今天,向大家介紹近代物理學史上一只非常出名的貓——薛定諤的貓。從它出現(xiàn)的那一刻起,它的生死問題就一直牽動著許多物理學家的心。許多近代物理學家窮其一生都一直在探索一個問題:薛定諤的這一只貓到底是活的、還是死的?
其實,準確的講,薛定諤的貓是一個非常著名的物理學假想實驗,由物理學家薛定諤提出。
在一個完全看不到里面情況的封閉箱子里住著一只倒霉的貓,這只貓正面臨著它的貓生中一個非常艱難的時刻:在它面前有一支裝滿危險毒氣的瓶子,瓶子的上方是一把隨時可能落下的錘子。錘子由電子開關(guān)控制,而電子開關(guān)由一種放射性物質(zhì)控制。如果這種放射性物質(zhì)處于衰變周期,它會釋放出一種微小的粒子,電子開關(guān)被打開,錘子落下瓶子被打碎,可憐的貓就得去上帝那里報道;如果這種放射性物質(zhì)沒有處于衰變周期,沒有微小顆粒被釋放,它就能活著,直到哪位好心人把它從萬惡的薛定諤手里救出去。

看到這里,有些同學可能會想:這個實驗有什么特殊的,不就是貓活著或者貓死了兩種結(jié)果嗎?就這么一個實驗還能讓那么多物理學家一輩子都沒想明白?
不,同學們,這個實驗可沒那么簡單。在解釋這個實驗之前,讓我們先了解這個實驗的產(chǎn)生背景。
上個世紀,量子力學經(jīng)歷了初期的萌芽階段后,進入到蓬勃發(fā)展的成長階段。這個期間,很多偉大的物理學家,像是愛因斯坦、波爾、海森堡、薛定諤等,紛紛提出各自的理論假說,為量子力學這座高樓大廈不斷地添磚加瓦。
很快,量子力學走到了它歷史上的一個分水嶺。以玻兒、海森堡為代表的物理學家們提出一個即使在近100年后的今天也非常驚世駭俗的論點:組成我們這個世界的微小顆粒(如分子、原子)的本質(zhì)是隨機性,因果性是不存在的。比方說,當我們“看到”一個分子出現(xiàn)在位置A,完全沒有任何原因?qū)е滤霈F(xiàn)在這里。因為它出現(xiàn)在這里,所以它就該在這里。
而這個結(jié)論的得出,則是基于玻兒等人的一個研究結(jié)果。
經(jīng)過長期的研究分析,玻兒等人發(fā)現(xiàn)細微粒子,比如電子,在一些實驗中它表現(xiàn)出波的特性,而在另外一些實驗中又表現(xiàn)出粒子的特性。那么電子的本質(zhì)到底是波還是粒子呢?波爾他們認為越過觀察手段直接談?wù)撾娮邮遣ㄟ€是粒子就是耍流氓。波爾們的結(jié)論是:如果你用觀測方式A去觀察電子,電子就是波;你用觀測手段B去觀察電子,電子就是粒子。
需要注意的是,我這里的用詞是“是”,而不是“呈現(xiàn)”。這里的意思是,我們的觀測手段會導致電子變成波狀態(tài)或者變成粒子狀態(tài)。那在我們觀測之前電子是什么狀態(tài)?它是一團混沌,是各種可能性的疊加狀態(tài)。它是光,它是電,它在左,它在右,它是唯一的神話……
因為我們的“觀測”會影響到細小微粒的狀態(tài),導致不可預知的變化,所以玻兒他們認為微觀粒子的世界不存在嚴格意義的“因果性”,而只有“隨機性”。
是不是感覺很亂?覺得簡直就不是在談?wù)撐锢韺W,而是在談?wù)撋駥W?!坝^測”決定物質(zhì)形態(tài),這不就是說“意識”決定物質(zhì)了嗎?
薛定諤也一樣被玻兒他們的這個理論驚到了。于是他提出了這個著名的“薛定諤的貓”實驗,決定來惡心一下這群讓自己感覺三觀被顛覆的家伙們。
玻兒們覺得一個細微粒子在被觀測前是各種狀態(tài)的疊加是吧?OK,,那我就在試驗中放入放射性物質(zhì),它何時會衰變完全是概率性的。按照玻兒們的理論,只要沒被觀測,此時的放射性物質(zhì)就應(yīng)該處于衰變/不衰變的疊加狀態(tài),直到被觀測它才會隨機選擇一種狀態(tài)出現(xiàn)。
那么此時的貓是什么狀態(tài)呢?按照我們正常的想法,貓自然只有活著或者死了兩個狀態(tài)。但是由于放射性物質(zhì)此時處于衰變/不衰變的疊加狀態(tài),按照推論,此時的貓只能處于活著/死了的疊加狀態(tài),直到我們觀測箱子里的情況,貓才會真正死或者真正活。
怎么樣?看到這里是不是有一種毛骨悚然的感覺?稍微有一些常識的人都無法接受一個生物在生活中會處在這樣一個狀態(tài)。當時看到這個實驗的玻兒們也是同樣的想法,以至于相當長一段時間內(nèi),他們對這個問題都一籌莫展。
今天面對“薛定諤的貓”這個問題,一些物理學家嘗試從其他理論方向去解釋這個現(xiàn)象(如平行宇宙論),也有一些物理實驗證明了或者還真的存在“薛定諤的貓”這種現(xiàn)象。至于事實的真相到底是什么,還需要我們不斷地研究探索,去揭開量子力學背后神秘的面紗。