薛定谔的猫是量子力学中非常有名的实验,用来证明波函数的不确定性原理。如果猫处于生或死的叠加态,那么它既可以同时是生又可以同时是死。
这只猫在量子理论中有重要地位,而且已经被写进了教科书,但是到现在都没有人知道“猫”到底是生还是死。
实验内容
实验内容是:在一个封闭不透明的匣子里。放置着一只活猫和一个毒气设施,同时这个匣子连接着一个装置。这个装置包含着一个原子核,当原子核发生衰变就会与毒气设施发生反应,就会产生毒气杀死这只猫。反之则会安然无恙,而原子核衰变的可能性为50%,也就是说这只猫有50%的可能性会死,同时也有50%的可能性会活下去。
根据量子力学理论,由于放射性的原子核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。只有当我们观测到这只猫的时候才知道结果。在你打开箱子之前,不知道它是死是活,所以它就处于一种死活叠加的状态中。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”。
争议
这实验其中有且只有一个变量,这个变量就是原子核。只有当原子核发生衰变时,这只猫才会死去。人们把这个变量叫做中间态,在这种情况下,这只猫既不是死的,也不是活的。你无法定义这只猫究竟是死的还是活的,你只能打开盒子,看这只猫是否还活着又或者死去。只有你打开盒子看这只猫时,你才能确定这个中间态,究竟是什么样子的。
这点论证了一个观点:非进行观测,否则一切都不是确定的。但是现实世界中显然不存在一只既是生又是死的猫,这是有悖正常逻辑的。
结论
这项实验旨在论证量子力学对微观粒子世界超乎常理的认识和理解,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。
量子力学作为20世纪最有突破的科学成就之一,也是最具争议的科学之一。“薛定谔的猫”很好的阐述了这一现状。人们不能接受量子力学是因为它的不确定性。对于传统的物理学来说,只要找到了事物之间相关的联系,就能在每时每刻确定,事物之间相关的物理数据,比如说,物体运行距离等于物体的速度乘以物体运行的时间,只要知道物体的速度,你每时每刻都能计算出物体运行了多远,然而海森堡提出的量子不确定性原理使得你无法预知一个微观粒子未来的状态。正如爱因斯坦所说的:上帝不玩骰子,但是量子力学让我们不得不相信,上帝似乎是玩骰子的。
科学不是一个简单的理论,它需要在实践中不断完善,才能有更好的发展。通过“薛定谔的猫”,我们可以看到量子力学的很多有趣现象,可以对量子理论有更深刻的认识。所以,“薛定谔的猫”不仅是一个实验,而且还是一种实验假想,并不是真的存在,那只猫也就无所谓生与死了。毕竟这只是一种哲学思想。
延伸思考
薛定谔的猫这一实验,涉及到了量子力学的几个概念:测不准原理、量子叠加态、概率波等,但是这只“死猫”到底是生还是死,现在还是个谜。
既然在容器还没有打开之前,猫的生命状态是未知的,存在两种状态,那么如果将这个实验放大到整个世界,那么是否在其中一个世界中猫还活着,在另一个世界中猫已经死了。基于这一想法,平行宇宙是否真的存在呢?那么又是谁在观测我们来确定我们的状态?