什么是薛定谔的猫
薛定谔这个名字有人听过吗?薛定谔把妹法有人试过吗?薛定谔的猫是什么呢?薛定谔方程又是什么?和鹊哥心理小编一起走进薛定谔的世界吧。
一、薛定谔的猫
薛定谔的猫是什么?是一个猫种类的名字吗?
薛定谔的猫(Schrödinger'sCat)是关于量子理论的一个理想实验。
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。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。”薛定谔的猫是诸多量子困惑中有代表性的一个。一只猫被封在一个密室里,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,则放出阿尔法粒子,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,猫必死无疑。
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。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,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,则只能说,它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,才能确切地知道猫是死是活。此时,猫构成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,我们永远也不知道猫是死是活,它将永远处于半死不活的叠加态,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。
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:“生存还是死亡,这是一个问题。”只有当你打开盒子的时候,叠加态突然结束(在数学术语就是“波函数坍缩(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:只出现一个结果,这与我们观测到的结果相符合。有一个大的问题:它要求波函数突然坍缩,可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或许实用主义的考虑,还是接受了哥本哈根的诠释。付出的代价:违反了薛定谔方程。这就难怪薛定谔一直耿耿于怀了。
二、薛定谔方程的特点
1、薛定谔方程的解是波动的,所以ψ 称为波函数(在这之前,我们也称它为态函数),它就是拿来表示物质波的。
薛定谔方程的提出,意味着波函数是体系的基本量,即一旦波函数得以知道,体系的所有性质便能确定下来。
2、薛定谔方程的左边有一个因子i,它是表示虚数的符号,也就是说i 的平方将会得到一个负数 -1。所以,薛定谔方程的解波函数ψ 一定是复数,就是一种波。
3、当体系的初态ψ(r,0) 给定之后,以后任一时刻的状态ψ(r,t) 就可以由这个薛定谔方程完全确定下来。只是要注意,状态ψ 并没有实在的对应,只有它的平方—— 才对应着找到粒子的几率。
这是量子力学中最基本的概念之一。读者还可以从5.2节的“态叠加原理”那里比较深入地理解ψ 和的重要区别。
4、定态薛定谔方程是一个本征值问题。所谓本征值问题,请参考4.3 节的“量子力学的基本假设”。薛定谔在建立关于体系态函数ψ 的波动方程时
他自己也不清楚这个态函数(或波函数)是什么东西。他给出了一个关于态函数的半经典解释,最后被玻恩的几率解释所取代。
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