薛定谔的猫量子力学 (薛定谔的猫量子)

admin 2024-11-30 51 0

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薛定谔的猫量子力学

薛定谔的猫是广泛用来证明量子力学叠加态存在的、著名的思想实验。

但本人对此不以为然!我们可以从时间的本质以及具体的计时、时间先后比较过程就可发现:时间不可能因为任何因素而改变自身的流失速率和流失方向。

猫的生死无论由什么事件决定,但猫在任意时刻只能处于唯一的状态中,与人类是否观察不存在因果关系。

由此决定了客观事物与主观认识间的关系是:客观事物是不以人的意志为转移的,即不会因为主观认识的不同而变化。

因此,薛定谔的猫决不能证明量子叠加态真实存在。

一、薛定谔的猫的基本概念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观测后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。

薛定谔于1935年提出的有关猫生死叠加的著名思想实验,是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的推演。

二、薛定谔的猫的真实内涵1、时间与时刻的关系为了更好地阐述薛定谔的猫的真实内涵,有必要先简述一下时间与时刻的概念与相互关系。

一般认为:时间是描述事物运动与变化过程的一个基本物理量。

但其真实的含义是两个不同时刻间的差值。

因此,时刻才是描述事物运动与变化过程的一个基本物理量。

也就是:任何客观实体及其基本属性在任意特定时刻是明确的、唯一的。

2、薛定谔的猫的真实含义2.1、从时刻数轴上来分析猫的状态薛定谔的猫到底能说明什么?如上图一所示:当猫在时刻t=4时死亡,则猫的状态就固定下来了:时刻t=4之前,猫是活着的;而时刻t=4之后,猫是死了的。

因此,从时刻轴上来看:猫在任意特定时刻只处于某一特定状态中,不会也不可能同时存在于二种状态的叠加态中。

2.2、从时刻数轴上来分析观测的结果从上图一可知:当观测时刻明确后,观测结果也随之确定了:当在t=4时刻之前观测时,观测结果为猫活着;当在t=4时刻之后观测时,观测结果为猫已死亡;当在t=4时刻观测时,正好观测到猫死去。

2.3、从时刻数轴上来分析观测与猫的状态间的关系从以上分析可知:在不考虑观测过程对实验对象(猫)的干扰前提下,观测结果只能与实验对象在观测时刻所处的状态一致,不会因观测而改变实验对象的状态。

虽然我们不可能在观测前知道猫的实际存在状态,但这并不能说明实验对象有可能处于二种或二种以上的状态之叠加态中。

因为实验对象所处状态与是否观测没有因果关系和必然联系!三、量子叠加态存在的可能性分析1、量子态的基本概念电子做稳恒的运动,具有完全确定的能量。

这种稳恒的运动状态称为量子态。

量子态是由一组量子数表征,这组量子数的数目等于粒子的自由度数。

2、量子数的基本概念量子数是量子力学中表述原子核外电子运动的一组整数或半整数。

因为核外电子运动状态的变化不是连续的,而是量子化的,所以量子数的取值也不是连续的,而只能取一组整数或半整数。

量子数包括主量子数n、角量子数l、磁量子数m和自旋量子数s四种,前三种是在数学解析薛定谔方程过程中引出的,而最后一种则是为了表述电子的自旋运动提出的。

量子数表征原子、分子、原子核或亚原子粒子状态和性质的数。

通常取整数或半整数值。

量子数是这些粒子系统内部一定相互作用下存在某些守恒量的反映,与这些守恒量相联系的量子数又称为好量子数,它们可表征粒子系统的状态和性质。

在原子物理学中,对于单电子原子(包括碱金属原子)处于一定的状态,有一定的能量、轨道角动量、自旋角动量和总角动量。

量子数:n、l、m和s的取值范围为:n=1,2,3,4,........,i,......,∞;l=0,1,2,3,........,n-1,......,∞;m=0,±1,±2,...….,±ls=±1/23、量子态的叠加可能性分析3.1、量子态定义本身就禁止量子同时处于二种或二种以上的非量子数可取值范围的状态中:从量子态的定义可知:量子态是电子做恒稳运动过程中,能量完全确定状态下的运动状态的表达方式。

在量子态不发生变化时,特定量子态的量子所处的状态由四种确定的量子数所决定。

四种量子数只能分别取整数或半整数值的确定的、单一数值决定了量子态只能是唯一的、确定的,同时否定了同时处于二种或二种以上的量子态的所谓叠加态的可能性!3.2、量子的运动速度为有限值决定了量子不可能同时处于二种或二种以上的状态中:任何客观实体及其附属的物理特性的运动和变化速度均是有限的,这就决定了客观实体及其物理特性在特定时刻只能位于特定的、唯一的空间位置上,不能同时位于二个或二个以上的空间位置上!由此决定了量子在任意特定时刻只能处于唯一的状态中。

