薛定諤的貓之意義所在

無論一個(gè)理論有多么深?yuàn)W、多么精妙，但是如果它沒有一點(diǎn)意義所在，那就不能稱其為高深（雖然科學(xué)常常不能追求急功近利式的意義，但是，如果我們積極尋求它的意義所在，一定對科學(xué)的發(fā)展有一定的作用）。 那么，我迫切地想知道，薛定諤的貓有什么意義？ 關(guān)于所有方面的意義，更好是關(guān)于物理學(xué)——量子學(xué)方面的重大意義。什么是薛定諤貓？這要從頭說起。薛定諤（E.Schr dinger ，1887—1961）是奧地利著名物理學(xué)家、量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一，曾獲1933年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，薛定諤貓是他在1935年提出的關(guān)于量子力學(xué)的一個(gè)佯謬[2]。這些年來許多物理學(xué)家絞盡腦汁，試圖解開這個(gè)佯謬。直到最近經(jīng)過一系列精巧的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)問題才逐漸有了眉目。2000年7月，《自然》報(bào)道了最新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 量子力學(xué)是描述原子、電子等微觀粒子的理論，它所揭示的微觀規(guī)律與日常生活中看到的宏觀規(guī)律很不一樣。處于所謂“疊加態(tài)”的微觀粒子之狀態(tài)是不確定的。例如，電子可以同時(shí)位于幾個(gè)不同的地點(diǎn)，直到被觀察測量（觀測）時(shí)，才在某處出現(xiàn)。這種事如果發(fā)生在宏觀世界的日常生活中，就好比：我在家中何處是不確定的，你看我一眼，我就突然現(xiàn)身于某處——客廳、餐廳、廚房、書房或臥室都有可能；在你看我之前，我像云霧般隱身在家中，穿墻透壁到處游蕩。這種“魔術(shù)”別說常人認(rèn)為荒謬，物理學(xué)家如薛定諤也想不通。于是薛定諤就編出了這個(gè)佯謬，以引起注意。果不其然！物理學(xué)家爭論至今。 薛定諤貓佯謬是一個(gè)設(shè)計(jì)巧妙的理想實(shí)驗(yàn)：將一只貓關(guān)在箱子里，箱內(nèi)還置有一小塊鈾、一個(gè)盛有毒氣的玻璃瓶，以及一套受檢測器控制的、由錘子構(gòu)成的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。鈾是不穩(wěn)定的元素，衰變時(shí)放出射線觸發(fā)檢測器，驅(qū)動(dòng)錘子擊碎玻璃瓶，釋放出毒氣將貓毒死。鈾未衰變前，毒氣未放出，貓是活的。鈾原子在何時(shí)衰變是不確定的，所以它處于疊加態(tài)。薛定諤挖苦說：在箱子未打開進(jìn)行觀測前，按照量子力學(xué)的解釋，箱中之貓?zhí)幱凇八溃畀B加態(tài)”——既死了又活著！要等有人打開箱子看一眼才能決定貓的生死。這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)的巧妙之處，在于通過“檢測器－錘子－毒藥瓶”這條因果鏈，似乎將鈾原子的“衰變－未衰變疊加態(tài)”與貓的“死－活疊加態(tài)”聯(lián)系在一起，使量子力學(xué)的微觀不確定性變?yōu)楹暧^不確定性；微觀的混沌變?yōu)楹暧^的荒謬——貓要么死了，要么活著，兩者必居其一，不可能同時(shí)既死又活！難怪英國著名科學(xué)家霍金聽到薛定諤貓佯謬時(shí)說：“我去拿槍來把貓打死！” 薛定諤貓佯謬實(shí)際上提出了一個(gè)十分重要的問題：什么是量子力學(xué)的觀測？觀察或測量都與人的主觀有關(guān)，而人在箱外，所以必須打開箱子才能決定貓的死活。誰都知道箱中貓的死活是由鈾的衰變決定的——衰變前貓是活的，衰變后貓就死了，這與是否有人打開箱子進(jìn)行觀察毫不相干。所以毛病出在觀測的主觀性上，應(yīng)該朝這個(gè)方向?qū)じ康住?微觀的觀測與宏觀的觀測有所不同。宏觀的觀測對被觀測對象沒有什么影響。俗話說：“看一眼總行吧。”意思是對所看之物并無影響，用不著擔(dān)心。微觀的觀測對被觀測對象有影響，會(huì)引起變化。以觀測電子為例，要用光照才能看見，光的最小單位光子的能量雖小但不是零，光子照到被觀測的電子上，對電子的影響很大。所以，在微觀世界中看一眼也會(huì)惹禍！ 量子力學(xué)認(rèn)為，觀測的結(jié)果使得被觀測對象的狀態(tài)改變了：一個(gè)確定態(tài)從原先不確定的疊加態(tài)中蹦了出來。再追究下去，觀測無非是觀測手段（如光子）與被觀測對象（如電子）之間的一種相互作用，這種相互作用并不一定與觀測者聯(lián)系起來，后者可以用檢測器之類的儀器代替。經(jīng)過幾十年的探索，物理學(xué)家終于認(rèn)識到：在由疊加態(tài)到確定態(tài)的轉(zhuǎn)變中，觀測曾經(jīng)扮演的角色應(yīng)該以相互作用來代替，這樣不僅更普遍而且更客觀。具體到薛定諤貓佯謬，就能將人的主觀因素完全排除——貓的死活不是由人開箱看貓一眼所決定的。 但是，箱中貓的“死－活疊加態(tài)”究竟是怎么一回事呢 物理學(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，一切要由實(shí)驗(yàn)來判定。較早的一批關(guān)于“薛定諤貓”的實(shí)驗(yàn)[3,4]是將處于疊加態(tài)的單個(gè)原子或分子從周圍環(huán)境中孤立起來，然后以可控制的 *** 使之相互作用，以觀察其變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵在于環(huán)境的相互作用，它導(dǎo)致原先的量子疊加態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)典的確定態(tài)。但是將這些實(shí)驗(yàn)對象當(dāng)作薛定諤貓是一種極度的簡化，單個(gè)原子或分子與薛定諤貓相去何止十萬八千里。 這次《自然》報(bào)道的實(shí)驗(yàn)[5]與上述那些實(shí)驗(yàn)不同。紐約州立大學(xué)石溪分校弗里德曼（J. R. Friedman）等人拿來做實(shí)驗(yàn)的“薛定諤貓”不是單個(gè)粒子，而是在接近絕對零度的超導(dǎo)體環(huán)形電路中由幾十億對電子構(gòu)成的超導(dǎo)流。實(shí)驗(yàn)證明，這種由大量粒子構(gòu)成的宏觀量子系統(tǒng)也可以處于疊加態(tài)——相當(dāng)于薛定諤貓的“死－活疊加態(tài)”。幾十億對電子構(gòu)成的超導(dǎo)流當(dāng)然還不能與幾億億億個(gè)原子構(gòu)成的貓相比，但較之單個(gè)原子分子畢竟前進(jìn)了一大步。所以有人驚呼：“薛定諤貓變胖了！” 下一步是否拿一只真的貓來做實(shí)驗(yàn)?zāi)兀坎豢赡埽∈紫仁菬o法將之與周圍環(huán)境隔離——置于真空中的貓馬上會(huì)死掉。其次，與接近絕對零度的超導(dǎo)流不同，常溫下的貓根本不是宏觀量子系統(tǒng)，何來疊加態(tài)？而且也沒有必要做這樣的實(shí)驗(yàn)，物理學(xué)家根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對薛定諤貓為什么不可能有“死－活疊加態(tài)”已能作出符合量子力學(xué)的解釋。 讀者會(huì)說：“不就是一只假想的貓嗎，讓霍金開槍打死不就完了。”事情并非那么簡單，否則許多物理學(xué)大師就不會(huì)那么孜孜以求了。薛定諤貓佯謬衍生出更深刻的問題：大量原子、分子所構(gòu)成的生物與這些微觀粒子遵從的量子力學(xué)規(guī)律之間的關(guān)系究竟是什么？這不僅是重要的理論問題，而且具有實(shí)際意義。例如，自我意識的機(jī)制至今仍然是未解之謎，有人認(rèn)為可能與量子力學(xué)或者更深層次的微觀規(guī)律有關(guān)。再如思維過程中的“頓悟”，會(huì)不會(huì)與前述之“一個(gè)確定態(tài)就從原先不確定的疊加態(tài)中蹦了出來”有關(guān)呢？可能有關(guān)的還有：生命的起源、物種的變異、光合作用的機(jī)制……如此等等。總之，生命的秘密和思維的奧妙不可能與量子力學(xué)的規(guī)律無關(guān)。這就難怪薛定諤后來轉(zhuǎn)而對生命科學(xué)很感興趣了。1946年他寫出了著名的《生命是什么》一書，提出了一些很有創(chuàng)見的觀點(diǎn)。遺憾的是，在他有生之年，那可憐的箱中之貓依然生死不明。

