薛定谔的猫有什么意义吗(“薛定谔的猫”只是一个思想实验,有什么实际意义吗?)

更新时间:2024-10-05 09:48:03

“薛定谔的猫”,确实只是一个思想实验,是由著名物理学家薛定谔提出来的。既然是思想实验,就一定无法在现实中得到验证,事实也确实如此,因为现实中不可能存在“既死又活”的猫。

那么,这个思想实验的意义何在呢?

一开始,薛定谔提出这个思想实验的本意,其实是想质疑讽刺哥本哈根学派提出的不确定性,没想到这个思想实验后来在一定程度上大大推动了量子力学的发展,让更多的人了解了量子力学。

这个思想实验具体是怎样的呢?

其实很简单,一个密封的箱子,里面有一只猫,一个毒气瓶,铁锤,开关,还有放射性元素。

放射性元素一旦衰变,就会触发开关,铁锤落下砸碎毒气瓶,释放出毒气,猫就会被毒死。如果放射性元素没有衰变,结果猫就不会死。

而根据量子力学的不确定性和叠加态原理,放射性元素衰变的概率为50%,说白了,放射性元素处于“衰变与不衰变”的叠加态,那么开关就会处于“开和关”的叠加态,结果就是猫处于“生和死”的叠加态。

对于这样一只猫,现实中肯定是不存在的。于是薛定谔就自豪地说到:看到了吧,玻尔,你如何解释一只“既死又活”的猫?既然现实中不存在这样的猫,那么所谓的叠加态也就毫无道理。

以玻尔为首的哥本哈根学派是如何解释的呢?玻尔的解释是这样的,微观世界的不确定性确实是存在的,那里的一切只能用概率描述,而实验中的那只猫永远不可能处于生和死的叠加态,因为退相干效应的存在,猫所处的环境随时都可能对放射性元素的叠加态产生影响,其实这种影响就是所谓的“观测”,观测并不仅仅指人类用眼睛看,任何形式的测量手段,包括间接的测量,都属于观测范畴。

这正是玻尔坚持的量子力学的核心:不确定性。当我们没有实施观测时,微观粒子就处于一种看似矛盾的“叠加态”,只能用波函数来描述,也就是说,微观粒子就像波一样无处不在。而当我们实施观测的一瞬间,微观粒子就从模糊的“叠加态”坍缩为经典态,也就是确定状态。


薛定谔提出了伟大的薛定谔方程,我们不需要明白这个方程到底是什么意思,只需要明白这个方程在微观世界的地位就相当于牛顿力学在宏观世界的地位就行了。但是对于薛定谔本人来讲,有一个重大遗憾:他无法诠释方程中波函数的物理意义。而任何科学公式,如果不具备一定的物理意义,就是不完整的。让薛定谔没有想到的是,哥本哈根学派代表人物之一的玻恩,竟然诠释了波函数。

玻恩认为,所谓的波函数其实就是概率波,我们只能描述微观粒子在某个位置的概率,不能确定一定会得到何种结果。玻恩也凭借概率波诠释获得了诺贝尔物理学奖。

看出来了吧,一个简单的思想实验,竟然牵扯到如此多的故事。

经过一百多年的发展,哥本哈根诠释成为了如今的科学主流理论,被主流科学界认为,而且量子力学中的很多看似诡异现象,早已应用在我们日常生活中。起码从目前来看,爱因斯坦和薛定谔败给了玻尔为首的哥本哈根诠释。

不过,爱因斯坦和薛定谔等人坚持认为“哥本哈根诠释”是不完备的,所谓的不确定性一定不是量子力学的核心,背后一层隐藏着更深的底层逻辑,也就说所谓的“隐变量”,一旦发现了隐变量的存在,就能找到量子力学的核心所在。

但是,起码从目前来看,没有什么人能提出比“哥本哈根诠释”更好的解释,哥本哈根诠释仍旧是最好最正统的解释。

最后,虽然薛定谔的猫只是一个思想实验,现实中无法亲自验证,但有类似的实验在现实中可以做,而且早已被科学家验证过很多次了,那就是著名的“电子双缝干涉实验”,这个实验表达的思想与“薛定谔的猫”表达的思想其实是一致的,都是想表达量子世界诡异的“叠加态”以及“观测行为”对实验结果的影响。

不同的是,电子双缝干涉实验是真实存在的,而且早已被验证过,从这点上来讲,哥本哈根诠释确实经得起推敲,也难怪会成为量子力学的正统解释!

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