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为什么没有人验证“薛定谔的猫”实验的真假?是技术上有难度吗?

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简单讲,“薛定谔的猫”是一个不可能完成的实验。

薛定谔的猫是薛定谔用来反驳量子力学哥本哈根学派的思想实验。目的并不是想要真的去做这么一个实验,也没有办法实验,他想阐述的是一个悖论。



相信很多人都听说过这个实验,甚至能把实验的整个过程背下来,但是真正了解实验本身以及实验背景的人并不是很多。就如同问题本身所言,如果你在现实中真的想抓一只猫来验证一下实验的真假,那恰恰说明你不懂!

薛定谔的猫,是一个思想实验。何为思想实验?通俗地讲就是无论如何不可能在现实中完成的实验,只能凭借思想丰富的想象去完成。当初薛定谔提出这个实验,并不是说这个实验可以存在,甚至恰恰相反,薛定谔本人并不认为这个实验能成功,他想阐述的一个悖论,一种强烈的不满,对以波尔为首的“哥本哈根派”所谓的“不确定性”一种讽刺。

或者说,薛定谔提出这个思想实验的目的是用来反驳哥本哈根派提出的不确定性,实验本身属于哲学范畴,并不属于实验科学的范畴。



薛定谔创建了量子波动力学,他认为量子力学是连续的,可以用波函数来描述。但是波尔却认为量子时不连续的,只能发生跃迁,由于“隐变量”的存在,这种跃迁是不可测量的,测量之前你永远不知道真实状态,而一旦测量就坍缩为确定状态。显然这与波函数的连续性发生矛盾,是薛定谔难以接受的。

虽然很多人知道“薛定谔的猫”这个思想实验,这里还是想简单介绍下,这个实验包含两个要素:由核衰变释放粒子控制的开关和毒药,还有就是“既死又活”的猫。薛定谔想用这个实验暗讽哥本哈根学派“隐变量”的不确定性,认为这是一个悖论。因为实验中的猫除了“死”“活”两种状态外,还有一个“既死又活”的状态。而量子世界恰恰处于某种无法准确描述混沌的状态,我们永远不能预测它,这让薛定谔很恼火。



按照哥本哈根派的诠释,这只猫必定会走向诡异的生死叠加态,也就是“既死又活”,在现实中这显然是个悖论,怎么可能存在“既死又活”的猫呢?

而如何解释这种悖论,成为了量子力学发展过程中的哲学难题。

对于以波尔为首的哥本哈根派来讲,在微观世界(量子世界)里,微观粒子只有被观测(并不一定是用眼睛,这里指任何形式的观测)之后,物质才会真实存在,才能够确定下来,否则物质就是不确定的,既可以在这里也可以在那里,甚至可以同时出现在两个不同的地方。

在没有被观测之前,微观粒子不具有真实性,这里的真实是指经典物理中的那种真实,也就是我们在宏观世界看到的真实。那么没观测之前,微观粒子到底如何存在的呢?

简单讲,微观粒子会以概率波的形式存在,只能用概率描述,而一旦实施了观测,概率波就会发生坍缩,成为本征态,从波的形式坍缩为粒子形式。

而薛定谔的猫只是这种概率波形式在宏观世界中的延伸,这只猫就相当于宏观世界中的“微观粒子”!

由此还引申出了另一个著名的悖论:不看月亮时,月亮就不存在吗?



这也是爱因斯坦反驳波尔时提出来的悖论。

这个悖论的核心在于:何为观测?只有人类亲眼去看或者测量才是观测吗?

哥本哈根派就是这么认为的,比如波尔用这种口吻反驳爱因斯坦:你不看月亮,怎么知道月亮就在那里呢?

这显然不仅仅是悖论了,也是一种矛盾,:我们明明知道月亮就在那里,但不看(观测)确实不能确定!这多少有点诡辩的味道。

另一个问题是,在人类诞生之前呢?人类诞生之前浩瀚宇宙也是以概率波的形式存在吗?



对于像“薛定谔的猫”这样的悖论,现代量子物理学家的诠释是,观测的定义绝不仅仅是狭义上的“用眼睛看”,只要物质与物质之间发生了任何形式上的相互作用,就视为“被观测”,物质的概率波存在形式就会坍缩为真实的存在!

从这点上来讲,猫本身就是一个观测者,它可以自己观测自己,并不需要外部力量(比如说人类去看,或者仪器去观测)确定猫是死是活。

不过,这种诠释并不能让所有人信服,在现实世界中,猫不可能处于“既死又活”的叠加态,只能“死或者活”。

而薛定谔是一位实在论者,他并不认同波尔等人提出的“不确定性”。薛定谔曾提出过关于自然界的两条基本原则:可理解性和客观化。这也造成了薛定谔和波尔为首的两大学派的激烈碰撞。

简单介绍下,为什么叫“根本哈根派”呢?因为它是波尔,海森堡,伯恩等为首创建的学派,是在哥本哈根大学提出来“不确定性”,除了这三位,还有著名的泡利,狄拉克等物理学家。另外一派是以薛定谔和爱因斯坦为首的学派。薛定谔提出了“薛定谔的猫”讽刺哥本哈根派,而爱因斯坦提出“上帝不会掷骰子”质疑波尔。



但是不得不说,还是哥本哈根派的量子力学观点笑到了最后,被冠以“正统解释”的帽子,起码目前是这样。

不管怎样,科学家们永远在不停地探索,探索大自然的本质。而作为我们这些爱好科学的吃瓜群众,也应该学会以科学的态度看待科学,即便是质疑,也应该提出自己的观点,然后拿出来讨论。

量子力学已经经历了百年的发展,如今早已经深入我们日常生活,我们日常生活中使用的很多电子产品,比如说芯片,就利用了量子力学的原理。量子力学是一个真实存在的科学理论,虽然薛定谔和爱因斯坦等科学家质疑哥本哈根派,但这并不是说薛定谔和爱因斯坦反对量子力学,事实上他们恰恰是量子力学的奠基人之一,怎么可能质疑量子力学呢?只不过薛定谔和爱因斯坦认为应该存在更深层次的东西来诠释量子世界的“不确定性”!

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