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实验25 薛定谔的猫

量子力学的矛盾

设问

“活猫”与“死猫”这两种状态同时存在,你认为是可能的吗?

■ 为什么说猫既是死的,也是活的?

这一奇怪的设问情景,源于物理学上的一个着名的思想实验,叫作“薛定谔的猫”。

一提到猫,人们首先想到的就是非常可爱的形象吧。但是,此处却是一个要用毒药杀死猫的设定,而且也是让人很难理解的一个问题。我们继续往下看吧。

首先从哪儿说起呢?当然,还是先从“薛定谔”这个名字开始吧。

这个名字源于物理学家薛定谔(1)。他原本是“量子力学”(2)这一学科的创始人之一,但是他后来注意到量子力学中的奇怪之处。于是,他为了证明自己的疑惑是正确的,便提出了“薛定谔的猫”这一思想实验。

他所注意到的量子力学的奇怪之处,也正是该思想实验的关键所在。那么,我们一起来看看这个“薛定谔的猫”到底是什么内容吧。

首先,准备一个大盒子,放入量子力学中认为会产生出电子的放射性物质。其次,放入能检测到电子的传感器,以及一个装有氰酸氢气体的瓶子。

这时,电子偶尔会出现。当传感器检测到电子后,就会自动启动开关,然后将瓶子敲碎释放出氰酸氢气体。这个思想实验的设问就是:如此一来,事先被放入盒子中的猫会是什么结果呢?

电子出现后,被传感器捕捉到,然后释放出氰酸氢气体。因为氰酸氢是剧毒物质,所以盒中的猫肯定必死无疑。也就是说,当人们打开盒子观察时,如果猫死了,则说明传感器确实捕捉到了电子;如果猫是活的,则说明传感器没有捕捉到电子。

不过,接下来要说的内容就稍稍有些复杂了。在量子力学中认为,电子在被观测到之前,会同时存在于多个位置,这被称为“量子叠加态”。这样一来,在打开盒子观测之前,电子处于“既被传感器捕捉到,又没有被捕捉到”的一种状态。换言之,猫在盒子中的状态是“既是死的,同时也是活的”。

出现这种奇怪的事情,让薛定谔认为量子力学会遭人厌恶,但是恰恰相反,现在这一学科得到了蓬勃的发展。

不管怎样,对于“薛定谔的猫”这一设问,目前还没有公认的能被接受的答案。量子力学这一最前沿的科学,其命运竟然与一只猫息息相关?!也许,只有盒子里的猫才知道答案吧,这真是太不可思议了。

让头脑聪明的要点

从量子力学的角度观察事物,能让我们明白现实世界的矛盾。

薛定谔(1887—1961),奥地利物理学家,量子力学奠基人之一。

量子力学:现代物理学的理论基础之一,主要描述的是电子以及其所构成的分子、原子等微观层面物理现象中的力学。

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