【科普】薛定谔的猫到底是怎么一回事?相关误解诠释。

相信很多人对薛定谔的猫这个词并不陌生。然而,大多数人对它有着各种误解,“打开箱子看一眼能决定猫的死活”这种说法误导了大多数对量子力学并不是很了解的人,产生了量子力学似乎是唯心论的这种误解。但事实上,薛定谔的猫并不是一个佯谬或是悖论,它仅仅是一个理解上的错误。本帖希望通过对薛定谔的猫进行一些详细解释,希望能够解开大家对它的误解。声明在最前面,本作者是在大学学过量子力学的,请大家放心食用。

楼主 用温度计写zi  发布于 2019-07-18 11:12:00 +0800 CST  
首先说明一下,薛定谔的猫在今天有很多不同的含义。最开始它只是指的是由薛定谔提出的那个著名的思想实验本身,后来有一些引申的意义。本文主要讨论最早的那个思想实验本身,说明人们对之的误解在何处。关于引申意义,文末稍微提两句。

楼主 用温度计写zi  发布于 2019-07-18 11:12:00 +0800 CST  
关于薛定谔猫实验,这个实验的内容我引用一下百度百科对它的描述:
[将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变存在几率,如果镭发生衰变,会触发机关打碎装有氰化物的瓶子,猫就会死;如果镭不发生衰变,猫就存活。根据量子力学理论,由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加,猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”。]
现在我们一起来想想如果真的要做这个实验的话,大家应该怎么做。


现在如下图,有一个箱子,里面有一个装有放射性元素(也就是上述的镭)的容器,一个毒气瓶(里面装有氰化物),一只猫。


楼主 用温度计写zi  发布于 2019-07-18 11:13:00 +0800 CST  
现在我们想要实现的功能是,一旦镭衰变,就触发毒气瓶杀死这只猫。
为了实现这个功能,我们需要一个控制器,在接收到信号以后,开启毒气瓶杀死这只猫。
我们还需要一个感应器,感应放射性元素镭,将镭是否衰变的信号转化为电信号。
还需要一套信号传输装置,把感应器的信号传递给毒气瓶的控制器。这样一来,整个一套触发装置就搭建完毕了,如下图所示。


楼主 用温度计写zi  发布于 2019-07-18 11:13:00 +0800 CST  
我们现在就可以看出问题了。问题就出在放射性元素的感应器上面。如果你愿意,你也可以将感应器叫做探测器,用以探测元素是否衰变。量子力学中的“观测”并不是仅仅用人眼观看才算(很多人有着这样的误解所以认为量子力学唯心,其实这是不对的),任何探测装置的使用,甚至任何与被观测的物体发生相互作用的行为,都是观测行为。因此,这个放射性元素容器中的“是否已经衰变”的量子叠加态,在它与“感应器”发生相互作用的一刻起,就已经坍缩了。因此,坍缩后的态,是要么已经衰变,要么没有衰变,而并不是衰变和不衰变的叠加态。因此,猫要么死,要么活,而并不是死活的叠加态。它死还是活与你开不开箱子看一眼无关。


“薛定谔的猫”实验是在量子力学建立初期提出的,当时的人们对量子力学这种新理论没有构成全面的了解,所以他们提出了“薛定谔的猫”这种其实很好解释的模型。薛定谔的猫实验本身不是一个待解决的难题,而是早期物理学家们对量子力学理解不充分而造成的理解上的错误。


关于薛定谔猫的引申意义,现在的科学家们在尝试构建宏观的量子态,例如使用大分子的C60进行双缝干涉实验。这些物理学家们把这种态叫做“薛定谔猫态”,其实有一部分玩梗的意味。薛定谔猫态有时可以用做宏观量子态的戏称。对于宏观量子态这一领域,我也并不是十分了解,因此本文不做过多介绍了。

楼主 用温度计写zi  发布于 2019-07-18 11:14:00 +0800 CST  
希望这篇帖子能够帮助大家更好的理解薛定谔的猫相关的问题。
最后,本帖拒不接受抬杠,谢谢。过于影响观感的杠我会删掉的。合理和气的意见和提问不算在内。

楼主 用温度计写zi  发布于 2019-07-18 11:15:00 +0800 CST  

楼主:用温度计写zi

字数:1349

发表时间:2019-07-18 19:12:00 +0800 CST

更新时间:2019-09-13 14:53:30 +0800 CST

评论数:119条评论

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