儲備才能理解,超出了他的知識結構。有些時候,會用手機就行了,不一定要掌握製造手機的方法。

Forever热忱
2017-12-08

你只知道有毒的盒子裡有一隻貓,但你不知道它死了還是沒死,這就需要你打開盒子去判斷。在你打開盒子之前,貓是處於一種可能死了也可能活著的狀態,並且一直處於這種狀態(雖然常理上貓沒被毒死也會餓死)

Beatrice的小跟班
2017-03-27

我曾經看過一本哲學類書籍,裡面有句話讓我印象深刻
“誰也不能證明明天的太陽是否能照常升起,只有到明天來了,你才知道太陽是不是升起了”

我覺得這句話很能代表薛定諤關於這個實驗的要理

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