薛定锷,量子力学量子纠缠薛定谔的猫

2023-04-06 00:10:03 93阅读

薛定锷,量子力学量子纠缠薛定谔的猫?

题主人你好!

量子纠缠,薛定谔的猫都归属于量子力学的范畴以内。 二十世纪在世界上物理学理论研究上有俩个最重要的基础理论:

薛定锷,量子力学量子纠缠薛定谔的猫

一是爱因斯坦的相对论, 它是关于时空和引力的理论,依其研究对象的不同分为狭义相对论和广义相对论。 它是在牛顿经典力学的基础上的更进一步,它囊括了宏观物体在高速、低速状态下的各种运动规律。即除了微观粒子,其他一切物理规律都遵循相对论;

二是以德国物理学家马克斯·普朗克(请移步阅读小编文章)为奠基人的,包括波尔,薛定鄂,海森伯,得布罗意,爱因斯坦,波恩,泡利,等一大批科学家 共同研究的量子力学。量子力学研究的是微观粒子的运动规律,它主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。

量子力学是研究微观物质的,它还无法证明物资是不存在的。换言之,人体是由多种物质组成的,假如你能够证明物质不存在,那么请问你又是以何种方式存在呢?

光速在任何参考系都是恒定的这个猜想有什么荒谬之处?

先就题主所提出的这个模型来分析,存在一种还不为人知的“物质”,光子是通过它来传播的。并且这个物质不参与除光子以外的任何作用。

不知道大家有没有发现,这个设想和“以太论”颇有几分相似,意思光的传播需要通过介质才可以完成。当然并不是说这个想法是完全错误的,因为目前更本没有什么真理理论,现存的理论只是更加简洁合理,相容性强。

其实对于狭义相对论,真正的重点,在于时空的变化。光速在里面只是充当一个限制条件而已。因为我们知道,无论是时间,长度,还是质量,都是为了满足光速的限制要求。而这些变化的唯一目的,就是使得光速在任意惯性系里测量都是相同的数值。

所以说,这个问题不应该去问光速为何恒定,而是要去问,为何物体在运动时,时空会发生变化。

为什么少有人做薛定谔的猫这个实验?

这是个思想实验,是薛定谔用来反驳波尔对量子世界的哲学观的一个悖论,属于哲学范畴,并不属于科学实验的范畴。

图示:薛定谔的猫,按照波尔为首的哥本哈根学派来说,它必然行走在奇妙的生死叠加态之中,而这显然是个悖论,如何解决这个悖论,成为量子物理学后来发展的一个哲学难题。

在哥本哈根学派的哲学观念中,在量子世界里,只有被观察/观测之后,物质才真实存在,在未进行观察之前,它们并不真实存在,这里的真实是指经典物理学中那种真实,严格说就是在未被观测之前,物质以概率波的形式存在,只有在进行观察之后,概率波才会发生塌缩,塌缩成一个经典物理学上的实体。将这样的观念延伸出来,就会得到薛定谔的猫悖论(悖论就是在观察之前,猫是处于生死叠加态吗?),还会得到另一个在大众中不太著名的另一个悖论:

当我们不看(看就是一种观测)月亮时,月亮还存在吗?

图示:当我们不看月亮时,月亮也会变成一个随机弥散在时空中的概率波吗?只有当我们观察它时,它才会塌缩成一个经典物理学上的实在的月亮呢?

而这里的核心问题是,只有人类的看或测量才是观察吗?

在哥本哈根学派的初期解释中,以波尔为代表的量子物理学家就是这么理解的,包括现在许多物理学家或物理学爱好者也这么理解这个问题,但在人类诞生之前呢?整个宇宙都是一团弥漫的概率波吗?现在,量子物理学家们这样解释猫处于即生又死的悖论问题,那就是物质和物质之间只要发生了相互作用,那么概率波就会塌缩成一个经典物理学中的实在,并不需要一个具有主观意识的外部观察者,猫自己就是一个观察者,整个薛定谔猫实验的装置本身就可以自己观察自己,并不需要有一个人来打开箱子观察猫是死是活。当然,这样的解释未必能说服所有人。

图示:不管是否打开箱子看,猫都不会真的处于生和死的叠加态之中,结果是明确的。只要你抛弃必须由一个拥有主观意识的人去看才算进行了观察或观测这样的哲学观念就行。

更有兴趣的网友们,可以继续往下看。

真相只有一个?

