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薛定諤的貓的真正意義是什麼?

相信很多人對薛定諤的貓的理論了解都是來自《生活大爆炸》這部美劇。在這部劇里,Penny就自己是否要和萊納德交往這個問題諮詢了謝耳朵,謝耳朵在回答她的問題時引用了這個理論。但是penny顯然一臉困惑。

這個理論是一個理想狀態下有關量子理論的實驗。科學家薛定諤把一隻貓放進一個不透明而且密閉的盒子里,盒子里有一個盛有毒氣的玻璃瓶和一個放射性原子核構成的理想裝置。一個小時之內,這個原子核有50%的可能會發生核衰變,一旦衰變,這個毒氣瓶就會被打開導致貓死亡。但是你如果不打開盒子,你就不知道貓是活著還是死了。所以在打開盒子之前,這個貓既有可能是死的也有可能是活得。

我想謝耳朵引用這個理論,應該是想告訴penny,如果不去嘗試和萊納德在一起,就不會知道他們兩適不適合在一起。

但是這個理論的真正意義是什麼?要從薛定諤以及量子力學說起。

薛定諤(E.Schrodinger ,1887—1961)是奧地利著名的物理學家,也是量子力學的創始人之一,曾獲1933年諾貝爾物理學獎,薛定諤的貓是他在1935年提出的關於量子力學的一個佯謬。這些年來許多物理學家絞盡腦汁,試圖解開這個佯謬。直到最近經過一系列精巧的實驗,這個問題才逐漸有了眉目。2000年7月,《自然》報道了最新的實驗結果。

量子力學是有關電子、原子等微觀粒子的理論,它所揭示的微觀規律與日常生活中看到的宏觀世界很不一樣。原子的大小是10的-15次方米,原子核的大小是10的負18次方米。我們平常所能看到的一切,哪怕是最小(最短)的任何東西裡面都有不是成千上萬。而是數以億億計的原子或分子.

薛定諤的貓,則是描述量子力學「疊加態」的一個假設。

疊加態,指的是一顆粒子在同一時間可能處在兩種不同的狀態里。在宏觀世界裡,這是不可能的。比如一個人不可能既在家中又在屋外。但是在量子世界裡,一個電子,可能處於這個電子云的任何位置。就好比,一個人在家中何處是不確定的。你看他一眼,他可能在任何地方——客廳、廚房、餐廳、卧室或書房都有可能;在你看他之前,就無處不在。

這個規律明顯是難理解的,有的科學家甚至拒絕承認某些規律的真實性,比如著名的科學家愛因斯坦。所以薛定諤的這個虛擬實驗,更像是一個「同時處於生和死兩種狀態的貓」的比喻,來解釋這種(兩種不同性質同時存在的)疊加狀態。是一種現象的描述,而不是什麼理論或者原理。

這個理論聽起來有點像中國「方生方死」的詭辯論。但是這是宏觀上的表達。量子力學是關於微觀世界的物理,它的準則可能與我們所熟知的物理完全不同。

需要注意的是,在這個實驗中,盒子關著的時候,我可以看作還沒有對它進行觀測。打開盒子的這個動作,從宏觀上說可能只是「看一眼」的動作,不會發生什麼變化,在微觀里就是對它進行測量,相當於,從外界介入了它的狀態,他的狀態被改變了。

從這個理論可以看出:一切事物的狀態都不是確定的,除非進行觀測。也就是謝耳朵對penny說道這個理論的初衷。愛因斯坦認為,量子力學只不過是對原子及亞原子粒子行為的一個合理的描述,這是一種唯象理論,它本身不是終極真理。

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