薛定諤的貓哲學(xué)意義是什么？

薛定諤的貓哲學(xué)意義是：思想實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)的發(fā)展中十分重要。薛定諤的貓并不是真實(shí)存在的，而是一個(gè)“思想實(shí)驗(yàn)”，在物理學(xué)中存在很多的思想實(shí)驗(yàn)，因?yàn)楹芏鄷r(shí)候，因?yàn)榭萍嫉南拗疲恍?shí)驗(yàn)很難實(shí)現(xiàn)，或者是一些會(huì)產(chǎn)生悖論的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)時(shí)候科學(xué)家會(huì)在腦海中用想象力去完成這些實(shí)驗(yàn)。一些現(xiàn)實(shí)世界中無法完成或者是因?yàn)楦鞣N原因無法完成的實(shí)驗(yàn)，都會(huì)以思想實(shí)驗(yàn)的方式在來實(shí)現(xiàn)。愛因斯坦就曾經(jīng)說過“理論的真理在你的心智中，不在你的眼睛里。”，由此可見思想實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)的發(fā)展中十分重要。薛定諤的貓和量子自殺：究竟是必然還是偶然決定了宇宙的命運(yùn)或者說：‘上帝’玩骰子嗎？這個(gè)是量子力學(xué)和相對論更大的爭議。量子力學(xué)主張，世界是由不確定的、隨機(jī)的事件決定，這個(gè)不確定（后者叫波動(dòng)）。其實(shí)就是辯證法主張的矛盾運(yùn)作；而相對論則認(rèn)為，世界應(yīng)該是由固定的、機(jī)械的規(guī)律統(tǒng)治，任何看似偶然的事件背后，其實(shí)都有必然在支撐。關(guān)于薛定諤的貓，許多非主流科學(xué)家是持懷疑態(tài)度的，他們認(rèn)為：這個(gè)原因是由“平行宇宙”（MWI）造成的，即：當(dāng)我們向盒子里看時(shí)，整個(gè)世界分裂成它自己的兩個(gè)版本。這兩個(gè)版本在其余的各個(gè)方面都是全同的。區(qū)別只是在于其中一個(gè)版本中，原子衰變了，貓死了；而在另一個(gè)版本中，原子沒有衰變，貓還活著。在量子的多世界中，我們通過參與而選擇出自己的道路。在我們生活的這個(gè)世界上，沒有隱變量，上帝不會(huì)擲骰子，一切都是真實(shí)的。這個(gè)觀點(diǎn)還有更駭人聽聞的假設(shè)：量子自殺。下面分享相關(guān)內(nèi)容的知識擴(kuò)展：

