薛定谔的猫

概括：这道题是廖啄质同学的课后语文练习题，主要是关于薛定谔的猫，指导老师为甄老师。

题目：薛定谔的猫

解：

薛定谔猫是关于量子理论的一个理想实验.

　　　实验内容：这只猫十分可怜,她（假设这是一只雌性的猫,以引起更多怜悯）被封在一个密室里,密室里有食物有毒药.毒药瓶上有一个锤子,锤子由一个电子开关控制,电子开关由放射性原子控制.如果原子核衰变,则放出α粒子,触动电子开关,锤子落下,砸碎毒药瓶,释放出里面的氰化物气体,雌猫必死无疑.这个残忍的装置由薛定谔所设计,所以此猫便叫做薛定谔的猫.

　　薛定谔的倒霉猫薛定谔猫提出　原文：薛定谔在１９３５年发表了一篇论文,题为《量子力学的现状》,在论文的第５节,薛定谔描述了那个常被视为恶梦的猫实验：哥本哈根派说,没有测量之前,一个粒子的状态模糊不清,处于各种可能性的混合叠加.比如一个放射性原子,它何时衰变是完全概率性的.只要没有观察,它便处于衰变／不衰变的叠加状态中,只有确实地测量了,它才会随机的选择一种状态而出现.那么让我们把这个原子放在一个不透明的箱子中让它保持这种叠加状态.现在薛定谔想象了一种结构巧妙的精密装置,每当原子衰变而放出一个中子,它就激发一连串连锁反应,最终结果是打破箱子里的一个毒气瓶,而同时在箱子里的还有一只可怜的猫.事情很明显：如果原子衰变了,那么毒气瓶就被打破,猫就被毒死.要是原子没有衰变,那么猫就好好地活着.

　　　自然的推论：当它们都被锁在箱子里时,因为我们没有观察,所以那个原子处在衰变／不衰变的叠加状态.因为原子的状态不确定,所以猫的状态也不确定,只有当我们打开箱子察看,事情才最终定论：要么猫躺在箱子里死掉了,要么它活蹦乱跳地“喵呜”直叫.问题是,当我们没有打开箱子之前,这只猫处在什么状态?似乎唯一的可能就是,它和我们的原子一样处在叠加态,这只猫当时陷于一种死／活的混合.

　　一只猫同时又是死的又是活的?它处在不死不活的叠加态?这未免和常识太过冲突,同时在生物学角度来讲也是奇谈怪论.如果打开箱子出来一只活猫,那么要是它能说话,它会不会描述那种死／活叠加的奇异感受?恐怕不太可能.换言之,薛定谔猫概念的提出是为了解决爱因斯坦的相对论所带来的祖母悖论,即平行宇宙之说.

[编辑本段]薛定谔猫疑惑

　　尽管量子论的诞生已经过了一个世纪,其辉煌鼎盛与繁荣也过了半个世纪.但是量子理论曾经引起的困惑至今仍困惑着人们.正如玻尔的名言：“谁要是第一次听到量子理论时没有感到困惑,那他一定没听懂.”薛定谔的猫就是诸多量子困惑中有代表性的一个.

　　原子核的衰变是随机事件,物理学家所能精确知道的只是半衰期——衰变一半所需要的时间.如果一种放射性元素的半衰期是一天,则过一天,该元素就少了一半,再过一天,就少了剩下的一半.但是,物理学家却无法知道,它在什么时候衰变,上午,还是下午.当然,物理学家知道它在上午或下午衰变的几率——也就是雌猫在上午或者下午死亡的几率.

　　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,雌猫或者死,或者活.这是她的两种本征态.但是,如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫,则只能说,她处于一种活与不活的叠加态.我们只有在揭开盖子的一瞬间,才能确切地知道雌猫是死是活.此时,猫的波函数由叠加态立即收缩到某一个本征态.

　　量子理论认为：如果没有揭开盖子,进行观察,我们永远也不知道雌猫是死是活,她将永远到处于半死不活的叠加态.这与我们的日常经验严重相违,要么死,要么活,怎么可能不死不活,半死半活?

　　薛定谔挖苦说：按照量子力学的解释,箱中之猫处于“死－活叠加态”——既死了又活着!要等到打开箱子看猫一眼才决定其生死.（请注意!不是发现而是决定,仅仅看一眼就足以致命!）正像哈姆雷特王子所说：“是死,还是活,这可真是一个问题.”只有当你打开盒子的时候,迭加态突然结束（在数学术语就是“坍缩（collapse）”）,哈姆雷特王子的犹豫才终于结束,我们知道了猫的确定态：死,或者活.哥本哈根的几率诠释的优点是：只出现一个结果,这与我们观测到的结果相符合.

　　但是有一个大的问题：它要求波函数突然坍缩.但物理学中没有一个公式能够描述这种坍缩.尽管如此,长期以来物理学家们出于实用主义的考虑,还是接受了哥本哈根的诠释.付出的代价是：违反了薛定谔方程.这就难怪薛定谔一直耿耿于怀了.

