薛定諤提出這個實驗的目的很簡單,就是質疑和諷刺以玻爾為首的“哥本哈根學派”量子力學的不確定性。 薛定諤的貓是基于雙縫干涉實驗的奇怪現象而進行的思想實驗。
我們簡單講一下電子雙縫干涉實驗。
電子發射儀器使用擋板上的兩個狹縫,擋板后面是接收電子的屏幕。 我們通常認為電子是一種粒子。 通常,當科學家將電子一一射向擋板時,屏幕上應該出現兩條條紋。
但事實并非如此。 科學家發現屏幕上出現了多條干涉條紋。 顯然,電子也具有波動特性。 說白了,一個電子可以同時通過兩個狹縫,然后與自身發生干涉,產生干涉條紋。
而當科學家想要觀察一個電子如何同時通過兩個狹縫時,電子似乎能夠讀懂科學家的心思,并且“乖乖”地表現得像粒子一樣。 它不再干擾自己,而是一一穿過兩條狹縫,屏幕上終于出現了兩條條紋。
電子雙縫干涉實驗的結果讓科學家們感到困擾,并出現了許多觀點試圖解釋這種奇怪的現象。
最著名的是“哥本哈根學派”的不確定性原理,該原理指出電子等微觀粒子的行為是不確定的,而這種不確定性是微觀粒子的固有本質。 微觀粒子的位置和速度是不確定的。 我們只能用概率來描述微觀粒子的可能位置。 它們可以同時出現在兩個不同的地方。
微觀粒子的狀態只能用波函數概率性地描述。 當我們試圖觀察微觀粒子時,“塌縮”就會發生,粒子的狀態就被確定了。
簡而言之,不確定性是微觀世界的固有屬性。
薛定諤、愛因斯坦等人強烈反對“哥本哈根學派”關于微觀世界的不確定性原理。 他們相信世界是可觀察和可描述的薛定諤的貓是什么,而不是不確定的。
為了質疑不確定性,薛定諤提出了思想實驗“薛定諤的貓”。
實驗其實很簡單。 一個密封的盒子,里面有毒氣瓶、放射性物質、開關和一只貓。 放射性物質有半衰期,通過衰變控制開關,開關控制毒氣瓶。
我們都知道,放射性物質是否會衰變是不確定的。 它們可能會腐爛,也可能不會腐爛。 也可以說處于“衰變與不衰變”的疊加狀態。 由于放射性物質的衰變控制開關,使開關處于“開與關”的疊加狀態。
那么薛定諤的貓是什么,毒氣瓶處于“開與不開”的疊加狀態,那么貓就處于“生與死”的疊加狀態。
當我們想知道一只貓處于什么狀態時,我們需要打開盒子,看到的不是一只“既死又活”的貓,而是一只“非生非死”的貓。
但按照量子力學的不確定性解釋,貓確實應該處于“既死又活”的狀態,這顯然是不可能的。
薛定諤將整個荒謬的結果告訴了玻爾和其他人,并要求他們做出解釋。
目前還沒有完美的解釋。 玻爾和其他“獨立學派”給出了自己的看法。 他們認為貓的狀態當然是確定性的,但這并不意味著量子世界也是確定性的。 在人們打開它并想到它之前,貓的狀態就已經被知道了。 一旦確定下來,人們就會打開盒子看看里面有什么。
玻爾說,觀察不僅僅是人類的行為。 盒子里的貓也會“觀察”,從而將放射性元素的“疊加態”變成“本征態”(確定態)。 這不會改變微觀世界。 的不確定性。
但這個解釋顯然沒有讓薛定諤和愛因斯坦信服。
后來出現了平行宇宙論、多維空間論、隱變量論、甚至意識決定論等各種解釋,但都沒有完全令人信服。
最后,《貝爾不等式》給出了“最終的判決”:我們的世界確實是不確定的、非局域的(不現實的),上帝真的可以擲骰子。
量子世界的不確定性也成為現代物理學的主流認識。 愛因斯坦真的錯了! 當然,也有可能量子世界的背后隱藏著更深刻的隱變量,等待人們去發現!