薛定谔猫佯谬及各种量子解释 薛定谔猫佯谬及各种量子解释 姓名：李球球 班级：08级物理学二班 学号：2008700208 摘要：尼.波尔曾经指出:谁不为量子力学所震惊，谁就不理解量子力学。在20年代，量子力学以其近乎完美的科学论证体系征服了全世界的科学界。但是，当量子理论的蕴涵开始充分显露时，一些迷惑也随之诞生。在量子力学理论建立之后，测量佯谬、薛定谔猫佯谬等问题的提出在科学界引发了一场新的探讨。不少科学家对薛定谔猫佯谬作出了新的理论解释，谁对谁错我们现在无法分辨，只能看哪种理论在以后的科学发展中能经得起时间的考验。 关键词：薛定谔猫佯谬、量子、解释、多宇宙、系综 量子力学的奠基人之一埃尔温.薛定谔在1953年就已经觉察到量子迭加的哲学问题怎样可以在宏观级上出现。他以戏剧性的手法，借助于一个驰名猫思想实验，说明了这一问题。 “一只猫关在一钢盒内，盒中有下述残忍的装置（必须保证装置不受猫的直接干扰）：在盖革计数器中有一小块辐射物质，它非常小，或许在一小时内只有一个原子衰变，在相同的几率下或许没有一个原子衰变。如果发生衰变，计数管便放电并通过继电器释放一锤，击碎一个小的氢氰酸瓶。如果人们使这整个系统自由存在一个小时，那么人们会说，如果在此期间没有原子衰变，这猫就是活的。第一次原子衰变就必定会毒杀了猫”。 我们自己心里十分清楚，在钢盒里的猫不是死的，就是活的，没有其他可能。但是，按照量子力学规则，盒内整个体系处于两种态的迭加状态，一种态是活猫，一种态是死猫。也就是说猫将一直处于一种悬而未决的死活状态，直到有人窥视盒内看个究竟为止。此时，猫要么是生气勃勃，要么是已经死亡。另外，据推测，猫自己知道它是活还是死的。 这样就产生了佯谬：如果一小时之后实验员打开盒子，发现猫是活的，那么我们可以断定，猫在之前的一小时之内一定是活着的。但是，若在一小时的前一刻，实验员未打开盒子，根据量子力学理论，我们却只能说猫处于死活状态。 科学是一项不带个人色彩的客观的事业，将观察者作为物理实在的一个关键要素的思想，看来是与整个科学精神相矛盾的。因此，薛定谔猫佯谬的解答究竟是什么？不少科学家对这个问题持有不同的见解，主要有以下几个方面： 一、哥本哈根解释 以物理学家玻尔为首的“哥本哈根学派”对薛定谔猫谬论提出了量子力学的“哥本哈根解释”。玻尔认为，由于仪器对于微观粒子存在着“不可控制”的干扰作用，我们对于微观粒子测量便不再是一个独立于观测作用的客观过程。用量子力学的语言说就是，当盒内的宏观系统(猫)与微观系统(辐射原子)相互作用后，微观系统的量子相干叠加性就传递给了宏观系统，从而使得猫也处于了相干叠加态。即整个系统的波函数处于了原子衰变——死猫和原子没有衰变——活猫的量子关联之中：波函数=死猫状态几率*活猫基态+活猫状态几率*活猫基态。所以，两个量子关联状态的叠加就形成了一只死活叠加的“薛定谔猫”。 对于薛定谔猫佯谬实验中的猫，当观察员不去观测它时，它便处于死和活的叠加态，而观察员一旦打开钢盒，它就处于非死即活的状态。也就是说观察员打开盒子之后，猫由钢盒里的量子状态（死活状态）以某种方式转化成了经典状态（死或活）。 二、精神支配物质 约翰.惠勒（John Wheeler）对于观察者在量子力学中心的核心地位，提出了许多透彻的论据。他认为，除非是进入了观察者的意识，不然基本的量子现象的发生是派不上用场的。 因此，精神论者认为在没有观察者时讨论猫是处于何种状态是没有意义的，只有在试验中出现了观察者才能说明和确定猫是活的，还是死的。 三、多宇宙解释 大卫.多奇(David Deutsch)对多宇宙解释坐了扼要介绍：即存在一些平行的完全的宇宙。他们包含了所有星系、所有恒星及所有的行星，全都在相同的时间以及在某种确定意义上在同一时空中存在着。这些宇宙只在量子理论微观层级上有着某种相互影响。 多宇宙解释对于薛定谔猫佯谬是很容易解决的，因为在任何一个具体情况中，如果问猫是处于什么状态，答案只有两个，即在一个宇宙中猫是活着的，在另一个宇宙中猫是死的。 四、系综（或统计）解释 系综解释的定义是：当我们对系统中任一可观测量进行测量时，我们实际所做的是，我们正在对许多相同的已有的系统或者说对这些系统地系综进行测量。因此，测量结果是关于该项测量的各种具体值得几率分布形式。系综解释只考虑统计学，而不关心任何单个事件。 在薛定谔猫佯谬实验中，系综解释的拥护者（代表人物为John Taylor）认为：若按照任何一个企图描述单个系统行为的量子力学解释，包含猫系统的波函数必定表明，大约在一个辐射寿命之后，猫是死还是活，具有相同的几率。这意味着量子力学态是有一半时间活着的猫和一半时间死的猫所组成，换句话说，猫不知道自己是死是活，这是十分荒谬的。 因此采用系综解释就会显得十分合理。在这个实验中，在50%的情况中猫是活的，在50%的情况中猫是死的。 五、量子势 David Bohm、Basil Hiley及其同事所喜爱的描述量子系统地模式，在这种模式中，与量子行为相关联的古怪的和不可预测的种种涨落被视为由一种类似于引力势的“势场”所产生。这种势场被称为量子势，它的效应不依赖与其量值，仅依赖于其形状，并且可以在长距离上有大效应。 量子势理论放弃了定域性（宇宙的不同区域不能传递超光速的信号），而保留了客观存在性（即独立于我们观察而客观存在的外部世界），它认为宇宙中可以存在超光束的讯号，这种信号由量子势所调控。 因为摒弃了定域性，那么对于微观世界就可能产生一种极类似于日常世界的描述，即物体以确定的状态，且具有完全得物理属性，具体地独立存在着。 因此，在量子势的解释中，对于钢盒内的猫，它只有两种可能：活着或是死了。猫不会处于不死不活的迭加状态。 参考书籍：《原子中的幽灵》 《热力学与统计物理》 史建新 陶平 ‘‘薛定谔猫佯谬"与量子力学新进展
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