物理學(xué)四大神獸是什么？ 我聽說有物理學(xué)四大神獸的說法，其中有:薛定諤的貓，拉普拉斯鬼（妖/魔），另外

物理學(xué)四大神獸是什么？我聽說有物理學(xué)四大神獸的說法，其中有:薛定諤的貓，拉普拉斯鬼（妖/魔），另外兩個(gè)是什么？順便附上說明……

物理學(xué)四大神獸：芝諾的烏龜、拉普拉斯獸、麥克斯韋妖、薛定諤的貓。

他們分別對應(yīng)：微積分、經(jīng)典力學(xué)、熱力學(xué)第二定律、量子力學(xué)。

四大神獸的能力：

1.芝諾的烏龜：縮地成寸。

2.拉普拉斯獸：善推演，能知萬物。

3.麥克斯韋妖：逆轉(zhuǎn)時(shí)空。

4.薛定諤的貓：超越生死。

參考資料：物理學(xué)上的四大神獸

誰知道克萊因瓶？薛定諤的貓？愛因斯坦——羅森橋？等理論

克萊因瓶在數(shù)學(xué)領(lǐng)域中，克萊因瓶（Klein bottle）是指一種無定向性的平面，比如二維平面，就沒有“內(nèi)部”和“外部”之分。在拓?fù)鋵W(xué)中，克萊因瓶（Klein Bottle）是一個(gè)不可定向的拓?fù)淇臻g。克萊因瓶最初由德國幾何學(xué)大家 Felix Klein 提出。在1882年，著名數(shù)學(xué)家菲立克斯·克萊因 (Felix Klein) 發(fā)現(xiàn)了后來以他的名字命名的著名“瓶子”。克萊因瓶的結(jié)構(gòu)可表述為：一個(gè)瓶子底部有一個(gè)洞，現(xiàn)在延長瓶子的頸部，并且扭曲地進(jìn)入瓶子內(nèi)部，然后和底部的洞相連接。和我們平時(shí)用來喝水的杯子不一樣，這個(gè)物體沒有“邊”，它的表面不會(huì)終結(jié)。它和球面不同 ，一只蒼蠅可以從瓶子的內(nèi)部直接飛到外部而不用穿過表面（即它沒有內(nèi)外之分）。或者說，這個(gè)瓶子不能裝水[1] 。1命名來源“克萊因瓶”這個(gè)名字的翻譯其實(shí)是有些錯(cuò)誤的，因?yàn)樽畛跤玫抡Z命名時(shí)候名字中“Kleinsche Fl?che”是“克萊因平面”的意思。因?yàn)榉g問題寫成了Flasche，這個(gè)詞才是瓶子的意思。不過不要緊，“瓶子”這個(gè)詞用起來也非常合適。在1882年，著名數(shù)學(xué)家菲利克斯·克萊因（Felix Klein）發(fā)現(xiàn)了后來以他的名字命名的著名“瓶子”。這是一個(gè)像球面那樣封閉的（也就是說沒有邊）曲面，但是它卻只有一個(gè)面。在圖片上我們看到，克萊因瓶的確就像是一個(gè)瓶子。但是它沒有瓶底，它的瓶頸被拉長，然后似乎是穿過了瓶壁，最后瓶頸和瓶底圈連在了一起。如果瓶頸 *** 過瓶壁而從另一邊和瓶底圈相連的話，我們就會(huì)得到一個(gè)輪胎面（即環(huán)面）。2描述克萊因瓶是一個(gè)不可定向的二維緊流形，而球面或輪胎面是可定向的二維緊流形。如果觀察克萊因瓶，有一點(diǎn)似乎令人困惑－－克萊因瓶的瓶頸和瓶身是相交的，換句話說，瓶頸上的某些點(diǎn)和瓶壁上的某些點(diǎn)占據(jù)了三維空間中的同一個(gè)位置。但是事實(shí)卻非如此。事實(shí)是：克萊因瓶是一個(gè)在四維空間中才可能真正表現(xiàn)出來的曲面。如果我們一定要把它表現(xiàn)在我們生活的三維空間中，我們只好將就點(diǎn)，把它表現(xiàn)得似乎是自己和自己相交一樣。事實(shí)上，克萊因瓶的瓶頸是穿過了第四維空間再和瓶底圈連起來的，并 *** 過瓶壁。用扭結(jié)來打比方，如果把它看作平面上的曲線的話，那么它似乎自身相交，再一看似乎又?jǐn)喑闪巳亍５鋵?shí)很容易明白，這個(gè)圖形其實(shí)是三維空間中的曲線。它并不和自己相交，而是連續(xù)不斷的一條曲線。在平面上一條曲線自然做不到這樣，但是如果有第三維的話，它就可以穿過第三維來避開和自己相交。只是因?yàn)槲覀円阉嬙诙S平面上時(shí)，只好將就一點(diǎn)，把它畫成相交或者斷裂了的樣子。克萊因瓶也一樣，這是一個(gè)事實(shí)上處于四維空間中的曲面。在我們這個(gè)三維空間中，即使是更高明的能工巧匠，也不得不把它做成自身相交的模樣；就好像更高明的畫家，在紙上畫扭結(jié)的時(shí)候也不得不把它們畫成自身相交的模樣。有趣的是，如果把克萊因瓶沿著它的對稱線切下去，竟會(huì)得到兩個(gè)莫比烏斯環(huán)。在二維看似穿過自身的繩子在二維看似穿過自身的繩子如果莫比烏斯帶能夠完美的展現(xiàn)一個(gè)“二維空間中一維可無限擴(kuò)展之空間模型”的話，克萊因瓶只能作為展現(xiàn)一個(gè)“三維空間中二維可無限擴(kuò)展之空間模型”的參考。因?yàn)樵?*** 莫比烏斯帶的過程中，我們要對紙帶進(jìn)行180°翻轉(zhuǎn)再首尾相連，這就是一個(gè)三維空間下的操作。理想的“三維空間中二維可無限擴(kuò)展之空間模型”應(yīng)該是在二維面中，朝任意方向前進(jìn)都可以回到原點(diǎn)的模型，而克萊因瓶雖然在二維面上可以向任意方向無限前進(jìn)。但是只有在兩個(gè)特定的方向上才會(huì)回到原點(diǎn)，并且只有在其中一個(gè)方向上，回到原點(diǎn)之前會(huì)經(jīng)過一個(gè)“逆向原點(diǎn)”，真正理想的“三維空間中二維可無限擴(kuò)展之空間模型”也應(yīng)該是在二維面上朝任何方向前進(jìn)，都會(huì)先經(jīng)過一次“逆向原點(diǎn)”，再回到原點(diǎn)。而 *** 這個(gè)模型，則需要在四維空間上對三維模型進(jìn)行扭曲。數(shù)學(xué)中有一個(gè)重要分支叫“拓?fù)鋵W(xué)”，主要是研究幾何圖形連續(xù)改變形狀時(shí)的一些特征和規(guī)律的，克萊因瓶和莫比烏斯帶變成了拓?fù)鋵W(xué)中最有趣的問題之一。莫比烏斯帶的概念被廣泛地應(yīng)用到了建筑，藝術(shù)，工業(yè)生產(chǎn)中。3拓?fù)鋵W(xué)的定義克萊因瓶定義為正方形區(qū)域 [0,1]×[0,1] 模掉等價(jià)關(guān)系(0,y)~(1,y), 0≤y≤1 和 (x,0)~(1-x,1), 0≤x≤1。類似于 Mobius Band, 克萊因瓶不可定向。但 Mobius 帶可嵌入 ，而克萊因瓶只能嵌入四維（或更高維）空間。4莫比烏斯帶把一條紙帶的一段扭180°，再和另一端粘起來就得到一條莫比烏斯帶的模型。這也是一個(gè)只有莫比烏斯帶、一個(gè)面的曲面，但是和球面、輪胎面和克萊因瓶不同的是，它有邊（注意，它只有一條邊）。如果我們把兩條莫比烏斯帶沿著它們唯一的邊粘合起來，你就得到了一個(gè)克萊因瓶莫比烏斯帶莫比烏斯帶（當(dāng)然不要忘了，我們必須在四維空間中才能真正有可能完成這個(gè)粘合，否則的話就不得不把紙撕破一點(diǎn)）。同樣地，如果把一個(gè)克萊因瓶適當(dāng)?shù)丶糸_來，我們就能得到兩條莫比烏斯帶。除了我們上面看到的克萊因瓶的模樣，還有一種不太為人所知的“8字形”克萊因瓶。它看起來和上面的曲面完全不同，但是在四維空間中它們其實(shí)就是同一個(gè)曲面－－克萊因瓶。實(shí)際上，可以說克萊因瓶是一個(gè)3°的莫比烏斯帶。我們知道，在平面上畫一個(gè)圓，再在圓內(nèi)放一樣?xùn)|西，假如在二度空間中將它拿出來，就不得不越過圓周。但在三度空間中，很容易不越過圓周就將其拿出來，放到圓外。將物體的軌跡連同原來的圓投影到二度空間中，就是一個(gè)“二維克萊因瓶”，即莫比烏斯帶（這里的莫比烏斯帶是指拓?fù)湟饬x上的莫比烏斯帶）。再設(shè)想一下，在我們的3°空間中，不可能在不打破蛋殼的前提下從雞蛋中取出蛋黃，但在四度空間里卻可以。將蛋黃的軌跡連同蛋殼投影在三度空間中，必然可以看到一個(gè)克萊因瓶。5制造經(jīng)歷事實(shí)上，德國數(shù)學(xué)家克萊因就曾提出了“不可能”設(shè)想，即拓?fù)鋵W(xué)的大怪物－－克萊因瓶。這種瓶子根本沒有內(nèi)、外之分，無論從什么地方穿透曲面，到達(dá)之處依然在瓶的外面，所以，它本質(zhì)上就是一個(gè)“有外無內(nèi)”的古怪東西。 