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谁能解释下薛定谔的猫的思维实验
量子力学的创始人之一的薛定谔在1935年做了一个思维实验,设想在一个与外界完全隔绝的容器中放一只活猫。
容器中有一个盛有毒药的密封玻璃瓶,瓶的上面安装着一台仪器,它可以被诸如放射性原子衰变等量子事件触发,从而使一把锤子下落,打碎玻璃瓶,毒药散发出来,将猫毒死。
如果没有原子衰变等量子事件发生,则猫将继续活着。
按照人们的一般常识来猜测,猫非死即活。
按照量子力学理论,却是活猫和死猫两种状态并存,即死活两种状态叠加在一起,是一只又死又活的猫!直到有人从容器处进行观察(测量)时,才能断定猫是或者还是死着了。
这个思维实验突出说明了量子力学中观察(测量)行为的不可思议的含义。
在这里,观察(测量)者成为了物理实在的关键要素,精神(意识)可以支配物质。
退相干理论认为,量子体系永远不能完全与周围的大环境隔绝,因此薛定谔方程不仅仅应该应用与量子体系,还应该应用于与之相关的量子环境。
在现实生活中,量子态的“相干性”――量子叠加态不同部分之间脆弱的相位关系――将很快与体系外部的世界相互作用。
Wojciech Zurek是“退相干”理论最著名的提倡者之一。
他说量子相干性“漏出”到环境中。
爱因斯坦关于月亮的疑问,也可以用类似的退相干理论来“解释”。
月亮不是一个什么作用都没有的系统,不仅仅月亮上的每个分子都与相邻的分子有持续的相互作用,月亮表面也受到各种粒子和辐射持续不断的轰击,这些粒子与辐射绝大部分是来自太阳。
与月亮有关的任何薛定谔猫态的相干性很快就被这些持续不断的相互作用毁了。
根据这个理论我们可以很安心的认为月亮毕竟总是在那里,即使我们没有看着它。
从太阳来的光子的轰击,足够形成一次次测量,并且摧毁任何量子相干性。
量子力学的“叠加态”“纠缠态”理论不可证伪
量子力学的哥本哈根诠释为我们揭示了两个关键概念:叠加态和纠缠态。
这一诠释强调量子世界中的不确定性,允许多种状态同时存在,如猫同时处于生与死的叠加状态。
薛定谔的猫原想揭示这种叠加的不可能,但在量子力学的视角下,这种看似荒谬的“既死又活”状态却是理论允许的。
哥本哈根诠释进一步引入了观察者效应,即量子在未被观测时保持在叠加态,但一旦被测量,就会瞬间坍缩到一个确定的状态,这就是波函数坍缩。
然而,这意味着我们无法直接观察到量子叠加态或纠缠态,因为它们在被观测前并不存在于我们能感知的世界中,无法被证实或证伪。
从科学哲学家卡尔-波普尔的视角来看,理论的可证伪性是科学的基础,如果无法被证伪,就被视为潜在的伪科学。
量子力学的叠加态和纠缠态理论由于其不可观察性,似乎挑战了这一标准。
这引发了对于这一理论本质的深入思考:它们究竟是科学的,还是仅仅停留在理论层面的谜团?
如何证明量子实验同时存在的两个事实?
目前,已经证明,至少在量子世界中,两个现实可以同时存在。
试验证明可能同时存在多种现实,这一研究结果对科学的基本性质提出了挑战。
为了探索他们的假设,奥地利因斯布鲁克大学实验物理系的研究人员研究了世界上棘手的意识形态实验之一,即魏格纳之友 实验里,这项以诺贝尔奖获得者物理学家尤金 · 维格纳命名的实验是在 1961年提出的。
在魏吉纳实验中,当实验室的观察者测量光子时,他们发现粒子的偏振要么是水平的,要么是垂直的,而光子在测量前同时表现出两种偏振,这是由量子力学定律决定的,量子力学定律存在于两种可能状态的叠加 ,即它同时处于水平和垂直状态。
魏格纳在实验室外通过简单的干涉实验测试证明光子仍处于叠加状态。
在思想实验中,两个观察同一光子的人可能对光子状态得出不同的结论。
这两个观察结果是正确的,长期以来,魏格纳朋友一直是一个有趣的思想实验,量子力学和物理学的不断进步使研究人员能够检验这一理论。
魏格纳和他的同时使用光子纠缠理论,他们认为,如果来自同一束的两个光子分开,其中一个光子会发生什么,它可以被反射到另一个光子上,第一次复制了思维实验中描述的条件。
研究结果发表在arXiv中,证实即使观察者在同一光子中描述了不同的状态,这两个矛盾的事实也可能是真的。
在观察过程中,光子以偏振态存在,但当使用干涉实验时,得出的结论是光子仍以叠加态存在,本研究不仅证实了长期讨论的思想实验,而且对观察方法的基础提出了挑战。
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