3.3、决定量子运动变化的万有引力和电磁力在特定时刻具有的唯一性决定了量子不可能同时处于二种或二种以上的状态中:无论是带质量和电荷的电子或其他粒子型量子,其运动状态的改变均由其所在空间位置上即时的万有引力场和电磁场的大小与方向共同决定。

而任意空间位置上任意特定时刻的即时万有引力场和电磁场的大小与方向均是确定的、唯一的,由此决定了量子的运动状态的改变也是唯一的。

而不带质量和电荷的量子,则因不会受到万有引力场和电磁场的影响而改变量子态,其稳定性比带质量和电荷的量子更强,更不可能同时处于二种或二种以上的状态中。

四、测量对量子态的影响分析无论量子处于何种状态,测量只能如实地发现或确定量子所处的状态,并不能改变量子的状态。

除非测量过程中改变了量子所在空间位置上的万有引力场和电磁场。

就算是因为测量改变了量子态,量子在改变前后和改变过程中的任意时刻也只能处于一种状态,决不可能同时处于二种或二种以上的状态中。

就像观测猫是死是活一样,测量只能得到猫的即时状态,并不能改变猫的状态。

五、总 结1、猫的状态是唯一的,不以人的意志为转移:无论是放射性元素随机触发还是定时触发毒气释放而使猫死亡,猫在时刻轴上任意时间的状态是唯一的!无论人何时观察或根本不观察,均不会改变猫的存在状态。

因此,虽然在没有打开箱子观测猫的状态前,人不可能知道猫的状态,但并不能因此认定猫处于生死两种态的叠加状态中;2、量子的状态是唯一的且量子数只能取整数或半整数值决定了量子不可能处于非整数或半整数值的量子叠加态:由量子态的定义可知:量子只能处于特定的、确定的、唯一的状态中,否则就破坏了量子态的基本规则。

如:主量子数只能是1,2,3,.....等整数值,如果主量子数可以是非整数值,就不是处于量子态了。

如果量子真的能处于不同量子态的叠加态,则因为叠加本身不受任何限制,将可以组成任意量子态,即非整数量子数的任意量子态,也就可以由此得到量子数的取值不受限制,这就不成其为量子态了!3、量子的状态可能因测量而改变,但不能使量子处于叠加态:测量过程可能改变量子状态,但改变的过程中,量子也只能处于特定的、唯一的量子态中,不可能使量子处于二种或二种以上的叠加态中。

薛定谔的猫量子力学 (薛定谔的猫量子)

关于量子理论中的叠加状态的问题

先说说关于“是否存在一个绝对客观的外在世界” 在物理学上有一对命题(这里的命题不是数学意义上的命题),分别是“我们的世界到底是怎样的”和“我们观测到的世界是怎样”,在物理学的不断发展过程中,物理学家们逐渐发现第一个命题不是我们能解答的,或者更严谨地说,第一个命题是没有意义的,物理学的价值在于第二个命题。

这里有必要介绍1个物理原理和1个科学原则 剃刀原理,如果2个说法能解释同一个现象,那么应该倾向于相信假设比较少的那种说法(譬如说说法1“地球是方的,但我们观测的时候只能观测到它是圆的”和说法2“地球是圆的”,都能解释一个现象:我们看到的地球是圆的。

但是说法1有2个假设,而说法2只有1个假设(注意“我们看到的地球是圆的”是“地球是圆的”的自然推论,所以说法2不需要增加任何假设就能解释该现象),所以我们应该倾向于相信说法2) 不确定性原理,即测不准原理,最简单的最通俗的说法是“电子不同时具有精确的动量与精确的位置”。

其实这句话的原版是“我们不能同时观测到电子的精确位置和精确动量”,说法1“电子同时具有精确动量和精确位置,只是我们不能同时观测到电子的精确位置和精确动量”和说法2“电子不同时具有精确的动量与精确的位置”都解释了一个现象“我们不能同时观测到电子的精确位置和精确动量”,根据剃刀原理,我们应该倾向于相信说法2,所以不确定性原理就变成现在这个说法了。