盡管現(xiàn)代玻璃工業(yè)已經(jīng)發(fā)展得非常先進(jìn)，但是，所謂的“克萊因瓶”卻始終是大數(shù)學(xué)家克萊因先生腦子里頭的“虛構(gòu)物”，根本制造不出來。許多國家的數(shù)學(xué)家老是想造它一個(gè)出來，作為獻(xiàn)給國際數(shù)學(xué)家大會(huì)的禮物。然而，等待他們的是一個(gè)失敗接著一個(gè)失敗。也有人認(rèn)為，即使造不出玻璃制品，能造出一個(gè)紙模型也不錯(cuò)呀。如果真的解決了這個(gè)問題，那可是個(gè)大收獲啊！克萊因瓶是不可能嵌入三維空間中的。在三維空間中，克萊因瓶必然跟自身相交，用數(shù)學(xué)的語言說，這樣得到的克萊因瓶在三維中的實(shí)現(xiàn)是克萊因瓶在三維空間中的浸入（immersion）。薛定諤的貓“薛定諤的貓”是由奧地利物理學(xué)家薛定諤于1935年提出的有關(guān)貓既是死的又是活的著名思想實(shí)驗(yàn)的名字，它描述了量子力學(xué)的真相：在量子系統(tǒng)中，一個(gè)原子或者光子可以同時(shí)以多種狀態(tài)的組合形式存在，而這些不同的狀態(tài)可能對應(yīng)不同的甚至是矛盾的結(jié)果。整個(gè)實(shí)驗(yàn)是這樣進(jìn)行的：在一個(gè)盒子里有一只貓，以及少量放射性物質(zhì)。在一小時(shí)內(nèi)，大約有50%的概率放射性物質(zhì)將會(huì)衰變并釋放出毒氣殺死這只貓，剩下50%的概率是放射性物質(zhì)不會(huì)衰變而貓將活下來。1什么是薛定諤的貓？“薛定諤的貓”是由奧地利物理學(xué)家薛定諤于1935年提出的有關(guān)貓既是死的又是活[1] 的著名思想實(shí)驗(yàn)的名字，它描述了量子力學(xué)的真相[2] ：粒子的某些特性無法確定，直到測量外力迫使它們選擇。整個(gè)實(shí)驗(yàn)是這樣進(jìn)行的：在一個(gè)盒子里有一只貓，以及少量放射性物質(zhì)。在一小時(shí)內(nèi)，大約有50%的概率放射性物質(zhì)將會(huì)衰變并釋放出毒氣殺死這只貓，剩下50%的概率是放射性物質(zhì)不會(huì)衰變而貓將活下來[2] 。根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)，在盒子里必將發(fā)生這兩個(gè)結(jié)果之一，而外部觀測者只有打開盒子才能知道里面的結(jié)果[2] 。但在量子力學(xué)的怪異世界里，貓到底是死是活都必須在盒子打開后，外部觀測者“測量”具體情形才能知曉[2] 。當(dāng)盒子處于關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)則一直保持不確定性的狀態(tài)，貓既是死的也是活的。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)旨在論證怪異的量子力學(xué)，當(dāng)它從粒子擴(kuò)大宏觀物體，諸如貓，聽起來非常荒謬[2] 。薛定諤的貓本身是一個(gè)假設(shè)的概念，但隨著技術(shù)的發(fā)展，人們在光子、原子、分子中實(shí)現(xiàn)了薛定諤貓態(tài)，甚至已經(jīng)開始嘗試用病毒來制備薛定諤貓態(tài)，就像劉慈欣《球狀閃電》中變成量子態(tài)的人，人們已經(jīng)越來越接近實(shí)現(xiàn)生命體的薛定諤貓[3] 。可是另外一方面，人們發(fā)現(xiàn)薛定諤貓態(tài)（量子疊加態(tài)）本身就在生命過程中存在著，且是生物生存不可缺少的[3] 。2理想實(shí)驗(yàn)薛定諤的貓(Schr?dinger's Cat)是關(guān)于量子理論的一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)。盡管量子論的誕生已經(jīng)過了一個(gè)世紀(jì)，其輝煌鼎盛與繁榮也過了半個(gè)世紀(jì)。但是量子理論曾經(jīng)引起的困惑至今仍困惑著人們。正如玻爾的名言：“誰要是之一次聽到量子理論時(shí)沒有感到困惑，那他一定沒聽懂。”薛定諤的貓是諸多量子困惑中有代表性的一個(gè)。一只貓被封在一個(gè)密室里，密室里有食物有毒藥。毒藥瓶上有一個(gè)錘子，錘子由一個(gè)電子開關(guān)控制，電子開關(guān)由放射性原子控制。如果原子核衰變，則放出阿爾法粒子，觸動(dòng)電子開關(guān)，錘子落下，砸碎毒藥瓶，釋放出里面的氰化物氣體，貓必死無疑。原子核的衰變是隨機(jī)事件，物理學(xué)家所能精確知道的只是半衰期——衰變一半所需要的時(shí)間。如果一種放射性元素的半衰期是一天，則過一天，該元素就少了一半，再過一天，就少了剩下的一半。但是，物理學(xué)家卻無法知道，它在什么時(shí)候衰變，上午，還是下午。當(dāng)然，物理學(xué)家知道它在上午或下午衰變的幾率——也就是貓?jiān)谏衔缁蛘呦挛缢劳龅膸茁省Ｈ绻覀儾唤议_密室的蓋子，根據(jù)我們在日常生活中的經(jīng)驗(yàn)，可以認(rèn)定，貓或者死，或者活。這是它的兩種本征態(tài)。但是，如果我們用薛定諤方程來描述薛定諤貓，則只能說，它處于一種活與不活的疊加態(tài)。我們只有在揭開蓋子的一瞬間，才能確切地知道貓是死是活。此時(shí)，貓的波函數(shù)由疊加態(tài)立即收縮到某一個(gè)本征態(tài)。量子理論認(rèn)為：如果沒有揭開蓋子，進(jìn)行觀察，我們永遠(yuǎn)也不知道貓是死是活，它將永遠(yuǎn)處于半死不活的疊加態(tài)。薛定諤挖苦說：按照量子力學(xué)的解釋，箱中之貓?zhí)幱凇八溃畀B加態(tài)”——既死了又活著！要等到打開箱子看貓一眼才決定其生死。（請注意！不是發(fā)現(xiàn)而是決定，僅僅看一眼就足以致命！）正像哈姆雷特王子所說：“生存還是死亡，這是一個(gè)問題。”只有當(dāng)你打開盒子的時(shí)候，疊加態(tài)突然結(jié)束（在數(shù)學(xué)術(shù)語就是“波函數(shù)坍縮（collapse）”），哈姆雷特王子的猶豫才終于結(jié)束，我們知道了貓的確定態(tài)：死，或者活。哥本哈根的幾率詮釋的優(yōu)點(diǎn)是：只出現(xiàn)一個(gè)結(jié)果，這與我們觀測到的結(jié)果相符合。但是有一個(gè)大的問題：它要求波函數(shù)突然坍縮。但物理學(xué)中沒有一個(gè)公式能夠描述這種坍縮。盡管如此，長期以來物理學(xué)家們出于實(shí)用主義的考慮，還是接受了哥本哈根的詮釋。付出的代價(jià)是：違反了薛定諤方程。這就難怪薛定諤一直耿耿于懷了。哥本哈根詮釋在很長的一段時(shí)間成了“正統(tǒng)的”、“標(biāo)準(zhǔn)的”詮釋。但那只不死不活的貓卻總是像惡夢一樣讓物理學(xué)家們不得安寧。格利賓在《尋找薛定諤的貓》中想告訴我們的是，哥本哈根詮釋在哪兒失敗？以及用什么詮釋可以替代它？干涉實(shí)驗(yàn)1801年，托馬斯·楊進(jìn)行了一次光學(xué)實(shí)驗(yàn)，即著名的楊氏雙孔干涉實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，光顯示出波粒二象性。后來又有人做了單電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，這是否證明了埃弗雷特的多世界理論呢？在一張紙板上開兩道狹縫，然后在紙板后架上光屏，用一個(gè)儀器發(fā)射出一個(gè)電子，使其通過狹縫。按照正常思維來看，電子可能通過這個(gè)狹縫，也可能通過另一個(gè)狹縫。而觀測顯示：這個(gè)電子在兩道狹縫后都形成了圖像。有人說只射出一個(gè)電子，也會(huì)產(chǎn)生干涉條紋，這是德布羅意物質(zhì)波的相干疊加所導(dǎo)致的必然結(jié)果。3尋找薛定諤貓哥本哈根詮釋哥本哈根詮釋在很長的一段時(shí)間成了“正統(tǒng)的”、“標(biāo)準(zhǔn)的”詮釋。但那只不死不活的貓卻總是像惡夢一樣讓物理學(xué)家們不得安寧。格利賓在《尋找薛定諤的貓》中想告訴我們的是，哥本哈根詮釋在哪兒失敗？以及用什么詮釋可以替代它？