「定义」薛定谔的猫

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「定义」薛定谔的猫,第1张

“薛定谔的猫”是由奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的有关猫生死叠加的著名思想实验,试图从宏观尺度阐述微观尺度的量子叠加原理的问题。

薛定谔猫”佯谬假设了这样一种情况:将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变存在几率,如果镭发生衰变,会触发机关打碎装有氰化物的瓶子,猫就会死;如果镭不发生衰变,猫就存活。根据量子力学理论,由于放射性的镭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。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”。

显然,既死又活的猫是荒谬的,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。薛定谔想要借此阐述的物理问题:宏观世界是否也遵从适用于微观尺度的量子叠加原理。

公式:P(死)+P(生)=1【P(死)=P(生)】

设想在一个封闭的匣子里,有一只活猫及一瓶毒药。当衰变发生时,药瓶被打破,猫将被毒死。按照常识,猫可能死了也可能还活着。量子力学量子力学告诉我们:除非进行观测,否则一切都不是确定的,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。

爱因斯坦认为,量子力学只不过是对原子及亚原子粒子行为的一个合理的描述,这是一种唯象理论,它本身不是终极真理。他说过一句名言:“‘上帝’不会掷骰子。”他不承认薛定谔的猫的非本征态之说,认为一定有一个内在的机制组成了事物的真实本性。

格利宾在书中写道:“埃弗莱特……指出两只猫都是真实的。有一只活猫,有一只死猫,它们位于不同的世界中。问题并不在于盒子中的放射性原子是否衰变,而在于它既衰变又不衰变。当我们向盒子里看时,整个世界分裂成它自己的两个版本。这两个版本在其余的各个方面都是全同的。区别只是在于其中一个版本中,原子衰变了,猫死了;而在另一个版本中,原子没有衰变,猫还活着。”

也就是说,上面说的“原子衰变了,猫死了;原子没有衰变,猫还活着”这两个世界将完全相互独立地演变下去,就像两个平行的世界一样。格利宾显然十分赞赏这一诠释,故他接着说:“这听起来就像科幻小说,然而……它是基于无懈可击的数学方程,基于量子力学朴实的、自洽的、符合逻辑的结果。”“在量子的多世界中,我们通过参与而选择出自己的道路。在我们生活的这个世界上,没有隐变量,上帝不会掷骰子,一切都是真实的。”按格利宾所说,爱因斯坦如果还活着,他也许会同意并大大地赞扬这一个“没有隐变量,‘上帝’不会掷骰子”的理论。

薛定谔的猫(Schrödinger's Cat)是关于量子理论的一个理想实验:在一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质。之后,有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫,同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。

薛定谔的猫是奥地利著名物理学家薛定谔提出的一个思想实验,试图从宏观尺度阐述微观尺度的量子叠加原理的问题,巧妙地把微观物质在人的意识参与观测的情况下是粒子还是波的存在形式和宏观的猫联系起来,以此求证观测介入时量子的存在形式。随着量子物理学的发展,薛定谔的猫还延伸出了平行宇宙等物理问题和哲学争议。

对于薛定锷的猫的最大争论在于:一只 宏观的猫处在生和死两种状态的相干叠加上,它的死活不再是一种独立的客观存在, 而是依赖于观察者的测量。直到某人打开盒子观察之前,这只猫都处于一种悬而未决的死活状态之中。 理论上讲,猫自己还是知道自己是活是死的。 但根据量子测量假说,猫的生死不是盒子打开前的客观存在, 而决定于盒子打开后的测量。看上去这个推论是不合理的,因而称之为“薛定谔猫佯谬”。

薛定谔,奥地利理论物理学家,波动力学创始人和量子力学的奠基人之一。科学统一的信念使他从物理学角度对生命现象进行了深入思考。

1943年2月5日,薛定谔在爱尔兰都柏林三—学院开始了题为“生命是什么”的系列通俗讲座。1944年,他把讲稿整理成一本不到100页的小册子《生命是什么——活细胞的物理学观》。书中提出用物理学、化学的理论方法研究生物学。

薛定谔率先将物理学理论应用到生物学中:以热力学和量子力学理论解释生命的本质:以“非周期性晶体”、“负熵”、“遗传密码”、“量子跃迁式突变”等概念说明有机体物质结构、生命的维持和延续、遗传和变异等现象。他还预言生命科学将面临重大突破,研究深度将进入分子水平。继而,他主张从分子水平探索遗传机制和生命本质。他认为,生命的本质存在于信息中,生命将它“印”在分子上,分子一定有某种复制信息的方法。从中他引申出许多新课题,如,遗传信息如何编码,如何在传递中保持稳定等。此书的思想性决定了它的前瞻性,它直接启发了DNA“双螺旋结构模型”和基因调控的操纵子学说的提出以及后来对遗传密码的解读。这本被誉为“唤起生物学革命的小册子”使薛定谔成为20世纪下半叶分子生物学革命的先驱。

薛定谔开辟了物理学与生物学互补的新途径,促成了生物学从强调整体到重视具体机制,从强调生命与非生命的差别到强调二者统一的重大转折。日本遗传学家近藤原平说:“给予生物学界以革命契机的是一本叫做《生命是什么》的小册子。它所起的作用正像《黑奴吁天录》这本书成为奴隶解放的南北战争的契机一样。”