在凶杀案中,只要一个人能够提供自己不在犯罪现场的客观证据,那么至少被害者就不会是这个人亲手杀死的,至于是否雇凶杀人,那是另一回事。在现实世界中,你不能同时即在A地又在B地。

图示:在量子世界里真相不止一个,而可能是无限多个。

但这样的经验和直觉在量子世界中被打破了,单电子双缝实验,似乎就在说电子同时穿过了两条狭缝,它就是同时处于两个位置。通过巧妙的实验设计,可以让一个系统逐个释放电子,让这些电子通过两条紧挨着的狭缝,最终电子会在屏幕上形成特殊的干涉图案,对此的唯一解释只能是,每个电子都同时地穿过了两条狭缝。

图示:一个接一个的释放电子得到的图案,和一次性的释放大量电子得到的图案是一样的。

在一次性的释放大量电子或光子中得到的干涉样图案,是用爱因斯坦提出的波粒二象性来解释的,光子即是粒子又是波,它们彼此间发生波峰波谷的干涉,于是出现规律的明暗条纹。但是单光子或单电子实验得到同样的实验结果,就让人不知所措了。

爸爸在哪儿,喔不,是电子在哪儿?真相不止一个

让我们回顾一下原子的构成:原子核和电子,电子绕着原子核旋转,就像行星绕着其恒星运动一样。而且电子分层排布,低能电子靠近原子核,高能电子远离原子核。

图示:经典物理学视角下的电子和原子核关系。

当低能量电子吸收一个光子后,会发生轨道跳跃,从内层轨道跳跃到外层轨道,而当它从外层轨道跃迁回到内层轨道时,就会释放一个光子。

图示:电子和光子,电子的跃迁。

高能量光子(X射线,伽马射线)伤害人体的原理也和电子的跃迁有关,如果光子能量足够高,这个电子吸收光子能量后,甚至就能直接逃脱原子核的吸引,原子或分子就变成了少了电子的正离子,这个过程被称为电离,能引发电离的辐射,就是医院X光检查、CT检查室外面那个吓人的标志,电离辐射危险标志。

如果物理学对原子的研究到此为止,那么一切都会非常和谐。

但不幸的是,1926年,奥地利物理学家薛定谔在一次度假滑雪的时候,突然领悟“天机”,写出了让他得到诺贝尔物理学奖的薛定谔波函数方程,但也正是他亲手写下的这个方程,参与葬送了曾经美好、和谐的量子世界,从此让量子世界变得光怪陆离,并且引发了当时顶级的物理学家们的大分裂,形成了两大阵营,一个以波尔为首,另一个以爱因斯坦为首的对垒,而薛定谔自己也站在了爱因斯坦身后,反对由他自己提出的波函数方程背后隐藏着的哲学寓意。

图示:薛定谔的波函数方程,这方程是大学物理学生的噩梦。

薛定谔的波函数是个绝妙的方程,它描述了量子世界中那些亚原子粒子的行为和属性,以及它具有的所有可能的状态,包含了诸如能量、动量和位置等信息。但是薛定谔本人的确并未透彻地理解他亲手写下的波函数方程的物理学意义,他坚持认为这表明作为粒子的电子并不存在,波尔提出的电子轨道也不存在,电子不是一个粒子,电子只是一个弥漫的电子波,后来又被称为电子云。

图示:薛定谔提出的电子云概念和波尔提出的电子轨道的概念有很大的冲突

解决这个难题的方案,引发了极大的争论,间接导致经典物理学世界观在量子世界的坍塌,在这里主宰经典宏观物理学世界的因果律让位于概率。按照波尔的说法,电子轨道是波函数方程中电子出现概率最大的区域。但的确电子就是可以出现在任何地方,你还可以用薛定谔的波函数方程计算它们出现在任意位置的概率,但只要你对电子进行观测,那么它就会从无处不在的波,塌缩到某一个特定的位置上。

当然按照海森堡测不准定律,你得到的电子位置越是准确,你测量到的电子的动量就越不准确,两者相乘恰好等于普朗克常数,一般性的理解是说,因为观测本身就会影响到亚原子粒子的状态。但由此带来一个哲学问题,那么在未观察前呢,未观察前电子会拥有确切的位置和确切的动量吗?这正是经典物理学的概念,宏观物体的位置和动量不依赖于我们的观察,它们是客观存在的,而波尔倡导的哥本哈根学派则从哲学上提出,海森堡测不准定律是量子世界的本性,当我们不去观察量子世界时,电子也同样不具有一个客观的具体的位置和特定的动量,所有这一切都只是概率。