格利賓1957年，埃弗雷特提出的“多世界詮釋”似乎為人們帶來了福音，雖然由于它太離奇開始沒有人認(rèn)真對待。格利賓認(rèn)為，多世界詮釋有許多優(yōu)點(diǎn)，由此它可以代替哥本哈根詮釋。我們下面簡單介紹一下埃弗雷特的多世界詮釋。格利賓在書中寫道：“埃弗雷特……指出兩只貓都是真實(shí)的。有一只活貓，有一只死貓，但它們位于不同的世界中。問題并不在于盒子中的放射性原子是否衰變，而在于它既衰變又不衰變。當(dāng)我們向盒子里看時(shí)，整個(gè)世界分裂成它自己的兩個(gè)版本。這兩個(gè)版本在其余的各個(gè)方面都是全同的。唯一的區(qū)別在于其中一個(gè)版本中，原子衰變了，貓死了；而在另一個(gè)版本中，原子沒有衰變，貓還活著。”也就是說，上面說的“原子衰變了，貓死了；原子沒有衰變，貓還活著”這兩個(gè)世界將完全相互獨(dú)立地演變下去，就像兩個(gè)平行的世界一樣。格利賓顯然十分贊賞這一詮釋，所以他接著說：“這聽起來就像科幻小說，然而……它是基于無懈可擊的數(shù)學(xué)方程，基于量子力學(xué)樸實(shí)的、自洽的、符合邏輯的結(jié)果。”“在量子的多世界中，我們通過參與而選擇出自己的道路。在我們生活的這個(gè)世界上，沒有隱變量，上帝不會(huì)擲骰子，一切都是真實(shí)的。”按格利賓所說，愛因斯坦如果還活著，他也許會(huì)同意并大大地贊揚(yáng)這一個(gè)“沒有隱變量，上帝不會(huì)擲骰子”的理論。這個(gè)詮釋的優(yōu)點(diǎn)是：薛定諤方程始終成立，波函數(shù)從不坍縮，由此它簡化了基本理論。它的問題是：設(shè)想過于離奇，付出的代價(jià)是這些平行的世界全都是同樣真實(shí)的。這就難怪有人說：“在科學(xué)史上，多世界詮釋無疑是目前所提出的更大膽、最野心勃勃的理論。”量子相干性1996年5月，美國科羅拉多州博爾德的國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）的Monroe等人用單個(gè)鈹離子作成了“薛定諤的貓”并拍下了快照，發(fā)現(xiàn)鈹離子在之一個(gè)空間位置上處于自旋向上的狀態(tài)，而同時(shí)又在第二個(gè)空間位置上處于自旋向下的狀態(tài)，而這兩個(gè)狀態(tài)相距80納米之遙！（1納米等于1毫微米）——這在原子尺度上是一個(gè)巨大的距離。想像這個(gè)鈹離子是個(gè)通靈大師，他在紐約與喜馬拉雅同時(shí)現(xiàn)身，一個(gè)他正從摩天樓頂往下跳傘；而另一個(gè)他則正爬上雪山之巔！——量子的這種“化身博士”特點(diǎn)，物理學(xué)上稱“量子相干性”。在早期的楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，單個(gè)光粒子即以優(yōu)美的波粒二象性，輕巧地同時(shí)穿過兩條狹縫，在觀察屏上制造出一幅美麗的明暗相干條紋。4薛定諤方程方程埃爾溫·薛定諤在20世紀(jì)20年代中期創(chuàng)立了現(xiàn)在被稱為量子力學(xué)分支中的一個(gè)方程。后來被稱之為薛定諤現(xiàn)六光子薛定諤貓態(tài)方程：▽2ψ(x，y，z)+(8π2m/h2)[E-U(x，y，z)]ψ(x，y，z)=0量子理論是20世紀(jì)科學(xué)的重大進(jìn)展之一，但由于量子力學(xué)對傳統(tǒng)觀念所帶來的巨大沖擊，連“量子”的提出者在內(nèi)的科學(xué)家都想盡各種辦法拒絕它，或做出各種調(diào)和性的解釋。事實(shí)上，薛定諤就被量子力學(xué)的結(jié)果弄得心神不安，他不喜歡波粒二象性的二元解釋以及波的統(tǒng)計(jì)解釋，試圖建立一個(gè)只用波來解釋的理論。一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)薛定諤嘗試著用一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)量子理論隱含的不確之處。設(shè)想在一個(gè)封閉的匣子里，有一只活貓及一瓶毒藥。當(dāng)衰變發(fā)生時(shí)，藥瓶被打破，貓將被毒死。按照常識，貓可能死了也可能還活著。但是量子力學(xué)告訴我們，存在一個(gè)中間態(tài)，貓既不死也不活，直到進(jìn)行觀察看看發(fā)生了什么。量子力學(xué)告訴我們：除非進(jìn)行觀測，否則一切都不是真實(shí)的。愛因斯坦和少數(shù)非主流派物理學(xué)家拒絕接受由薛定諤及其同事創(chuàng)立的理論結(jié)果。愛因斯坦認(rèn)為，量子力學(xué)只不過是對原子及亞原子粒子行為的一個(gè)合理的描述，是一種唯象理論，它本身不是終極真理。他說過一句名言：“上帝不會(huì)擲骰子。”他不承認(rèn)薛定諤的貓的非本征態(tài)之說，認(rèn)為一定有一個(gè)內(nèi)在的機(jī)制組成了事物的真實(shí)本性。他花了數(shù)年時(shí)間企圖設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)這種內(nèi)在真實(shí)性是否確在起作用，但他沒有完成這種設(shè)計(jì)就去世了。5薛定諤貓態(tài)“薛定諤貓”態(tài)美國科學(xué)家宣布，他們成功讓6個(gè)鈹離子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自旋方向完全相反的宏觀量子疊加態(tài)，也就是量子力學(xué)理論中的“薛定諤貓”態(tài)。根據(jù)量子力學(xué)理論，物質(zhì)在微觀尺度上存在兩種完全相反狀態(tài)并存的奇特狀況，這被稱為有效的相干疊加態(tài)。由大量微觀粒子組成的宏觀世界是否也遵循量子疊加原理？奧地利物理學(xué)家薛定諤為此在1935年提出著名的“薛定諤貓”佯謬。“薛定諤貓”佯謬假設(shè)了這樣一種情況：將一只貓關(guān)在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器里。鐳的衰變存在幾率，如果鐳發(fā)生衰變，會(huì)觸發(fā)機(jī)關(guān)打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會(huì)死；如果鐳不發(fā)生衰變，貓就存活。根據(jù)量子力學(xué)理論，由于放射性的鐳處于衰變和沒有衰變兩種狀態(tài)的疊加，貓就理應(yīng)處于死貓和活貓的疊加狀態(tài)。這只既死又活的貓就是所謂的“薛定諤貓”。顯然，既死又活的貓是荒謬的。薛定諤想要借此闡述的物理問題是：宏觀世界是否也遵從適用于微觀尺度的量子疊加原理。“薛定諤貓”佯謬巧妙地把微觀放射源和宏觀的貓聯(lián)系起來，旨在否定宏觀世界存在量子疊加態(tài)。然而隨著量子力學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家已先后通過各種方案獲得了宏觀量子疊加態(tài)。此前，科學(xué)家最多使4個(gè)離子或5個(gè)光子達(dá)到“薛定諤貓”態(tài)。但如何使更多粒子構(gòu)成的系統(tǒng)達(dá)到這種狀態(tài)并保存更長時(shí)間，已成為實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的一大挑戰(zhàn)。實(shí)驗(yàn)美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所的萊布弗里特等人在最新一期《自然》雜志上稱，他們已實(shí)現(xiàn)擁有粒子較多而且持續(xù)時(shí)間最長的“薛定諤貓”態(tài)。實(shí)驗(yàn)中，研究人員將鈹離子每隔若干微米“固定”在電磁場阱中，然后用激光使鈹離子冷卻到接近絕對零度，并分三步操縱這些離子的運(yùn)動(dòng)。為了讓盡可能多的粒子在盡可能長的時(shí)間里實(shí)現(xiàn)“薛定諤貓”態(tài)，研究人員一方面提高激光的冷卻效率，另一方面使電磁場阱盡可能多地吸收離子振動(dòng)發(fā)出的熱量。