“存在就是被感知”,如果用贝克勒的名言来解释“薛定谔的猫”,似乎有一定的道理。
“薛定谔的猫”是一个基于量子力学的思想实验,那么这个实验表达的意思准确与否呢?事实上,科学家们直到现在也没有得出结论。
薛定谔的猫又死又活薛定谔的猫死而复生。
诺贝尔物理学奖得主尼尔斯·玻尔曾说,“任何一个第一次听到量子论就不生气的人,一定是不理解的。”而“薛定谔的猫”就是量子谜题中具有代表性的一个。
薛定谔的猫是一个怎样的实验?在现代社会中,什么情况体现了“薛定谔的猫”?「薛定谔的猫」有什么研究意义?薛定谔的猫怎么了?接下来我们就用一个更通俗的视角来理解“薛定谔的猫”,看看它到底是什么意思,可以比作什么。
薛定谔的思想实验
我们仍然需要知道薛定谔首先做了什么思想实验。
首先,思想实验是指用想象进行的实验,而想象在现实中是不可能的(或者没有的)。
这个实验是奥地利物理学家埃尔温·薛定谔在1935年基于量子力学提出的。
薛定谔把一只猫、少量的镭(有50%的衰变概率)和氰化物(毒药)、一个量子探测器和一把锤子放在一个不透明的盒子里。这时,猫是活的。如果镭衰变,它会放出粒子。这时候粒子探测器就会接收到,然后发出信号触发锤子的机制。锤子会打碎装有氰化物的瓶子,最后猫会中毒。
而如果镭不衰变,那么机制就不会被触发,猫也不会死。但由于镭的衰变概率是50%,所以我们不确定它是否会衰变。
即使我们把它换成一个一天之内就会衰变的放射性原子,我们也不知道这个原子一天之内什么时候会衰变,也就是说我们无法确定猫在每一个时刻是死是活。
除非我们打开盒子确认一下。但这个时候,猫的死或活的状态是由我们的行为决定的。在薛定谔看来,如果不打开盒子,猫的状态会一直处于“死-活叠加态”,但一旦打开,它的状态就决定了。
虽然“薛定谔的猫”和“薛定谔的猫”的通俗解释是量子力学领域的意识形态实验,但我们经常把“薛定谔的猫”比作现代社会的一种现象。
我们可以用“薛定谔的猫”来表示事物不可预测。换句话说,如果我们不做某事,它会有两种结果,但一旦我们做了,它只会有一种结果。
最简单的理解就是,现代社会的人几乎都会面临找工作的情况。现在你看招聘软件的时候,正好看到一家满意的公司,但是你很犹豫要不要投这份简历。你的犹豫可能受到很多原因的影响。一个公司在挑选员工时,会看应聘者的资历、年龄、性别、工作经验、工作能力等。如果恰好这家公司只看重工作能力,其他条件都是辅助。
如果你去面试,可能会因为你的工作能力而被录用,也可能不会。但是如果你不去面试,那么你的工作能力可能符合要求,也可能不符合要求。这种概率事件在我们的日常生活中随处可见,对于不确定和确定的结果,我们只需要自己做出决定。
所以,为了避免“薛定谔的猫”这种现象影响到自己,在做一件非常重点的事情的时候,不要犹豫太多。因为只有做了才能知道结果,结果的好坏对你有一定的影响。
这种影响也很好理解,如果你决定投简历面试的话。如果面试成功,就证明我们的工作能力是被认可的,然后可以在后续的工作中积累工作经验。
但是,如果面试失败了,说明我们的工作能力可能不太好。为了不失去下一次的工作机会,我们会激励自己不断学习,从而提高自己的工作能力,也许在面对下一次工作机会的时候,我们会更加从容。
“薛定谔的猫”的通俗解释大致如此。当然,在现代社会,它也在量子力学领域发挥作用,因为科学家们对这种现象还没有得出准确的结论。
《薛定谔的猫》具有研究意义。实际上,薛定谔的思想实验是指出量子力学的哥本哈根解释如果应用于宏观物体会出现的问题及其与物理常识的矛盾。
按照哥本哈根的解释,要求我们对微观系统和宏观系统进行分类。在实验中,薛定谔把镭衰变释放的粒子的行为看作微观系统,把猫的生死状态看作宏观系统。显然,在微观体系中,要描述镭是否会发射粒子,可以用两个量子态的线性组合。这个微观系统的量子行为显然与哥本哈根解释相反。
海森堡在哥本哈根指出,不可能同时获得微观粒子的动量信息和位置信息。因为微观粒子的状态会受到观测活动的影响。
哥本哈根学派的学者也提出,量子系统的量子态完全可以用波函数来表示。波函数代表了观察者所知道的有关量子系统的所有信息。
我们知道,在薛定谔的实验中,依据消相干理论,猫的生死态是不能存在的,所以这在一定程度上讽刺了海森堡对“叠加态”的解释。
能确定猫状态的“人”,对应的是作为观察者的波函数。显然,我们也知道“人决定国家”的结论中有明显的主观唯心主义。除了薛定谔的实验,爱因斯坦还提出“上帝不会掷骰子”来反驳哥本哈根解释。
薛定谔猫的延伸随着量子力学的发展,科学家们也尝试做宏观条件下的薛定谔猫的实验,但是只能做出一些宏观和微观之间的叠加态,只能证明量子力学的随机性不是决定论。
然而,在此期间,科学家们也将“薛定谔的猫”延伸到了很多物理问题和哲学争议中。而其中一个物理问题也广受关注——平行宇宙(多元宇宙)。
因为每次科学家观测量子,状态都不一样。因为宇宙中所有的物质都有量子成分,科学家们也在不同的量子态下提出了不止一个宇宙的问题。
于是在1957年,基于薛定谔的猫,提出“多世界解释”的科学家休·埃弗雷特(Hugh Everett)认为,猫关着的不透明盒子里有两个宇宙,这两个宇宙的情况与盒子外的世界完全一致。但是一个宇宙的猫是活的,另一个宇宙的猫是死的。但是,由于两个宇宙是交织在一起的,当我们打开盒子的时候,两个宇宙是分裂的,但是我们无法预先确定我们看到的是哪个宇宙。
所以在平行宇宙学中,薛定谔不止有一只猫,不同宇宙的猫都没有办法感知另一个宇宙的存在。就好像我们身处这个熟悉的宇宙空,但是随着我们的探索,我们发现了暗物质、暗能量,甚至虫洞、黑洞。
然而,我们熟悉的常规物质只占宇宙的5%,其余都是暗物质和暗能量。所以,在平行宇宙理论下,个体“我”本身还在其他宇宙空,以与现在完全不同的状态活着,或者死了。“薛定谔的猫”在现代科学的研究下可能并不正统,但它的延伸价值值得科学家们进一步探索。