1927年,索尔维物理学会议,最顶尖的物理学家们分裂成三大阵营,但这次分裂奇妙地促进了量子物理学大发展,毕竟你的敌人越强,你还能赢,说明你真的很牛逼。

图示:1927年,物理学家全明星队代表,如果三体中的智子真的存在,它只需要抹去这些人,我们现在所拥有的大多数高端技术就会消失得无影无踪。这些人都是打开量子物理学大门的关键人物,但开门之后所见到的一切,让他们分裂成了三个阵营,这其实是一件幸事。

从普朗克开启的量子时代发展到后期,形成了三个流派:

1、只关心实验结果的实验派,以布拉格和康普顿为代表

2、哥本哈根学派,由波尔开创,波恩和海森堡为左右臂膀

3、反哥本哈根学派:爱因斯坦为领袖,德布罗意和薛定谔为左膀右臂

后来因为对量子物理学抛弃因果律,而绝望自杀的另一个奥地利物理学家埃仑费斯特,在这次会议中,写信告诉他的弟子们:爱因斯坦就像一个弹簧玩偶,每天早上都带着新的主意(新的思想实验)从盒子里弹出来,向波尔发出质疑。而玻尔总能从云雾缭绕的哲学和物理学中找到合适的工具,把爱因斯坦的思想实验,一个接一个的碾碎。

爱因斯坦和波尔的主要分歧就在于:

1、量子世界中是否存在经典物理学中的客观实在,波尔认为不存在

2、经典物理学的因果律在量子世界中是否还继续存在,波尔认为不存在

爱因斯坦老人家有句名言:上帝不掷骰子。但其后数十年的研究证实,上帝真的在掷骰子,而且有时候还把骰子扔到看不见的地方去呢。

图示:决定论 vs. 概率论

新一代物理学家很快就厌倦了这场哲学争论,他们积极投身到量子世界的奇妙旅程中,只关心实验结果,不关心结果背后隐藏的世界观的物理学家们获得了一个又一个惊人的成果,并且迅速转变为改变现实的技术,如核弹、原子能技术、半导体、计算机等等,如今我们使用的许多技术都奠基在量子物理学的发展之中。

但在这场论战中,爱因斯坦提出了著名的“量子纠缠"悖论,当时波尔使用:

未观察前并不存在两个分开的粒子,是观察才得到两个粒子,因此不论这两个粒子相隔多远,它们都是一个整体,而不是独立的两个粒子,这可以解决在量子纠缠悖论中,信息将以超光速传播这样的难题,因为这将违背狭义相对论。

图示:我国研发的量子纠缠卫星,实现远达上千公里的量子纠缠,这个技术据认为是终极信息加密术。

有趣的是,量子纠缠竟然成真了,随着技术的发展,曾经想象中的量子纠缠现象已经被证实,这大概是爱因斯坦和波尔之争最重要的一个收获。有趣的是量子纠缠现象不是由波尔为首的量子物理学家们想到的,这就是争论的价值和意义了。

薛定谔揪住量子纠缠不放,提出了让波尔为首这一学派的物理学家非常尴尬的生死猫论。

当波尔坚持用没有观察就是概率,就没有经典力学中的客观实在来应对爱因斯坦的量子纠缠悖论的时候,薛定谔提出了著名的猫论。用这只想象中的猫的生死叠加态悖论来追问波尔,以波尔为代表的哥本哈根学派当时只能犟着脖子说:在观察之前猫就是处于既生又死的叠加态之中。至于这个既生又死的叠加态究竟是一个什么样的体验和感受,那就是另一回事了。

薛定谔的这只猫,真的”逼疯“了许多量子物理学家,霍金就曾经说过,当他第一次听说薛定谔的猫悖论时,他的第一个反应就是,拿上一把枪,将这个该死的猫彻底弄死算球。

图示:解决猫生死叠加悖论的简单方法是扩大观察/观测的概念,不是说只有人去看才算数,其实整个试验系统自己就在进行观察,所谓观察就是物质的相互作用,在这个实验中,检查中子是否释放的盖革计数器就是一个观察者,而正是它决定了猫究竟是死还是活。

希望我写得足够清楚明白,如果你反而更糊涂了,那是我的错,不是猫的错 :)

薛定锷的猫为什么会和平行宇宙联系在一起?