最終，他們使6個(gè)鈹離子在50微秒內(nèi)同時(shí)順時(shí)針自旋和逆時(shí)針自旋，實(shí)現(xiàn)了兩種相反量子態(tài)的等量疊加糾纏，也就是“薛定諤貓”態(tài)。奧地利因斯布魯克大學(xué)的研究人員也在同期《自然》雜志上報(bào)告說，他們在8個(gè)離子的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了“薛定諤貓”態(tài)，但維持時(shí)間稍短。研究意義科學(xué)家稱，“薛定諤貓”態(tài)不僅具有理論研究意義，也有實(shí)際應(yīng)用的潛力。比如，多粒子的“薛定諤貓”態(tài)系統(tǒng)可以作為未來高容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)的核心部件，也可以用來制造極其靈敏的傳感器以及原子鐘、干涉儀等精密測量裝備。愛因斯坦羅森橋1基本簡介蟲洞(Wormhole)，又稱愛因斯坦-羅森橋，是宇宙中可能存在的連接兩個(gè)不同時(shí)空的狹窄隧道。蟲洞是1930年代由愛因斯坦及納森·羅森在研究引力場方程時(shí)假設(shè)的，認(rèn)為透過蟲洞可以做瞬時(shí)間的空間轉(zhuǎn)移或者做時(shí)間旅行。不過目前其存在性尚未確認(rèn)。理論上，蟲洞是連結(jié)白洞和黑洞的多維空間隧道，是無處不在，但轉(zhuǎn)瞬即逝的。不過有人假想一種奇異物質(zhì)可以使蟲洞保持張開。實(shí)際上，即使蟲洞確實(shí)存在，目前通過蟲洞做時(shí)間旅行尚無法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橄x洞中的引力非常大，任何物質(zhì)都無法通過。而且有人相信，蟲洞很不穩(wěn)定——以至于試圖通過蟲洞的物質(zhì)對時(shí)空的作用就可能使蟲洞消失。但有些科學(xué)家則相信研究蟲洞的價(jià)值是巨大的。蟲洞的出現(xiàn)，幾乎何以說是和黑洞同時(shí)的。在史瓦西發(fā)現(xiàn)了史瓦西黑洞以后，理論物理學(xué)家們對愛因斯坦常方程的史瓦西解進(jìn)行了幾乎半個(gè)世紀(jì)的探索。包括上面說過的克爾解、雷斯勒——諾斯特朗姆解以及后來的紐曼解，都是圍繞史瓦西的解研究出來的成果。我在這里將介紹給大家的蟲洞，也是史瓦西的后代。蟲洞在史瓦西解中之一次出現(xiàn)，是當(dāng)物理學(xué)家們想到了白洞的時(shí)候。他們通過一個(gè)愛因斯坦的思想實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)時(shí)空可以不是平坦的，而是彎曲的。在這種情況下，我們會(huì)十分的發(fā)現(xiàn)，如果恒星形成了黑洞，那么時(shí)空在史瓦西半徑，也就是視界的地方是與原來的時(shí)空完全垂直的。在不是平坦的宇宙時(shí)空中，這種結(jié)構(gòu)就以為著黑洞的視界內(nèi)的部分會(huì)與宇宙的另一個(gè)部分相結(jié)合，然后在那里產(chǎn)生一個(gè)洞。這個(gè)洞可以是黑洞，也可以是白洞。而這個(gè)彎曲的視界，叫史瓦西喉，也就是一種特定的蟲洞。自從在史瓦西解中發(fā)現(xiàn)了蟲洞，物理學(xué)家們就開始對蟲洞的性質(zhì)感到好奇。我們先來看一個(gè)蟲洞的經(jīng)典作用：連接黑洞和白洞，成為一個(gè)愛因斯坦—羅森橋，將物質(zhì)在黑洞的奇點(diǎn)處被完全瓦解為基本粒子，然后通過這個(gè)蟲洞（即愛因斯坦——羅森橋）被傳送到這個(gè)白洞的所在，并且被輻射出去。當(dāng)然，前面說的僅僅是蟲洞作為一個(gè)黑洞和白洞之間傳送物質(zhì)的道路，但是蟲洞的作用遠(yuǎn)不只如此。黑洞和黑洞之間也可以通過蟲洞連接，當(dāng)然，這種連接無論是如何的將強(qiáng)，它還是僅僅是一個(gè)連通的“宇宙監(jiān)獄”。蟲洞不僅可以作為一個(gè)連接洞的工具，它還開宇宙的正常時(shí)空中出現(xiàn)，成為一個(gè)突然出現(xiàn)在宇宙中的超空間管道。蟲洞沒有視界，它有的僅僅是一個(gè)和外界的分解面。蟲洞通過這個(gè)分解面和超空間連接，但是在這里時(shí)空曲率不是無限大。就好比在一個(gè)在平面中一條曲線和另一條曲線相切，在蟲洞的問題中，它就好比是一個(gè)四維管道和一個(gè)三維的空間相切，在這里時(shí)空曲率不是無限大。因而我們現(xiàn)在可以安全地通過蟲洞，而不被巨大的引力所摧毀。2蟲洞特質(zhì)那么蟲洞都有些什么性質(zhì)呢？利用相對論在不考慮一些量子效應(yīng)和除引力以外的任何能量的時(shí)候，我們得到了一些十分簡單、基本的關(guān)于蟲洞的描述。這些描述十分重要，但是由于我們研究的重要是黑洞，而不是宇宙中的洞，因此我在這里只簡單介紹一下蟲洞的性質(zhì)，而對于一些相關(guān)的理論以及這些理論的描述，這里先不涉及。蟲洞有些什么性質(zhì)呢？最主要的一個(gè)，是相對論中描述的，用來作為宇宙中的高速火車。但是，蟲洞的第二個(gè)重要的性質(zhì)，也就是量子理論告訴我們的東西又明確的告訴我們：蟲洞不可能成為一個(gè)宇宙的告訴火車。蟲洞的存在，依賴于一種奇異的性質(zhì)和物質(zhì)，而這種奇異的性質(zhì)，就是負(fù)能量。只有負(fù)能量才可以維持蟲洞的存在，保持蟲洞與外界時(shí)空的分解面持續(xù)打開。當(dāng)然，狄拉克在芬克爾斯坦參照系的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了參照系的選擇可以幫助我們更容易或者難地來分析物理問題。同樣的，負(fù)能量在狄拉克的另一個(gè)參照系中，是非常容易實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槟芰康谋憩F(xiàn)形式和觀測物體的速度有關(guān)。這個(gè)結(jié)論在膜規(guī)范理論中同樣起到了十分重要的作用。根據(jù)參照系的不同，負(fù)能量是十分容易實(shí)現(xiàn)的。在物體以近光速接近蟲洞的時(shí)候，在蟲洞的周圍的能量自然就成為了負(fù)的。因而以接近光速的速度可以進(jìn)入蟲洞，而速度離光速太大，那么物體是無論如何也不可能進(jìn)入蟲洞的。這個(gè)也就是蟲洞的特殊性質(zhì)之一。但是蟲洞并沒有這么太平。前面說的是在安靜的相對論中的蟲洞，在暴躁的量子理論中，蟲洞的性質(zhì)又有了十分重要的變化。我們想先來看在黑洞中的蟲洞，也就是史瓦西喉和奇點(diǎn)周圍形成的子宇宙。黑洞周圍的量子真空漲落在黑洞巨大引力的作用下，會(huì)被黑洞的引力能“喂”大，成為十分的能量輻射。這種能量會(huì)毫不留情地將一切形式的蟲洞摧毀。在沒有黑洞包圍的蟲洞中，由于同樣的沒有黑洞巨大引力的“喂養(yǎng)”，蟲洞本身也不可能開啟太久。蟲洞有很大幾率被隨機(jī)打開，但是有更大的幾率突然消失。蟲洞打開的時(shí)間十分短，僅僅是幾個(gè)普朗克時(shí)間。在如此短的“壽命”中，即使是光也不可能走完蟲洞的一半旅途，而在半路由于蟲洞的消失而在整個(gè)時(shí)空中消失，成為真正的四維時(shí)空組旅行者。而且，在沒有物體通過蟲洞的時(shí)候，蟲洞還比較“長壽”，而一旦有物體進(jìn)入了蟲洞，如果這個(gè)物體是負(fù)能量的，那么還好，蟲洞會(huì)被撐開；但是如果物體是正能量的，那么蟲洞會(huì)在自己“自然死亡”以前就“滅亡”掉。而在宇宙中，幾乎無時(shí)無刻不存在能量輻射通過宇宙的每一個(gè)角落，而這些輻射都是正能量的，因此幾乎可以肯定，在自然情況下是不存在蟲洞的。那么蟲洞是如何產(chǎn)生的呢？蟲洞的自然產(chǎn)生機(jī)制有兩種：其一，是黑洞的強(qiáng)大引力能；其二，是克爾黑洞的快速旋轉(zhuǎn)，其倫斯——梯林效應(yīng)將黑洞周圍的能層中的時(shí)空撕開一些小口子。這些小口子在引力能和旋轉(zhuǎn)能的作用下被擊穿，成為一些十分小的蟲洞。這些蟲洞在黑洞引力能的作用下，可以確定它們的出口在那里，但是現(xiàn)在還不可能完全完成，因?yàn)榱孔永碚摵拖鄬φ撨€沒有完全結(jié)合。

