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          閱讀 4225 次 歷史版本 0個 創建者:lanwei87 (2012/9/26 14:02:17)  最新編輯:lanwei87 (2012/9/26 14:02:17)
          薛定諤的貓
          拼音:xuē dìng è de māo
          英文:Erwin Schrodinger's Cat
          同義詞條:Erwin Schrodinger's Cat
            薛定諤的貓(英語:Erwin Schrodinger's Cat)是奧地利物理學家埃爾溫·薛定諤試圖證明量子力學在宏觀條件下的不完備性而提出的一個思想實驗。  

          薛定諤的貓的實驗 

          實驗內容

            實驗內容如下:
          薛定諤的貓實驗示意圖
          薛定諤的貓實驗示意圖

            “把一只貓放進一個封閉的盒子里,然后把這個盒子連接到一個包含一個放射性原子核和一個裝有有毒氣體的容器的實驗裝置。設想這個放射性原子核在一個小時內有50%的可能性發生衰變。如果發生衰變,它將會發射出一個粒子,而發射出的這個粒子將會觸發這個實驗裝置,打開裝有毒氣的容器,從而殺死這只貓。根據量子力學,未進行觀察時,這個原子核處于已衰變和未衰變的疊加態,但是,如果在一個小時后把盒子打開,實驗者只能看到“衰變的原子核和死貓”或者“未衰變的原子核和活貓”兩種情況。
            

          實驗問題


            現在的問題是:這個系統從什么時候開始不再處于兩種不同狀態的疊加態而成為其中的一種?在打開盒子觀察以前,這只貓是死了還是活著抑或半死半活?這個實驗的原意是想說明,如果不能對波函數塌縮以及對這只貓所處的狀態給出一個合理解釋的話,量子力學本身是不完備的。” 
           

          實驗意義


            這個思想實驗的意義是,將量子理論從微觀領域帶到了宏觀領域,而導出和一般常識相沖突的結果。根據哥本哈根學派的解釋,當觀察者未打開盒子之前,貓處于一種“又死又活”的狀態,該狀態可以用一個波函數來描述,而波函數可由薛定諤方程解出。一旦觀察者打開盒子觀察,波函數會坍塌,貓呈現在觀察者面前的只會是“生”或“死”的狀態之一。這導致了對世界客觀性和人意識的作用的討論。
            根據多世界理論,當觀察者打開盒子的一刻,世界會分裂成多個世界,而觀察者只能進入眾多的世界其中的一個,而觀察結果就因此只有一個,貓是“生”或“死”。而在其他世界里貓的狀態會由薛定諤方程決定。其生存的概率越大,貓幸存下來而處于其中的世界的數目就越多。
            薛定諤的貓可被視為一個佯謬,由“不確定”的衰變-檢測器-毒藥-貓的生死構成一條因果鏈,將量子的不確定與宏觀物質(貓的生死)的不確定性聯系起來,而根據日常經驗,無論我們是否觀察,貓的狀態必為生或死中之一。  

          對本實驗的詮釋


            自薛定諤的時代開始,人們提出了很多其它的對薛定諤的貓問題的量子力學詮釋,它們對疊加態存在的時長和波函數什么時候(或是否)坍縮給出了不同的答案。 

          哥本哈根詮釋

            量子力學詮釋中最被普遍支持的是哥本哈根詮釋。按照哥本哈根詮釋,當觀察發生時,系統不再處于疊加態而成為兩者之一的一種狀態。這個實驗清楚地表明了這個詮釋中測量,或觀察的概念是不清晰的。這個實驗可以被解釋為,當盒子關閉的時候,系統同時存在于“衰變的原子/死貓”和“未衰變的原子/活貓”的疊加態,只有當盒子被打開,實施觀察時,波函數坍縮為兩者的一種狀態。
            然而,一位與哥本哈根詮釋有密切聯系的主要的科學家,尼爾斯?玻爾,從來都不認同觀察引起的波函數坍縮,所以薛定諤的貓對他來說并不是什么迷。貓在盒子被一個有意識的觀察者打開之前早就是活的或死的了。對真實實驗的分析顯示,測量本身(如用一個蓋格計數器)就已經能夠在一個有意識的觀察者對測量結果進行觀察之前,使量子波函數坍縮。“觀察”在原子放射出的粒子擊中探測器時就已經發生的看法可以被發展成為客觀坍縮理論。相反,多世界理論否認坍縮出現過。
            

