“薛定谔的猫”,被认为是一只“既死又活”的猫,当然现实世界不可能存在这样的猫。而“薛定谔的猫”只是一个思想实验,体现的正是量子力学的诡异性,如此诡异甚至连爱因斯坦也无法理解。

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但不管量子力学有多诡异,它都是自然界最精确的一个理论,而且早已被实验证明。不过,不要说普通的吃瓜群众,连量子力学的创始人波尔和爱因斯坦同样无法理解诡异的量子力学,地球上没有人知道量子力学的底层逻辑到底是什么。

量子力学到底有多诡异?

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上学时,老师都会告诉我们,世界是物质的,物质世界的运行规律是不以人类意识为转移的,这种运行规律是客观存在的。

但是,人类科学发展到今天却发现,意识好事是避免不了的,意识并不能排除在客观世界之外,说白了,意识似乎也是某种物质,只不过这种物质不同于普通物质。

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举个例子就明白了。你的妈妈坐在沙发上看电视,她就在那里,这是确定的,也是客观存在的事实,她不可能既在沙发上,又可能在别的地方。

但是,在诡异的量子世界,一切都大为不同。量子力学的基本特点是微观粒子处于叠加态,表现出来的就是不确定性。也就是说,微观粒子可以同时出现在两个不同的地方。如果你的妈妈处在这样一个量子世界,她坐在沙发上,但同时也有可能出现在月球上,或者其他任何地方。

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看到这里,你肯定会提出质疑:你这就是在胡扯,一个人怎么可能同时出现在两个不同的地方?

但这确实是量子世界的特性。有人可能会这样说:想知道你的妈妈是不是坐在沙发上,直接看一下不就行了?但在你观看的一瞬间,更诡异的事情又出现了:你的观测可以让你的妈妈状态直接从叠加态坍缩为确定状态,从刚开始的既在客厅又在月球上,坍缩为“在客厅”的唯一状态!

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当然,用宏观世界来打比方让人很难接受,但这确实是量子世界表现出来的特性。量子世界里的一切都是不确定的,只能用概率去描述。当我们不观测时,微观粒子的状态是不确定的,可以用波函数去描述。而当我们实施观测的一瞬间,微观粒子的波函数就会坍缩,从无处不在的不确定性,坍缩为某一确定状态。

还是用刚才的宏观世界的例子打比方。当你不观测你的妈妈时,她无处不在,并不一定是在沙发上,而当你观测时,发现她就在沙发上。但要怎么证明你没观测时,你的妈妈无处不在呢?

方法只有一个,那就是观测。但是问题来了,只要观测,你的妈妈状态就会坍缩为确定的唯一状态。这就好像是“鱼和熊掌不可兼得”一样,无论如何你都没法确定你的妈妈是不是会无所不在。

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当然,这里的观测并不仅仅是指用眼睛去看,任何观测形式,包括使用仪器的探测,都属于观测的范畴。

科学家无法用宏观物体做不确定性实验,但在量子世界早就证明了诡异的不确定性确实存在,比如说电子双缝干涉实验。

不过对于量子世界的不确定性和叠加态,薛定谔和爱因斯坦等人坚决反对,薛定谔更是提出了思想实验“薛定谔的猫”来质疑量子世界的不确定性。

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这个实验就不详述了,相信大家都应该有所了解。总之就是,猫的生死完全由放射性元素的衰变与否控制着,如果衰变了,就会触发开关,铁锤落下炸碎玻璃瓶,瓶子里的毒气释放出来,就会把猫毒死。

反之,如果放射性元素不衰变,猫就不会被毒死。

而根据量子力学的不确定性,反射性元素处于“衰变与不衰变”的叠加态,那么,结果就是猫也会处于“既死又活”的叠加态。

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这种叠加态显然违背了我们的日常生活认知,现实世界不可能存在这样一只猫。你可能会说,想知道猫是死是活,看一眼不就行了?

在你观测的一瞬间,诡异的现象就出现了:猫会从“既死又活”的叠加态,坍缩为“要么死要么活”的唯一状态。

量子力学的不确定性竟然也会出现在宏观世界!这让科学家们都惊呆了。不过好在薛定谔的猫只是一个思想实验,本质上讲更多的应该属于哲学上的范畴,而不应该属于科学范畴,因为现实中无论如何不可能做这样的实验。

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对于薛定谔的猫的解释有很多种,其中一种诠释认为,密封的箱子其实是一个整体系统,在我们没有观测之前,实际上猫的状态已经确定了,因为观测不仅仅是指人类用眼睛看,理论上任何任何物质的参与都意味着观测,所以猫的状态早就决定了,我们打开箱子只是看到了结果,而并没有改变结果。

不过在量子世界,观测行为确实会影响到微观粒子的状态,比如说量子纠缠,被爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。

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到底什么是量子纠缠呢?通俗来讲,不同的粒子发生作用之后,就会成为一个整体,无法单独描述某个粒子的特性,只能描述整体系统的性质。而当我们试图通过观测了解某个粒子的状态时,其他粒子瞬间就会调整自己的状态,与被观测的粒子呼应。结果量子纠缠状态立刻崩溃,整体属性失效了!

量子世界的种种诡异行为确实让人们无法理解,但不可否认它们真实存在,而且早就应用在我们日常生活中!