請問誰知道薛定諤的貓理論，如果盒子是透明的，那如何解釋呢？

什么是薛定諤貓？這要從頭說起。薛定諤（E.Schr dinger ，1887—1961）是奧地利著名物理學(xué)家、量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一，曾獲1933年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，薛定諤貓是他在1935年提出的關(guān)于量子力學(xué)的一個(gè)佯謬[2]。這些年來許多物理學(xué)家絞盡腦汁，試圖解開這個(gè)佯謬。直到最近經(jīng)過一系列精巧的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)問題才逐漸有了眉目。2000年7月，《自然》報(bào)道了最新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 　 量子力學(xué)是描述原子、電子等微觀粒子的理論，它所揭示的微觀規(guī)律與日常生活中看到的宏觀規(guī)律很不一樣。處于所謂“疊加態(tài)”的微觀粒子之狀態(tài)是不確定的。例如，電子可以同時(shí)位于幾個(gè)不同的地點(diǎn)，直到被觀察測量（觀測）時(shí)，才在某處出現(xiàn)。這種事如果發(fā)生在宏觀世界的日常生活中，就好比：我在家中何處是不確定的，你看我一眼，我就突然現(xiàn)身于某處——客廳、餐廳、廚房、書房或臥室都有可能；在你看我之前，我像云霧般隱身在家中，穿墻透壁到處游蕩。這種“魔術(shù)”別說常人認(rèn)為荒謬，物理學(xué)家如薛定諤也想不通。于是薛定諤就編出了這個(gè)佯謬，以引起注意。果不其然！物理學(xué)家爭論至今。 薛定諤貓佯謬是一個(gè)設(shè)計(jì)巧妙的理想實(shí)驗(yàn)：將一只貓關(guān)在箱子里，箱內(nèi)還置有一小塊鈾、一個(gè)盛有毒氣的玻璃瓶，以及一套受檢測器控制的、由錘子構(gòu)成的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。鈾是不穩(wěn)定的元素，衰變時(shí)放出射線觸發(fā)檢測器，驅(qū)動(dòng)錘子擊碎玻璃瓶，釋放出毒氣將貓毒死。鈾未衰變前，毒氣未放出，貓是活的。鈾原子在何時(shí)衰變是不確定的，所以它處于疊加態(tài)。薛定諤挖苦說：在箱子未打開進(jìn)行觀測前，按照量子力學(xué)的解釋，箱中之貓?zhí)幱凇八溃畀B加態(tài)”——既死了又活著！要等有人打開箱子看一眼才能決定貓的生死。這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)的巧妙之處，在于通過“檢測器－錘子－毒藥瓶”這條因果鏈，似乎將鈾原子的“衰變－未衰變疊加態(tài)”與貓的“死－活疊加態(tài)”聯(lián)系在一起，使量子力學(xué)的微觀不確定性變?yōu)楹暧^不確定性；微觀的混沌變?yōu)楹暧^的荒謬——貓要么死了，要么活著，兩者必居其一，不可能同時(shí)既死又活！難怪英國著名科學(xué)家霍金聽到薛定諤貓佯謬時(shí)說：“我去拿槍來把貓打死！” 薛定諤貓佯謬實(shí)際上提出了一個(gè)十分重要的問題：什么是量子力學(xué)的觀測？觀察或測量都與人的主觀有關(guān)，而人在箱外，所以必須打開箱子才能決定貓的死活。誰都知道箱中貓的死活是由鈾的衰變決定的——衰變前貓是活的，衰變后貓就死了，這與是否有人打開箱子進(jìn)行觀察毫不相干。所以毛病出在觀測的主觀性上，應(yīng)該朝這個(gè)方向?qū)じ康住?微觀的觀測與宏觀的觀測有所不同。宏觀的觀測對被觀測對象沒有什么影響。俗話說：“看一眼總行吧。”意思是對所看之物并無影響，用不著擔(dān)心。微觀的觀測對被觀測對象有影響，會(huì)引起變化。以觀測電子為例，要用光照才能看見，光的最小單位光子的能量雖小但不是零，光子照到被觀測的電子上，對電子的影響很大。所以，在微觀世界中看一眼也會(huì)惹禍！ 量子力學(xué)認(rèn)為，觀測的結(jié)果使得被觀測對象的狀態(tài)改變了：一個(gè)確定態(tài)從原先不確定的疊加態(tài)中蹦了出來。再追究下去，觀測無非是觀測手段（如光子）與被觀測對象（如電子）之間的一種相互作用，這種相互作用并不一定與觀測者聯(lián)系起來，后者可以用檢測器之類的儀器代替。經(jīng)過幾十年的探索，物理學(xué)家終于認(rèn)識到：在由疊加態(tài)到確定態(tài)的轉(zhuǎn)變中，觀測曾經(jīng)扮演的角色應(yīng)該以相互作用來代替，這樣不僅更普遍而且更客觀。具體到薛定諤貓佯謬，就能將人的主觀因素完全排除——貓的死活不是由人開箱看貓一眼所決定的。 但是，箱中貓的“死－活疊加態(tài)”究竟是怎么一回事呢 物理學(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，一切要由實(shí)驗(yàn)來判定。較早的一批關(guān)于“薛定諤貓”的實(shí)驗(yàn)[3,4]是將處于疊加態(tài)的單個(gè)原子或分子從周圍環(huán)境中孤立起來，然后以可控制的 *** 使之相互作用，以觀察其變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵在于環(huán)境的相互作用，它導(dǎo)致原先的量子疊加態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)典的確定態(tài)。但是將這些實(shí)驗(yàn)對象當(dāng)作薛定諤貓是一種極度的簡化，單個(gè)原子或分子與薛定諤貓相去何止十萬八千里。 這次《自然》報(bào)道的實(shí)驗(yàn)[5]與上述那些實(shí)驗(yàn)不同。紐約州立大學(xué)石溪分校弗里德曼（J. R. Friedman）等人拿來做實(shí)驗(yàn)的“薛定諤貓”不是單個(gè)粒子，而是在接近絕對零度的超導(dǎo)體環(huán)形電路中由幾十億對電子構(gòu)成的超導(dǎo)流。實(shí)驗(yàn)證明，這種由大量粒子構(gòu)成的宏觀量子系統(tǒng)也可以處于疊加態(tài)——相當(dāng)于薛定諤貓的“死－活疊加態(tài)”。幾十億對電子構(gòu)成的超導(dǎo)流當(dāng)然還不能與幾億億億個(gè)原子構(gòu)成的貓相比，但較之單個(gè)原子分子畢竟前進(jìn)了一大步。所以有人驚呼：“薛定諤貓變胖了！” 下一步是否拿一只真的貓來做實(shí)驗(yàn)?zāi)兀坎豢赡埽∈紫仁菬o法將之與周圍環(huán)境隔離——置于真空中的貓馬上會(huì)死掉。其次，與接近絕對零度的超導(dǎo)流不同，常溫下的貓根本不是宏觀量子系統(tǒng)，何來疊加態(tài)？而且也沒有必要做這樣的實(shí)驗(yàn)，物理學(xué)家根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對薛定諤貓為什么不可能有“死－活疊加態(tài)”已能作出符合量子力學(xué)的解釋。 讀者會(huì)說：“不就是一只假想的貓嗎，讓霍金開槍打死不就完了。”事情并非那么簡單，否則許多物理學(xué)大師就不會(huì)那么孜孜以求了。薛定諤貓佯謬衍生出更深刻的問題：大量原子、分子所構(gòu)成的生物與這些微觀粒子遵從的量子力學(xué)規(guī)律之間的關(guān)系究竟是什么？這不僅是重要的理論問題，而且具有實(shí)際意義。例如，自我意識的機(jī)制至今仍然是未解之謎，有人認(rèn)為可能與量子力學(xué)或者更深層次的微觀規(guī)律有關(guān)。再如思維過程中的“頓悟”，會(huì)不會(huì)與前述之“一個(gè)確定態(tài)就從原先不確定的疊加態(tài)中蹦了出來”有關(guān)呢？可能有關(guān)的還有：生命的起源、物種的變異、光合作用的機(jī)制……如此等等。總之，生命的秘密和思維的奧妙不可能與量子力學(xué)的規(guī)律無關(guān)。這就難怪薛定諤后來轉(zhuǎn)而對生命科學(xué)很感興趣了。1946年他寫出了著名的《生命是什么》一書，提出了一些很有創(chuàng)見的觀點(diǎn)。遺憾的是，在他有生之年，那可憐的箱中之貓依然生死不明。

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薛定諤的貓有什么意義

1. 薛定諤的貓是奧地利物理學(xué)家薛定諤提出的一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，旨在探討量子疊加原理在宏觀世界中的表現(xiàn)。該實(shí)驗(yàn)將微觀的量子現(xiàn)象與宏觀的貓的狀態(tài)聯(lián)系起來，提出了一個(gè)關(guān)于觀測和量子態(tài)的問題。

2. 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)貓被放置在一個(gè)盒子里，盒子里還裝有少量的鐳和氰化物。根據(jù)量子力學(xué)的理論，鐳原子可能處于衰變和未衰變兩種狀態(tài)的疊加。如果鐳原子衰變，會(huì)觸發(fā)機(jī)關(guān)打碎裝有氰化物的瓶子，導(dǎo)致貓死亡；如果鐳原子未衰變，貓則存活。

3. 根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)的觀點(diǎn)，當(dāng)我們打開盒子觀察時(shí)，盒內(nèi)的系統(tǒng)只能處于貓生或貓死的其中一種狀態(tài)。然而，在量子世界里，當(dāng)盒子關(guān)閉時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)處于不確定性的波態(tài)，即貓的生死狀態(tài)疊加。只有當(dāng)我們打開盒子進(jìn)行觀測時(shí)，貓的狀態(tài)才會(huì)確定為生或死。

4. 薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)引發(fā)了關(guān)于量子力學(xué)和宏觀世界的關(guān)系的哲學(xué)爭議。它挑戰(zhàn)了我們對確定性和不確定性的理解，以及觀測對現(xiàn)實(shí)狀態(tài)的影響。

