“薛定谔的猫”到底是用来干嘛的?它和量子力学有什么关系?

“薛定谔的猫”到底是用来干嘛的?它和量子力学有什么关系?
2019年11月11日 14:56 新浪网 作者 钟铭聊科学

量子力学为什么会有这么多“梗”?

一直以来都有民间都有一种说法:“遇事不决,量子力学”,量子力学其实是让一般人误解最深的一个科学理论。关于量子力学其实还有很多“梗”,比如:薛定谔的猫,上帝不掷骰子等等。

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那么问题就来了,为什么关于量子力学会有这么多的“梗”?比如:薛定谔的猫?

今天,我们就来详细的说一说。

让人无法理解的量子力学

尼尔斯·波尔是是量子力学的奠基人之一,哥本哈根学派的领袖,他就曾经说过这么一句话:

如果有人不对量子力学感到困惑,那只能说明这个人不懂量子力学。

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而后来量子力学的大牛,曾经参与曼哈顿计划,也拿到诺贝尔奖的物理学家费曼,也曾经说过这么一句话:

世界上没有人懂得量子力学。

量子力学的另一个奠基人薛定谔,也就是提出薛定谔波动方程的科学家,他直接就站到了量子力学的对立面,当然不止薛定谔,爱因斯坦其实也是量子力学的奠基人之一,他最早提出“光量子假说”用来解决了光电效应问题。后来爱因斯坦也站到了量子力学的对面。

而薛定谔提出“薛定谔的猫”其实就是用来刁难量子力学哥本哈根学派的理论的

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他到底是在反对什么呢?

实际上是这样的,上世纪初期,科学家就一直在研究微观世界的物理规则。这是因为恰好在上个世纪初期,观测技术突飞猛进,当人们拿“牛顿理论”来套用微观世界的物理学规律时,就发现误差大到无法忍受的程度。

实际上,网上天天有人叫嚣着“推翻”物理学理论。可很多人不了解物理学家们,他们是一群最激进的保守主义者。他们一般都会用现有的理论去套用新的物理学现象。这是因为旧的物理学理论是最可靠的,你想牛顿力学经历了几百年的考验屹立不倒,这都不相信还能信啥?

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因此,如果牛顿力学还足够精准,物理学家们就会用牛顿力学来解释物理学现象。但是还有一种情况会让物理学家们变得非常激进。这种情况就是用牛顿力学解释新的现象时出现了无法拟合的误差。这时候物理学家就会开始着手新理论的建设。因此,我们才说物理学家们其实是激进的保守主义者。

微观世界的现象就是当时科学家们想要攻克的。他们在研究微观粒子的运动时,就发现很多无法理解的现象,十分诡异,完全和宏观低速的世界是不同的。这才有了上文中,波尔和费曼所说的那些话。

后来,海森堡提出了不确定性原理、薛定谔提出的薛定谔波动方程解释了微观粒子的物理学规律,而狄拉克证明了不确定性原理和薛定谔波动方程是等价的。

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海森堡的不确定性原理说:微观粒子的动量信息和位置信息是不可能同时获得的,测量本身也会影响到微观粒子的状态。这也是哥本哈根学派对于量子力学的一个主流解释。

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按照这个理论,我们熟悉的原子结构都会发生改变,原本大家认为电子是绕着原子核运动的,就像太阳系模型一样。但是不确定性原理告诉我们,我们不可能准确地知道电子具体在哪里,我们知道它出现在哪的概率是多少,所以只能用概率云来描述

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“薛定谔猫”的目的

爱因斯坦和薛定谔对此并不买账,他们认为这个“概率”的解释太诡异了。于是,爱因斯坦和在波尔争论时就说,上帝不会掷骰子。而波尔说:“爱因斯坦,你别指挥上帝如何做事。”

薛定谔更绝,他直接提出“薛定谔的猫”,这其实就是让一般人也能理解“量子力学中诡异的现象”,也就是猫处于生存与死亡的叠加态中

“薛定谔的猫”到底是用来干嘛的?它和量子力学有什么关系?

这其实是一个思想实验,事实上这实验没办法做,但它却讽刺了量子力学哥本哈根学派的“叠加态”的解释,以及吐槽“观测者对于实验结果影响”的观点

不过,随着后来的科学水平的发展,事实证明,目前的结果是更倾向于哥本哈根学派这边的,也就是说,量子力学并非是不完备的,而是坚实可靠的理论,虽然它看起来可能很匪夷所思。

当然整个过程不只有上述的那几位科学家,参与到整个量子力学发展中来的人前前后后有成百上千个世界顶级的科学家,这其中最关键的人物都在下面这张照片当中。

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