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量子力学小知识:薛定谔的猫

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把一只猫放进一个封闭的盒子里,然后把这个盒子连接到一个包含一个放射性原子核和一个装有有毒气体的容器的实验装置。设想这个放射性原子核在一个小时内有50%的可能性发生衰变。如果发生衰变,它将会发射出一个粒子,而发射出的这个粒子将会触发这个实验装置,打开装有毒气的容器,从而杀死这只猫。根据量子力学,未进行观察时,这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态,但是,如果在一个小时后把盒子打开,实验者只能看到“衰变的原子核和死猫”或者“未衰变的原子核和活猫”两种情况。现在的问题是:这个系统从什么时候开始不再处于两种不同状态的叠加态而成为其中的一种?在打开盒子观察以前,这只猫是死了还是活着抑或半死半活?这个实验的原意是想说明,如果不能对波函数塌缩以及对这只猫所处的状态给出一个合理解释的话,量子力学本身是不完备的。


1楼2012-10-31 12:51回复
    这个思想实验的意义是,将量子理论从微观领域带到了宏观领域,而导出和一般常识相冲突的结果。根据哥本哈根学派的解释,当观察者未打开盒子之前,猫处于一种“又死又活”的状态,该状态可以用一个波函数来描述,而波函数可由薛定谔方程解出。一旦观察者打开盒子观察,波函数会坍塌,猫呈现在观察者面前的只会是“生”或“死”的状态之一。这导致了对世界客观性和人意识的作用的讨论。


    2楼2012-10-31 12:53
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      薛定谔的猫可被视为一个佯谬,由“不确定”的衰变-检测器-毒药-猫的生死构成一条因果链,将量子的不确定与宏观物质(猫的生死)的不确定性联系起来,而根据日常经验,无论我们是否观察,猫的状态必为生或死中之一。


      3楼2012-10-31 12:55
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        量子力学诠释中最被普遍支持的是哥本哈根诠释[1]按照哥本哈根诠释,当观察发生时,系统不再处于叠加态而成为两者之一的一种状态。这个实验清楚地表明了这个诠释中测量,或观察的概念是不清晰的。这个实验可以被解释为,当盒子关闭的时候,系统同时存在于“衰变的原子/死猫”和“未衰变的原子/活猫”的叠加态,只有当盒子被打开,实施观察时,波函数坍缩为两者的一种状态。然而,一位与哥本哈根诠释有密切联系的主要的科学家,尼尔斯•玻尔,从来都不认同观察引起的波函数坍缩,所以薛定谔的猫对他来说并不是什么迷。猫在盒子被一个有意识的观察者打开之前早就是活的或死的了。[2]对真实实验的分析显示,测量本身(如用一个盖格计数器)就已经能够在一个有意识的观察者对测量结果进行观察之前,使量子波函数坍缩。[3]“观察”在原子放射出的粒子击中探测器时就已经发生的看法可以被发展成为客观坍缩理论。相反,多世界理论否认坍缩出现过。


        4楼2012-10-31 12:56
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