之所以说这个不确定性原理,是想说明现在的物理学家已经不再研究“我们的世界到底是怎样的”,而是研究“我们观测到的世界是怎样”,物理学的基础在于实验,实验中最基本的手段是观测,我们只关心能观测到什么,而不关心本来是什么(这个问题本身在物理学上没有意义) 由不确定性原理和剃刀原理,再加上哥本哈根学派的正统解释(观测前按照严格的波函数“弥漫”,观测后(指粒子性观测)坍缩为一点,当然哥本哈根学派还没能很好的解释坍缩过程,不过对于物理学而言,解释现象和预言是重要的,尽管不能解释坍缩过程,但哥本哈根学派的说法还是非常好地解释了这个世界,或者说解释了我们观测到的世界)就有了“不存在一个绝对客观的世界”的说法(也就是说这些量子理论打破了决定论的同时也打破了实在性) 关于平行宇宙,曾经有过加强版的“薛定谔之猫”的实验构想 个人认为哥本哈根学派的解释还是比较具有实际的物理意义的 不过退相干(严谨地说是历史退相干)貌似在理论上更容易受接受 PS:个人认为平行宇宙有点“劳师动众”,而且根据剃刀原理,这个平行宇宙论和历史退相干都有点……不过还好,剃刀原理只是叫人倾向于更相信哪个而已,不是说绝对就是这样o(∩_∩)o... 你有权去选择不相信剃刀原理…… LZ要是对量子理论感兴趣的话,学术性的请买本权威的教材(如果是初等的,可以选择《费曼物理学讲义》(貌似是第三卷),高等的去看量子力学课程——四大力学之一哦,做好心理准备),科普的可以买本《上帝掷骰子吗?——量子物理史话》(好像是曹天元写的,不过不是专业教材的,对搞研究意义不大) 再补充2点:在微观意义上能量是不守恒的,除了粒子的位置与动量被不确定性原理限制之外,时间的间隔和能量的变化量也是被不确定性原理限制的,也就是说当时间间隔足够小的一段时间内,能量可以有(不对,根据不确定性原理,更严格地说应该是必须有)极大的起伏;当然这样短的时间一瞬即逝,我们在宏观上观测也就没有违反能量守恒定律了。

3L说法有点不妥,是允许“一直盯着看的”(只是不能同时看清动量+位置) 在你看之前,粒子处于波函数叠加态,当你看到的时候(也就是观测的时候),粒子就变成一个粒子(汗,别人还以为我是疯子!粒子就是一个粒子!)这是波函数的坍缩,也就是哥本哈根学派的通俗解释。

请注意,衰变不衰变与你是否观测着是没有关系的(你不观测,别人就按波函数走,波函数里边就可以包括衰变的信息,而你观测了,它就给你看一个实际的具体的衰变过程而已,它要衰变,你观测也拦不住……这里不是说这个粒子行为与观测行为无关,因为你观测的时候它还是要坍缩成一个状态的,仍然没有违反“不存在一个绝对客观的外在世界”)

量子叠加态是什么意思

量子力学作为一门基础而又神秘的学科,在近些年来备受研究人员们的关注。

量子叠加态即是在宏观世界看来毫无意义,但在微观世界能够发挥出奇妙作用的量子状态。

下面,我们将从多个角度来探究这一领域的知识。

量子叠加态是什么意思理论层面的分析量子力学理论指出,微观粒子的系统存在多种可能性的状态。

这些可能性的状态,即被定义为叠加态。

例如,在量子力学中,粒子可以被描述为在两种不同的位置同时存在,这两种位置是以概率的形式相互作用的。

这种叠加状态在某种程度上是一种概率性描述,即任何一个粒子在量子态中都存在某种程度的随机性。

归纳相关实验成果1935年,维尔纳海森堡提出了著名的测不准原理。

基于这个原理,研究人员们在实验中得出了一个结果:粒子的位置和动量不能同时准确地确定。

在给定的瞬间,在一个确定的区域内,得到的粒子位置信息越精确,相对应地,对粒子动量的不确定度就越大,反之亦然。

科学家们得到了一个惊人的结果,即当被观测的粒子处于叠加态,例如同时“存在于两个不同位置上”,此时对于它的位置或状态信息的测量,就会使其崩溃成为一种特定状态。

应用层面的研究在量子领域中,叠加态除了神秘的理论分析外,该如何应用于我们具体的生活中呢?目前,一些专家正在研究如何将叠加态技术应用于信息处理领域,例如压缩、存储和传输。

以量子计算为例,其在处理复杂数据时拥有传统计算机毫不可比的优势,这正是由于量子叠加和纠缠态的特性。

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