你知道薛定谔的定律吗
虽然很多人经常听到消息,但是“薛定谔”一句话,其实知道这个定律的人并不多,也不知道它的真谛是什么。你知道薛定谔的定律吗?这一定律一开始是由奥地利物理学家,量子力学奠基人之一——埃尔温·薛定谔提出的。然而,最近有新的研究证明薛定谔错了!
新研究证明薛定谔错了。
眼睛如何区分颜色?诺贝尔奖得主薛定谔等科学家创造的理论模型一直被科学家和工业界使用。最近,一项新研究发现,这些科学家创造的理论模型高估了人们对显著颜色差异的感知,并犯了错误。本研究可能会影响颜料、纺织制造、颜色测绘、电视和图像分析的颜色测量。在最近的美国国家科学院杂志上发表了相关研究成果。
薛定谔的定律是什么?
简单地说,薛定谔定律,也被称为薛定谔的猫,是一只猫在一个密封的盒子里,盒子里有有毒的水,所以猫是否喝了唾液,外面不知道,所以,猫的生死叠加状态,也就是随机的。除非观察,否则一切都不确定,但这使得微观不确定性原理成为宏观不确定性原理,客观规律不是由人的意志转移的,猫的生死违反了逻辑思维。
薛定谔的猫(Schrödinger's Cat)是量子理论的思想实验。
虽然量子论的诞生已经过去了一个世纪,但它的辉煌和繁荣已经过去了半个世纪。直到21世纪,量子理论引起的混乱仍然困扰着人们。正如玻尔的名言:“如果他第一次听到量子理论时没有生气,他一定不明白。”薛定谔的猫是诸多量子困惑中有代表性的一个。
薛定谔试图用一个思想实验来检验量子理论的不确定性。
假设在一个封闭的盒子里,有一只活猫和一瓶毒药。当衰变发生时,药瓶被打破,猫会被毒死。根据常识,猫可能死了或还活着。毒药瓶上有一个由放射性原子控制的锤子。若原子核衰变,则释放阿尔法粒子,触摸电子开关,锤子落下,砸碎毒瓶,释放氰化物气体,猫无疑会死亡。原子核衰变是一种随机事件,物理学家只能准确地知道半衰期——衰变一半所需的时间。假如一种放射性元素的半衰期是一天,那么过一天,这种元素就少了一半,再过一天,剩下的就少了一半。物理学家不知道什么时候衰变,早上还是下午。当然,物理学家知道上午或下午衰变的概率——也就是说,猫在早上或下午死亡的概率。如果我们不揭开密室的盖子,根据我们在日常生活中的经验,可以认定,猫或者死,或者活。这是它的两种本征态。如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫,我们只能说它处于活与不活的叠加状态。只有揭开盖子的那一刻,我们才能确切地知道猫是死是活。此时,由猫组成的波函数立即从叠加态收缩到本征态。
量子理论认为,如果我们不打开盖子进行观察,我们就永远不知道猫是死是活,它将永远处于死与活的叠加状态,但这使得微观不确定原则成为宏观不确定原则,客观规律不是人类意志的转移,猫是活的和死的了逻辑思维。
薛定谔挖苦说,根据量子力学的解释,容器中的猫在“死-活叠加态”——既死又活。要等到打开容器看猫一眼才决定它的生死。(请注意,不是发现而是决定,光看一眼就足够致命。)正如哈姆雷特王子所说:“生存或死亡是个问题。”只有当你打开盒子时,叠加态突然结束(数学术语是“波函数坍缩(collapse)”,哈姆雷特王子的犹豫终于结束了。我们知道猫的确定态——死,或活。
哥本哈根的概率解释的优点:只有一个结果,这与我们观察到的结果一致。有一个大问题要求波函数突然坍缩,但物理学中没有一个公式可以描述这种坍缩。然而,物理学家长期以来一直接受哥本哈根的解释,因为它可能是实用的。付出的代价违反了薛定谔方程。难怪薛定谔一直很担心。
思想实验告诉我们,除非我们观察,否则一切都不确定,但这使得微观不确定性原理成为宏观不确定性原理,客观规律不是由人的意志转移的,猫既活又死违背了逻辑思维。爱因斯坦和少数非主流物理学家拒绝接受波尔及其同事创造的理论结果。量子力学告诉我们,在观察发生什么之前,有一种中间态,猫既不死也不活。爱因斯坦认为,量子力学只是对原子和亚原子粒子行为的合理描述,这是一种唯象主义理论,而不是终极真理。他说了一句名言:“上帝不会掷骰子。”他不承认薛定谔猫的非本征态,认为一定有一个内在机制构成事物的真实本性。爱因斯坦花了几年时间试图设计一个实验来测试这种内在真实性是否真的起作用,但在设计完成之前就去世了。
影响意义:
量子力学是20世纪最具突破性的科学成就之一,也是最具争议的科学之一。“薛定谔的猫”很好地阐述了这种情况。由于其不确定性,人们无法接受量子力学。对于传统的物理学,只要发现事物之间的相关联系,就可以随时确定事物之间的相关物理数据。例如,物体的运行距离等于物体的速度乘以物体的运行时间。只要你知道物体的速度,你就可以计算物体运行了多远,然而,海森堡提出的量子不确定性原理使你无法预测微粒的未来状态。正如爱因斯坦所说:上帝不玩骰子,但量子力学让我们相信上帝似乎在玩骰子。
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