薛定谔之猫”又名“薛定谔的猫”,是关于量子理论的一个理想实验,薛定谔之猫的概念提出是为了解决爱因斯坦的相对论所带来的祖母悖论,即平行宇宙之说。

一只猫同时又是死的又是活的?它处在不死不活的叠加态?这未免和常识太过冲突,同时在生物学角度来讲也是奇谈怪论。如果打开箱子出来一只活猫,那么要是它能说话,它会不会描述那种死/活叠加的奇异感受?恐怕不太可能。换言之,“薛定谔猫”概念的提出是为了解决爱因斯坦的相对论所带来的祖母悖论,即平行宇宙之说。薛定谔猫佯谬实际上提出了一个十分重要的问题:什么是量子力学的观测?观察或测量都与人的主观有关,而人在箱外,所以必须打开箱子才能决定猫的死活。谁都知道箱中猫的死活是由铀的衰变决定的——衰变前猫是活的,衰变后猫就死了,这与是否有人打开箱子进行观察毫不相干。所以毛病出在观测的主观性上,应该朝这个方向寻根究底。微观的观测与宏观的观测有所不同。宏观的观测对被观测对象没有什么影响。俗话说:“看一眼总行吧。”意思是对所看之物并无影响,用不着担心。微观的观测对被观测对象有影响,会引起变化。以观测电子为例,要用光照才能看见,光的最小单位光子的能量虽小但不是零,光子照到被观测的电子上,对电子的影响很大。所以,在微观世界中看一眼也会惹祸! 量子力学认为,观测的结果使得被观测对象的状态改变了:一个确定态从原先不确定的叠加态中蹦了出来。再追究下去,观测无非是观测手段(如光子)与被观测对象(如电子)之间的一种相互作用,这种相互作用并不一定与观测者联系起来,后者可以用检测器之类的仪器代替。经过几十年的探索,物理学家终于认识到:在由叠加态到确定态的转变中,观测曾经扮演的角色应该以相互作用来代替,这样不仅更普遍而且更客观。具体到薛定谔猫佯谬,就能将人的主观因素完全排除——猫的死活不是由人开箱看猫一眼所决定的。读者会说:“不就是一只假想的猫吗,让霍金开枪打死不就完了。”事情并非那么简单,否则许多物理学大师就不会那么孜孜以求了。薛定谔猫佯谬衍生出更深刻的问题:大量原子、分子所构成的生物与这些微观粒子遵从的量子力学规律之间的关系究竟是什么?这不仅是重要的理论问题,而且具有实际意义。例如,自我意识的机制至今仍然是未解之谜,有人认为可能与量子力学或者更深层次的微观规律有关。再如思维过程中的“顿悟”,会不会与前述之“一个确定态就从原先不确定的叠加态中蹦了出来”有关呢?可能有关的还有:生命的起源、物种的变异、光合作用的机制……如此等等。总之,生命的秘密和思维的奥妙不可能与量子力学的规律无关。这就难怪薛定谔后来转而对生命科学很感兴趣了。1946年他写出了著名的《生命是什么》一书,提出了一些很有创见的观点。遗憾的是,在他有生之年,那可怜的箱中之猫依然生死不明。

为什么欧美发达国家仍然坚持有神信仰而不能普遍接受唯物认知?

题主能问出这样的问题,就说明你是一个世俗的、无知的、愚昧的、自以为是的人!你这个问题的潜台词是:唯物主义的认识比唯心论和有神论要高明和科学。唯物论、唯心论有神论这是一个哲学问题,信仰问题,请你不要搞混了好不好?

信仰是神圣的,无条件的是没有所求的!你信神的目的是为了让神帮助和保佑你吗?有所求的,那就不叫信仰,这就是典型的世俗的中国式的信仰!唯物论和唯心论这是一个哲学的话题你很难分出它们的高低和谁更科学;谁更是真理!如果你认为唯物唯物论比唯心论高明和科学那就是他大错特错了!

就拿你最为看重的现代科学来说,为什么现代科学的80%以上的成果,都是有神论的有宗教信仰的人搞出来的呢?如果你的唯物论是科学的和高明的为什么相信唯物论的中国连30%的当代科技成果都没有呢?这不值得深思吗!你还认为唯物论比 唯心论,比有神论更科学更高明吗?其实在很多行业,很多领域很多的现实生活中的问题,唯心主义比唯物主义更有生命力更能解决问题!

所以说你是一个世俗的、没开智慧的、自以为是的人! 这样的实用主义者是谈论不了哲学问题的,因为哲学谈论的大都是一些无用的问题。但无用之用方为大用,有世俗执念的人是理解不了的!

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