物理学第四大神兽:薛定谔的猫

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    关注:46 时间:2019-06-01 18:26:01
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    薛定谔的猫前导:薛定谔方程
    薛定谔的猫是奥利地物理学家薛定谔提出的一个思想实验,由于薛定谔的猫与人们的经验常识相悖,所以在它提出后便在物理学届引起了轰动,所以人们往往提到一提到物理学家薛定谔,就会不自觉的想到那只该死的猫,但这里要重点讲一下的是,薛定谔对于物理学、尤其研究微观粒子世界的量子力学做出了重大的贡献,薛定谔提出的薛定谔波动方程对于量子力学做出了不可磨灭的贡献,在量子力学创立的初期阶段,物理学家虽然对于微观粒子的特性及量子的概念有所了解,但是却无法使用数学的方式系统地去描述微观粒子的运动,在宏观世界,我们使用牛顿力学与相对论去描述宏观物质的运动,可在微观世界却一直处于空白,物理学家薛定谔则很好的弥补这块残缺,他提出的薛定谔波动方程能精准的描述微观粒子运动,它的地位就如同宏观世界中的牛顿力学,不过薛定谔波动方程却引发了物理学家一场更为激烈的争论。
    薛定谔波动方程究竟代表物质的实质运动、还是概率?
    薛定谔波动方程是通过理论公式推导出来的,那么在其诞生之后,薛定谔需要赋予它一个实际的物理意义,波动方程,顾名思义,薛定谔认为:微观粒子实际上一种波,薛定谔波动方程则是描述弥漫在空间中的粒子波运动情况的方程,这个解释看上去很完美,不过量子力学哥本哈根学派却给出了不同的解释,哥本哈根学派认为微观粒子在没有被观察之前并不是实际存在的粒子,而是多种状态的概率叠加,哥本哈根称其为微观粒子的不确定性,基于微观粒子的这种特性,哥本哈根学派认为既然微观粒子具有不确定性,那么薛定谔波动方程就不可能完备的描述微观粒子的运动,薛定谔波动方程的实质是微观粒子在空间中出现的概率分布。
    将微观粒子视为一种概率?将薛定谔方程的物理意义定义为微观粒子的概率分布,这是很多物理学家都无法接受的,以爱因斯坦为首的多位物理学家表示反对,就连薛定谔波动方程的创建者薛定谔都无法接受这种解释,难道微观粒子在没有被观察时就无法确定其状态?难道组成物质的最基本粒子本质上是一种概率?
    对于哥本哈根学派最大的讽刺:薛定谔的猫
    以爱因斯坦为首的多位物理学家坚决反对将微观粒子行为视为一种概率的哥本哈根诠释,爱因斯坦曾经多次在物理学会议或者论文中提出思想实验来反驳哥本哈根诠释,最著名的就是EPR详谬,而薛定谔也不甘示弱,薛定谔在1935年的一篇关于量子力学现状的论文中对于量子哥本哈根诠释进行了批判,并且提出了那个震惊世界的猫,即薛定谔的猫。
    在一个密闭的箱子中放进去一只猫,箱子中放置一个由原子衰变控制的毒气瓶,不过原子衰变是无法人为控制的随机事件,如果原子发生了衰变,那么毒气瓶就会被触发,猫就会被毒死,如果原子没有发生衰变,那么猫就会安然无恙的继续呆在箱子里,这个实验本来没有什么特别,但薛定谔创造性的选择使用量子力学的哥本哈根概率诠释来解释这件事,结果一切就变得不一样了。
    由于原子发生衰变是一个随机事件,所以猫的死活也是一个概率事件,要么死,要么活,那么根据哥本哈根诠释,当人们不打开箱子进行观察时,猫就如同微观粒子一样具有不确定性,即猫处于一种死与活的概率叠加状态,我们将其称为:生死叠加态,好吧,薛定谔在这个思想实验中搞出来一个生死叠加态的猫,这只猫在现实生活中根本就不可能存在,因为猫的死活是取决于毒气瓶是否被触发,而不是人是否进行了观察,但如果使用哥本哈根诠释去解释这只猫的话,这只生死叠加态的猫又的确存在,薛定谔将微观量子效应应用到宏观世界中来,于是诞生了这种既死又活的荒诞的猫,薛定谔的本意是使用这种矛盾来讽刺哥本哈根诠释是多么的荒唐,但令薛定谔没有想到的是,这个在他论文中假设的思想实验却在几十年后火遍了全世界。
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