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實驗做還是不做?這是一個問題!

讀完本文,聰明的您,還發愁實驗該怎麼完成嗎?

其實,僅僅使用大腦,也能創造出奇蹟。

相信很多人都聽說過一個關於量子力學的經典實驗——薛定諤的貓。

實驗過程如下:把一隻貓放進一個封閉的盒子里,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,貓則處在死和活的疊加態,即「既死又活」(而非你萌思考的「半死不活」、「要麼死要麼活」,各種區別,自己品味去吧)。

其實,這個實驗還是一個打臉的小笑話。因為薛定諤的這個實驗的本意是想說——如果不能對波函數塌縮以及對這隻貓所處的狀態給出一個合理解釋的話,量子力學本身是不完備的。

現在提起薛定諤的貓,都是用來說明哥本哈根學派量子力學的。但在當時,薛定諤是反對哥本哈根理論的,他提出這個貓的實驗的本意是為了嘲諷哥本哈根學派的荒謬……

但是,別忘了提出這個實驗的主人公——薛定諤,本想拿來反擊對手的武器,一個無法被實際實驗證實的,僅僅停留在理論上的實驗,卻反被對手奉為圭臬,也被後人狂歡一般打臉……

同時是打臉和不打臉的疊加態,其實這很量子力學。

但是,你知道為啥這個赫赫有名的實驗,卻並未被任何科學家實踐過嗎?

猜想,如果在一定時間後把盒子打開,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。

那麼問題來了:這個系統是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既死又活?

而打開盒子的這個動作,本身就已經使整個實驗環境發生了擾動。所以,打開盒子後所看到的狀態,是真正實驗結果的狀態嗎?

所以,這個實驗,很難被真正的實驗所驗證。

其實,在物理髮展史上,存在很多很多這種未被真正實踐過,卻赫赫有名的實驗。

而它們也有一個自己的名字——思想實驗。

思想實驗就是指僅通過想像力去進行的實驗,進行思想實驗的原因也往往是因為其實驗內容在現實中無法做到或者實驗條件在現實中並不存在。

據說,伽利略是一位非常喜歡進行思想實驗的科學家。伽利略的學生曾推測過,他並沒有用從比薩斜塔上同時扔2個鐵球的實驗來證明亞里士多德的錯誤。而這個實驗,都是在他聰明的大腦里和嚴密的演算中所完成的。(但也有人說他確實做過這個實驗,到底做沒做過呢?只能以後親自去問伽老爺子了)

關於伽利略的慣性原理的實驗,也是通過他強大的思維來實現的。在無摩擦的環境下,一隻高處滑下的小球將在平面上一直運動下去。但是無摩擦的實驗條件是無法得到的,而慣性原理里——那隻可以保持靜止或勻速直線運動里的物體,也永遠無法真正的「享受到」不受任何外力(或者合外力為0)的條件。但是,這個原理卻因這個思想實驗而世人認可、接納,並成為物理史上永遠的豐碑。

另一個赫赫有名的思想實驗與那隻疲憊的麥克斯韋妖有關。如果這隻妖精真的存在的,由他控制的小門將會決定哪一方熵增,哪一方熵減,熱力學第二定率(熵增定律)也將會受到威脅。雖然經過後人的不斷思考,麥克斯韋妖被逐漸否定,但是在當時,這真的是一個或可推翻一則偉大定律的「小妖精」。

思想實驗需要的是想像力,而不是感官。雖然只停留在理論上,但它也起到了推動物理學發展的重要作用。

就像笛卡爾的那句名言:「I think,therefore iam」。在這句哲學命題里,我們也看到:沒有思想解決不了的問題,除了思想本身。思想之強大,無可比擬。

愛因斯坦也曾說過的:

理論的真理在你的心智中,不在你的眼睛裡。」

回答了會有禮物的Questions:

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編輯:顏相寧

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