举一反三

例1： 薛定谔的猫之意义所在无论一个理论有多么深奥、多么精妙,但是如果它没有一点意义所在,那就不能称其为高深（虽然科学常常不能追求急功近利式的意义,但是,如果我们积极寻求它的意义所[语文练习题]

思路提示：

什么是薛定谔猫?这要从头说起.薛定谔（E.Schr dinger ,1887—1961）是奥地利著名物理学家、量子力学的创始人之一,曾获1933年诺贝尔物理学奖,薛定谔猫是他在1935年提出的关于量子力学的一个佯谬[2].这些年来许多物理...

例2： 【薛定谔的猫什么意思】[历史练习题]

思路提示：

量子论所展示的奇异现象甚至超过了相对论所揭示的奇特时空观给人们带来的思维与观念的冲击.

按常规理解,黑匣子里的薛定谔猫要么是死的,要么是活,只能是这两种状态中的一种,与你是否去打开黑匣子观看无关.然而,量子论却说这猫在黑匣子里是既死又活的,它是活态与死态的叠加态,那么猫到底是死的还是活的呢?量子论说要到你打开匣子进行观测那一刻才决定猫的命运,注意是“决定”,而不是“发现”.也就是说,作为一个观察者,由于你的观察行为,影响了被观测的客体,这与经典物理是相冲突的,仔细一想,的确如此,在宏观层面,观测行为对客体的干扰可以忽略不计,你说一把尺子去量一下桌子会导致桌子的状态发生变化吗?然而,在微观世界,粒子尺度非常小,运动速度非常快,你怎样去测量它?你要测量它必须与它发生作用,那么也就改变了它的状态,所以海森堡提出了著名的测不准原理,动量与位置是一对矛盾,无法同是精确测量,一个测量的越准确,另一个就越不准确,时间与能量也是一样.概率描述、统计解释成了量子论的基本特征.然而,爱因斯坦始终不接受这种观点,他认为这是不完备的,只是一种暂时方案,在统计背后必定隐藏着更深层的理论可以精确的描述世界,他与玻尔彼此争论一辈,双方直到死,谁也没有说服对方接受自己的基本观点,不过,目前许多实验结果都支持玻尔的观点,不知道随着物理学不断发展下去,以后会不会印证爱因斯坦是正确的呢?

例3： 【薛定谔的猫到底是什么意思】

思路提示：

体现量子力学的不确定性,即是对于一个物理量,你不测的话你就永远不知道它的状态.

猫就像是一个粒子,死或者活两个状态表示该粒子的两种本征态,由于两种态都是有一定几率出现的,我们在测量前只能估算这个几率的大小,就和不能估测猫的生死一样.

然后只要进行测量,就像是打开盒子,就可以确定粒子的状态（看见猫的生死）,这里就伴随了波函数的坍塌,因此量子力学物理量实际上只有测量的时候才能真正确定体系的状态,测量之前只能得到几率的分布情况.

这就是薛定谔的猫的本质.

例4： 薛定谔的猫这个实验可以做吗[数学练习题]

思路提示：

你可以做试验,但是结果你不会知道.

例5： 【薛定谔的猫是什么意思?简单地解释一下】

思路提示：

简而言之,就是平行空间的理论

起源如同一楼所说

你无法知道这只猫是活的还是死的

所以在某个平行空间中,猫是活着的.而在另一个平行空间中,猫是死的

薛定谔的猫是平行空间的代名词.

相关思考练习题：

题1：请问一下什么是薛定谔的猫（讲的通俗点）

点拨：薛定谔提出的一个理想实验。我是这么理解的。把猫放在一个箱子里。你打开箱子的时候会随机的触发一个让猫死亡的机关。所以观测者的行为会影响观测的结果。一个东西你不去管它，它就在那里。你要是想去研究它，那么研究结果就会受到你自身的影响...

题2：薛定谔的猫和量子力学有什么关系

点拨：我不抄书，稍微解释一下。 在量子力学中，一切物理量的概率分布，用态矢量表示，也就是波函数。 有一种叠加态，在微观的时候是正常的，但是在宏观却发生了不可理解的事情：貌似猫不能又死又活。 因此，猫态最初用于对量子力学发难：对于宏观不适...

题3：薛定谔的猫是什么意思 百度百科看不懂

点拨：在向你心仪的女神表白之前，你不知道她到底是喜欢你还是不喜欢你，也许连她自己都不是很明确，这时候她对你的感情就处于“喜欢+不喜欢”状态，或者叫薛定谔猫态。在你表白之后，这个状态就坍缩成“我也喜欢你”和“你是个好人”两种确定的不同的状态，...

题4：薛定谔的猫之意义所在

点拨：什么是薛定谔猫？这要从头说起。薛定谔（E.Schr dinger ，1887—1961）是奥地利著名物理学家、量子力学的创始人之一，曾获1933年诺贝尔物理学奖，薛定谔猫是他在1935年提出的关于量子力学的一个佯谬[2]。这些年来许多物理学家绞尽脑汁，试图解开...

题5：“薛定谔的猫”指的是什么？

点拨： 薛定谔的猫是奥地利著名物理学家薛定谔提出的一个思想实验，试图从宏观尺度阐述微观尺度的量子叠加原理的问题，巧妙地把微观物质在观测后是粒子还是波的存在形式和宏观的猫联系起来，以此求证观测介入时量子的存在形式。随着量子物理学的发展，...