薛定谔的猫,相信大家都听说过,它是一个思想实验,一开始其实是用来讽刺哥本哈根学派提出的不确定性原理,也就是“叠加态”原理。让薛定谔没有想到的是,最后竟然成了量子力学中非常著名的科普故事。

量子纠缠和量子力学有什么关系(解读薛定谔的猫和电子双缝干涉实验)(1)

那么薛定谔的猫,到底是怎么回事呢?

简单描述一下,一个密封的箱子,里面有放射性元素,开关,毒气瓶。

元素衰变,开关就打开,毒气瓶释放出毒气,猫就会被毒死。反之,猫就不会被毒死。

按照量子力学的不确定性,放射性元素衰变与否完全是不确定的,是处于衰变与没有衰变的两种状态,是一种叠加态。

注意,这里的“叠加态”并不是我们通常认为的“衰变或者没有衰变”,而是“衰变与没有衰变同时存在”,如此一来,猫当然就处于“既死又活”的叠加态,而不是“死或者活”!

量子纠缠和量子力学有什么关系(解读薛定谔的猫和电子双缝干涉实验)(2)

当好奇的人们想知道“既死又活”的猫到底是如此存在的时候,只有打开箱子就行观察,而只要实施了观察行为,猫的状态离开就从“既死又活”的叠加态坍缩为“要么死,要么活”的确定状态。

这个思想实验完全颠覆了我们对现实世界的认知,世界上怎么可能存在一只“既死又活”的猫呢?好在这个实验只是思想实验,只是把微观粒子的特性引入到了宏观世界而已,并不是真的实验。

不过这里强调一点,所谓的观察或者说观测并不是只有人类眼睛看到才算观测,任何宏观事物对微观粒子的行为做出了判定,都算是观测,比如说箱子里有很多宏观物体,它们实际上早就对放射性元素进行了“观测”!

还有一个真实的实验就是电子双缝干涉实验,不再详述这个实验过程,大家都应该有所了解。

量子纠缠和量子力学有什么关系(解读薛定谔的猫和电子双缝干涉实验)(3)

总之就是,当科学家用探测器对电子的路径进行观测时,干涉条纹就会消失。如果没有观测,就会出现干涉条纹。

这个实验结果让很多科学家感到疯狂,因为实验结果表明了这点,只要微观粒子的行为没有最终判定,它所有路径过程都是不存在的,只能用概率去描述,也就是所谓的“概率波”。

这里的概率波并不是我们通常所说的波动性,只是纯粹的数学描述。

说白了,在没有测量之前,我们可以认为微观粒子就是不存在的,只有测量行为发生之后,微观粒子才会存在。

量子纠缠和量子力学有什么关系(解读薛定谔的猫和电子双缝干涉实验)(4)

爱因斯坦非常反感量子世界的这种行为,他用宏观世界的物体来反驳这种诡异的行为:我们不看月亮时,难道月亮就不存在吗?

理论上讲,放在微观世界,月亮真的不存在。只有当我们观察时,月亮才会在那里。

目前,没有任何人任何理论来解释量子力学的这种诡异性。所谓的“哥本哈根正统解释”,也只是针对实验结果的描述罢了。

量子纠缠和量子力学有什么关系(解读薛定谔的猫和电子双缝干涉实验)(5)

但不可否认的是,量子力学的诡异现象的确存在,而且也早已应用到我们日常生活中,但我们只是应用,还不知道它的科学原理!

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