          多世界理論和一致性歷史


            1957年,休·艾弗雷特提出了量子力學的多世界詮釋,它不把觀察作為一個特殊的過程。按照多世界詮釋,當盒子被打開后,貓的活和死的狀態都延續了下來,但互相發生了退相干。換句話說,當盒子被打開的時候,觀察者和貓分裂成了一個觀察者看著盒子里的一只死貓,和一個觀察者看著盒子里的一只活貓。但是自從死和活的狀態退相干發生以后,它們之間就不再具有有效的信息交流或相互作用。
            當觀察者打開盒子,觀察者就和貓發生了糾纏,所以“觀察者狀態”與貓的死活的對應關系就形成了;每個觀察者狀態與貓發生了糾纏或纏結,所以“對貓狀態的觀察”和“貓的狀態”相互對應。量子退相干保證了不同的結果之間沒有相互作用。同樣機制的量子退相干對一致性歷史角度的詮釋也很重要。在這個詮釋中,只有“死貓”或“活貓”可以作為一致性歷史的一部分。

            羅杰·彭羅斯對此的批評:

            "我想讓大家清楚,這遠遠不是解決貓佯謬的辦法。因為量子力學的形式主義中沒有什么東西要求一個意識狀態不能牽涉同時的對活貓和死貓的感知。"
            雖然主流的觀點(并非一定贊同多世界)認為退相干是避免這樣同時的感知的機制。
            宇宙學家馬克思·特格馬克提出了一個薛定諤的貓實驗的變體,量子自殺機。它從那只貓的角度考察了薛定諤的貓的實驗,并提出用這種方式,一個人也許能夠辨別哥本哈根詮釋與多世界。 

          系綜詮釋

            系綜詮釋指出疊加態僅僅是一個更大的統計系綜的一部分。態矢量并不適用于單個的貓實驗,而僅僅適用于被類似準備的許多貓實驗的統計。這種詮釋的支持者說這使得薛定諤的貓佯謬成為了一個沒有意義的,不是問題的東西。
            這種詮釋有利于人們拋棄量子力學中單個物理系統總有一個與之對應的數學描述的觀點。  

          相關詮釋

            相關詮釋沒有對人類實驗者、貓或儀器,或者生命系統與非生命系統之間做本質之上的區分;都是遵循相同的波函數演化定律的量子系統,都可以被認為是“觀察者”。但相關詮釋允許不同的觀察者可以對相同的系列事件給出不同的描述,這些描述取決于它們所擁有的關于這個系統的信息。貓可以被認為是儀器的一個觀察者;同時,實驗者可以被認為是盒內系統(貓加儀器)的另一個觀察者。在盒子被打開之前,貓,因其天然地有生或死,擁有了對儀器狀態(原子是否衰變)的信息;但實驗者并沒有關于盒內之物的信息。這樣,兩個觀察者同時對當前的情形有了不同的描述:對貓來說,儀器的波函數表現為“坍縮”;對實驗者來說,盒內之物表現為疊加態。直到盒子被打開,兩個觀察者擁有了對于發生了什么的相同的信息,兩個系統狀態才表現為“坍縮”成同樣確切的結果,一只貓是活的或是死的。  

          客觀坍縮理論

            根據客觀坍縮理論,疊加態在某些客觀的物理閾值(時間、質量、溫度、不可逆性等)達到的時候會自發地被破壞。因此,貓會在盒子被打開以前早就處在一個確切的狀態。這可以被不嚴謹地說成“貓觀察它自己”或“環境觀察貓”。
            客觀坍縮理論要求對標準量子力學做一些修改以允許疊加態的破壞在時間演化過程中被允許。  

          衍生文化


            薛定諤的貓衍生出了諸多文化產物,例如:
            薛定諤的貓(動漫)
            薛定諤的貓(樂隊)

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