新浪新闻客户端

你可能不知道,薛定谔的猫只是一个思想实验

你可能不知道,薛定谔的猫只是一个思想实验
2020年01月30日 22:00 新浪网 作者 虹虹解说宇宙

  白日梦和思想实验

  我们说一个人爱幻想,就说他爱做白日梦。但是到了科学界和哲学家这里,有个高大上的名字:思想实验。

  思想实验不同于俗话的空想和白日梦,它是理论物理学的研究工具,现在更是被哲学领域玩得溜溜转。科学家可以在脑子里使用某种设备运行某个简单实验,从而证明或者推翻一个假设。

  

你可能不知道,薛定谔的猫只是一个思想实验

  很多时候,物理环境无法达到某些要求,比如真空、比如无阻力等条件,这个思想实验是我们唯一能够采用的方法。而思想实验的成果也很大程度上能够得到后续科学的证明。

  比如惯性、比如万有引力、比如黑洞和引力波。

  下面这张照片聚集了近现代最著名的物理学家,这里不得不一一列出他们的名字,以示敬意。从左至右分别是:(第三排)皮卡尔德、亨里奥特、埃伦费斯特、赫尔岑、顿德尔、薛定谔、维夏菲尔特、泡利、海森堡、福勒、布里渊;(第二排)德拜、努森、布拉格、克雷默、狄拉克、康普顿、德布罗意、玻恩、玻尔;(第一排)朗缪尔、普朗克、居里夫人、洛伦兹、爱因斯坦、朗之万、古耶、威尔逊、理查森。下面提到的薛定谔,在第三排左起第6个。

  

你可能不知道,薛定谔的猫只是一个思想实验

  薛定谔的猫

  最出名的思想实验,是物理学的四大神兽之一:“薛定谔的猫”。真正理解量子力学的人寥寥无几,但是我们都把这只猫当作量子力学的代名词,我们只要知道这只猫并不存在,并且它只是在讽刺量子不确定性就可以了。

  

你可能不知道,薛定谔的猫只是一个思想实验

  事情的起因来自于奥地利物理学家薛定谔,很多人一听到这个薛姓的科学家,就以为是中国人,其实,薛定谔的全名是埃尔温·薛定谔(Erwin Rudolf Josef Alexander Schr?dinger)是一个地地道道的奥地利人。这个名字最初是清末民初的翻译家翻译过来的。那时候学术界喜欢把外国人翻译成中国人名,比如张伯伦、戴高乐、丘吉尔、王尔德、马克思、高尔基、狄拉克、赫胥黎、福楼拜、莫泊桑等。这是文化氛围引起的,那时的文人喜欢西方学术,宣传过来为了让国人更好接受,就都按国人百家姓翻译。

  扯远了,让我们回到那只神兽。当初薛定谔为了用一个宏观尺度,来解释微观尺度中的物理现象,把微观物质是粒子还是波,转变为猫的存在状态,是生还是死。

  薛定谔设计了一个密闭容器,并放入一只猫和一个机关装置,而装置里放有镭和氰化物。如果镭衰变,则会触发机关打碎装有氰化物的瓶子,释放出毒气害死猫。如果镭不衰变,则猫还活着。而镭的衰变是有一定几率的。所以放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加,猫就应该处于或者和死去两种状态的叠加。这就是那只既生又死的猫。

  比萨斜塔实验

  比萨斜塔实验也叫自由落体实验。

  关于落体运动,古希腊哲学家亚里士多德仅仅凭借直觉和观感,曾经作出过这样的结论:重的物体下落速度比轻的物体下落速度快,落体速度与重量成正比。

  

你可能不知道,薛定谔的猫只是一个思想实验

  亚里士多德

  古希腊哲学家亚里士多德认为,物体下落速度的快慢是由它们的重量大小决定的。物体自身重量越大,下落的倾向就越大,那么它下落的速度也就越大。

  伽利略用一个简单明了的思想实验,巧妙地揭示了亚里士多德的理论内容包含的矛盾。伽利略假设有两块重量相同的石头,下落速度相同,那么当他们用绳子拴在一起时,下落速度应该是一致的,绳子不会受到拉扯。但是从另一个方面考虑,用绳子拴在一起的两块石头,作为一个整体,重量变成了原来的两倍,那么下降的速度也会增加。这样就从同一个亚里士多德的理论推出了两个矛盾的结论。

  

你可能不知道,薛定谔的猫只是一个思想实验

  伽利略

  基于此思想实验,1590年伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的实验,结论纠正了古希腊哲学家这个持续了1900多年的错误认识。

  

你可能不知道,薛定谔的猫只是一个思想实验

  直觉泵

  类似的思想实验还有中文屋子、亿年机器人等。哲学家丹尼尔?丹尼特 ( Daniel C. Dennett)的著作《直觉泵和其他思考工具》,介绍了许多思考实验,通过使用大量的辅助性的思考工具,作者称这种工具为直觉泵。它可以拓宽我们想象的宽度和深度,拨开各种思想的迷雾,培养人们如何妥当并且优雅地思考真正的难题。

  

你可能不知道,薛定谔的猫只是一个思想实验

  当你学会熟练运用思想实验这个工具,也许你会猛然间发现,身边的很多习以为常自然而然的观点,其实根本经不起推敲和琢磨。

特别声明:以上文章内容仅代表作者本人观点,不代表新浪网观点或立场。如有关于作品内容、版权或其它问题请于作品发表后的30日内与新浪网联系。
权利保护声明页/Notice to Right Holders

举报邮箱:jubao@vip.sina.com

Copyright © 1996-2024 SINA Corporation

All Rights Reserved 新浪公司 版权所有