人们对「物理学神兽」(比如薛定谔的猫)的津津乐道

B站影视 欧美电影 2025-08-05 16:36 1

摘要:一些做物理教学或物理科普的人巴不得有简单的办法消解人们对物理学“过于严肃、不接地气”的错误看法、拉近人们与物理学的心理距离。不过,人们谈论“薛定谔的猫”时经常完全搞错了薛定谔想表达什么,由此带来错误的刻板印象。在错误的方向上“津津乐道”只会更糟糕。

否 ,物理学的严肃性没那么容易消解。

一些做物理教学或物理科普的人巴不得有简单的办法消解人们对物理学“过于严肃、不接地气”的错误看法、拉近人们与物理学的心理距离。不过,人们谈论“薛定谔的猫”时经常完全搞错了薛定谔想表达什么,由此带来错误的刻板印象。在错误的方向上“津津乐道”只会更糟糕。

1935 年,薛定谔提出以下思想实验,尝试运用归谬法说明哥本哈根诠释会在特定条件下导出荒谬的情景,从而反对该诠释:

One can contrive even completely burlesque [farcical] cases. A cat is put in a steel chamber along with the following infernal device (which must be secured against direct interference by the cat): in a Geiger counter, there is a tiny amount of radioactive substance, so tiny that in the course of an hour one of the atoms will perhaps decay, but also, with equal probability, that none of them will; if it does happen, the counter tube will discharge and through a relay release a hammer that will shatter a small flask of hydrocyanic acid. If one has left this entire system to itself for an hour, one would tell oneself that the cat is still alive if no atom has decayed in the meantime. Even a single atomic decay would have poisoned it. The psi-function of the entire system would express this by having in it the living and dead cat (pardon the expression) mixed or spread out in equal parts.
It is typical of these cases that an indeterminacy originally restricted to the atomic domain turns into a sensually observable [macroscopic] indeterminacy, which can then be resolved by direct observation. This prevents us from so naïvely accepting a "blurred model" as representative of reality. Per se, it would not embody anything unclear or contradictory. There is a difference between a shaky or out-of-focus photograph and a snapshot of clouds and fog banks.

实验者甚至可以设置出相当荒谬的案例。将一只猫和以下地狱装置放在一个封闭的钢容器里(必须确保这装置不被猫直接干扰):一台盖革计数器里放有极少量放射性物质,少到在一小时内这放射性物质可能有一个原子衰变,亦有同样的概率没有哪怕一个原子衰变;如果衰变发生,那么计数管会放电并通过继电器释放一个锤子、打破装有氰化氢的小烧瓶。如果某人将这容器放置一小时,那么他可以认为,若没有任何原子在这期间衰变,则猫还活着;只要有一个原子发生衰变,猫就已经死了。用来描述这系统的波函数将包含活猫与死猫(原谅这表达)各半叠加的状态。
在类似这典型案例的众多案例里,原本只局限于原子领域的不确定性被巧妙的机制变为宏观不确定性,然后可以被直接观察解明。它使得我们难以如此天真地接受用“模糊模型”作为现实的代表。就其本身而言,它不会体现任何不明确或矛盾的东西。摇晃或失焦的图片与云堆雾层的快照是不同的。

薛定谔想表达的是“波函数不是现实的代表”,就像摇晃或失焦的相机拍出来的模糊照片不意味着拍到的物体本就像云雾那样模糊。

不过,哥本哈根诠释的支持者比薛定谔估计得更容易接受宏观物体可以处于看似荒谬的叠加态。量子力学的其他诠释围绕该思想实验给出了各式各样的解释,例如“猫的不可逆变化导致波函数坍缩”、“存在猫活着的世界线与猫死亡的世界线”。

来自没那么古老的时代的读者可以注意到,在这思想实验里,盖革计数器对衰变的观测足以让波函数坍缩,从而避免猫出现什么奇怪的状态。

量子力学的“观察”或“观测”不是望文生义的“眼睛看到”,观察者、观测者不需要任何程度的知觉,而是表示量子测量或能够测出可观察量的设备。

让生物体处于叠加态的实验可以向“薛定谔的猫”致敬,但他们难以自称真正实现了薛定谔构造的情景,目前实验还局限于病毒、细菌之类,进入叠加态的时间甚短,还没有一个细菌出现生与死的叠加态。

来源:时空探险家

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