5. 隨著科技的發(fā)展，科學(xué)家們已經(jīng)在微觀粒子如光子、原子和分子中實(shí)現(xiàn)了類似薛定諤貓態(tài)的量子疊加。甚至有嘗試使用病毒制備薛定諤貓態(tài)的研究。這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)展使我們越來越接近在生命體中實(shí)現(xiàn)薛定諤貓態(tài)。

6. 薛定諤貓態(tài)不僅在生命過程中存在，而且是生物生存不可缺少的。這一實(shí)驗(yàn)和理論的發(fā)展，對于理解量子力學(xué)在宏觀世界中的應(yīng)用具有重要意義。

7. 薛定諤通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)試圖闡述宏觀世界是否遵從適用于微觀尺度的量子疊加原理。盡管實(shí)驗(yàn)結(jié)果在宏觀尺度上與我們的日常經(jīng)驗(yàn)相悖，但它激發(fā)了關(guān)于物理規(guī)律和觀測的深入思考。

8. 科學(xué)家們已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)使多個(gè)粒子達(dá)到薛定諤貓態(tài)，并嘗試延長這種狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。這成為實(shí)驗(yàn)物理學(xué)中的一個(gè)挑戰(zhàn)，也是對量子力學(xué)理論的進(jìn)一步驗(yàn)證和探索。

薛定諤的貓有意義嗎

1. 薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)是量子力學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)經(jīng)典思想實(shí)驗(yàn)，由奧地利物理學(xué)家薛定諤于1935年提出。

2. 該實(shí)驗(yàn)旨在揭示量子系統(tǒng)在觀測之前處于一種疊加態(tài)，即同時(shí)存在于多個(gè)狀態(tài)之中。

3. 在實(shí)驗(yàn)中，一只貓被放置在密封的箱子里，箱子中還有一個(gè)幾率性的原子衰變觸發(fā)機(jī)制，這個(gè)機(jī)制如果被激活，會(huì)導(dǎo)致貓死亡。

4. 根據(jù)量子力學(xué)的解釋，由于原子衰變是一個(gè)量子事件，因此在觀測之前，貓同時(shí)處于生死兩種狀態(tài)的疊加。

5. 薛定諤提出這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，是為了批判量子力學(xué)中某些解釋的荒謬性，尤其是哥本哈根詮釋中關(guān)于量子疊加態(tài)的瞬時(shí)坍縮。

6. 該實(shí)驗(yàn)不僅推動(dòng)了量子物理學(xué)的發(fā)展，還引發(fā)了關(guān)于物理現(xiàn)實(shí)、觀測和量子測量等哲學(xué)問題的廣泛討論。

7. 薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)至今仍是物理學(xué)和哲學(xué)界討論的熱點(diǎn)，它幫助我們理解量子世界與宏觀世界之間的聯(lián)系。

薛定諤的貓比喻什么意思

1. 薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)闡釋了一個(gè)觀點(diǎn)：如果不采取行動(dòng)，一個(gè)事件可能會(huì)有兩種結(jié)果。但當(dāng)我們?nèi)?shí)施行動(dòng)時(shí)，最終的結(jié)果只有一種，而我們自身的介入也會(huì)影響最終的結(jié)果。

2. 薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)是由奧地利物理學(xué)家薛定諤提出的思想實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，一只貓被放置在一個(gè)封閉的容器中，容器內(nèi)含有少量的鐳和氰化物。鐳的衰變是隨機(jī)且有可能發(fā)生的，如果鐳衰變，會(huì)觸發(fā)機(jī)關(guān)釋放氰化物，導(dǎo)致貓死亡；如果鐳沒有衰變，貓將存活。

3. 根據(jù)量子力學(xué)的理論，由于鐳同時(shí)處于衰變和未衰變兩種狀態(tài)，貓也應(yīng)該同時(shí)處于生死兩種狀態(tài)的疊加。然而，實(shí)際上不可能存在既死又活的貓，我們只能在打開容器后得知結(jié)果。

4. 薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)試圖從宏觀層面解釋微觀層面的量子疊加原理。它將微觀物質(zhì)在觀測后可能呈現(xiàn)的粒子或波的狀態(tài)與宏觀的貓的狀態(tài)聯(lián)系起來，以此來探討觀測對量子狀態(tài)的影響。

5. 隨著量子物理學(xué)的發(fā)展，薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)不僅引發(fā)了關(guān)于物理學(xué)的平行宇宙等問題的討論，還觸及了哲學(xué)上的爭議。

6. 薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)對量子力學(xué)的影響和意義深遠(yuǎn)。作為20世紀(jì)最具突破性和最具爭議的科學(xué)成就之一，它讓人們無法接受量子力學(xué)中的不確定性。傳統(tǒng)物理學(xué)認(rèn)為，只要找到事物之間的相關(guān)聯(lián)系，就能隨時(shí)確定事物之間的物理數(shù)據(jù)。然而，海森堡提出的量子不確定性原理表明，我們無法預(yù)知微觀粒子的未來狀態(tài)。

7. 正如愛因斯坦所言：“上帝不玩骰子。”然而，量子力學(xué)讓我們不得不承認(rèn)，似乎上帝是在擲骰子的。

薛定諤的貓有什么哲學(xué)意義？

薛定諤的貓是奧地利著名物理學(xué)家薛定諤提出的一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，試圖從宏觀尺度闡述微觀尺度的量子疊加原理的問題，巧妙地把微觀物質(zhì)在觀測后是粒子還是波的存在形式和宏觀的貓聯(lián)系起來，以此求證觀測介入時(shí)量子的存在形式。隨著量子物理學(xué)的發(fā)展，薛定諤的貓還延伸出了平行宇宙等物理問題和哲學(xué)爭議。

根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)，在盒子里必將發(fā)生這兩個(gè)結(jié)果之一，而外部觀測者只有打開盒子才能知道里面的結(jié)果。在量子的世界里，當(dāng)盒子處于關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)則一直保持不確定性的波態(tài)，即貓生死疊加。

貓到底是死是活必須在盒子打開后，外部觀測者觀測時(shí)，物質(zhì)以粒子形式表現(xiàn)后才能確定。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)旨在論證量子力學(xué)對微觀粒子世界超乎常理的認(rèn)識和理解，可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規(guī)律不以人的意志為轉(zhuǎn)移，貓既活又死違背了邏輯思維。

擴(kuò)展資料：

薛定諤的貓本身是一個(gè)假設(shè)的概念，隨著技術(shù)的發(fā)展，人們在光子、原子、分子中實(shí)現(xiàn)了薛定諤貓態(tài)，甚至已經(jīng)開始嘗試用病毒來制備薛定諤貓態(tài)，如劉慈欣《球狀閃電》中變成量子態(tài)的人，人們已經(jīng)越來越接近實(shí)現(xiàn)生命體的薛定諤貓 。

可是另外一方面，人們發(fā)現(xiàn)薛定諤貓態(tài)（量子疊加態(tài)）本身就在生命過程中存在著，且是生物生存不可缺少的。

“薛定諤貓”佯謬假設(shè)了這樣一種情況：將一只貓關(guān)在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器里。鐳的衰變存在幾率，如果鐳發(fā)生衰變，會(huì)觸發(fā)機(jī)關(guān)打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會(huì)死；如果鐳不發(fā)生衰變，貓就存活。根據(jù)量子力學(xué)理論，由于放射性的鐳處于衰變和沒有衰變兩種狀態(tài)的疊加，貓就理應(yīng)處于死貓和活貓的疊加狀態(tài)。這只既死又活的貓就是所謂的“薛定諤貓”。

顯然，既死又活的貓是荒謬的，可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規(guī)律不以人的意志為轉(zhuǎn)移，貓既活又死違背了邏輯思維。薛定諤想要借此闡述的物理問題：宏觀世界是否也遵從適用于微觀尺度的量子疊加原理。

“薛定諤貓”佯謬巧妙地把微觀放射源和宏觀的貓聯(lián)系起來，旨在否定宏觀世界存在量子疊加態(tài)。然而隨著量子力學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家已先后通過各種方案獲得了宏觀量子疊加態(tài)。此前，科學(xué)家最多使4個(gè)離子或5個(gè)光子達(dá)到“薛定諤貓”態(tài)。如何使更多粒子構(gòu)成的系統(tǒng)達(dá)到這種狀態(tài)并保存更長時(shí)間，已成為實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的一大挑戰(zhàn)。