能猫银砖价格2O12年的能升值吗?

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电话:023-请在工作日9:00-17:00与我们联系如何给初中学历的人解释「薛定谔的猫」?
来自微博:@咆哮女郎柏邦妮: 平行宇宙我算大概搞懂了,薛定谔的猫死活没懂。谁能用一个高中数学考了 9 分的人能懂的语言给我解释一下,谢谢。
618 个回答
薛定谔的猫实验,是有前提条件的,就是符合量子力学的随机触发装置。先简单介绍一下实验流程吧。在一个封闭的盒子里,有一只猫,和一个装满毒气的装置。装置有50%的概率开启,如果开启的话,装置内的毒气会杀死盒子里的猫。好,现在回到这个前提条件,就是装置的随机性。这50%的概率,不是简简单单的投一枚硬币,50%几率正面,50%几率反面这么简单。假如你只是投一枚硬币的话,那么你的掷出力度、掷出角度、硬币旋转的线速度,空气阻力,硬币旋转产生的空气动力,甚至是硬币表面的分子分部、地球的地转偏向力,任何细微的数据全部集中在一起,经过庞大的计算的话,那么在硬币投掷出去的瞬间,得到的结果其实早已注定,根本没有所谓50%的随机性可言。我们可以这样理解:投掷硬币的所有数据,都在“宇宙”的观察中,所以“宇宙”知道“装置”是否会喷射毒气,换言之,盒子里的猫是无法“量子化”的。这个实验的核心,既不是盒子,也不是猫,而是可以产生真正的“随机”的装置。其原理就是放射性元素的半衰期不可预测性。机关由一个放射性原子所控制,其裂变则触发机关。这个装置可以捕获“宇宙”所无法观察和计算到的随机数,并根据随机数的结果,有50%的概率将毒气释放。在这个前提条件下,在盒子封闭起来时,猫就会处于活着和死去的叠加状态。因为连“宇宙”都不知道盒子里的猫,是活着还是死亡。再这之后,我们人类,也是宇宙的一部分。在我们开启盒子时,我们就充当了宇宙的“观察者”的角色。在我们开启盒子时,原本处于生死叠加状态的猫,就会通过我们的眼睛,被“宇宙”所观察。“观察者”存在时,原本包裹着猫的“概率云”就会坍塌。根据装置给出的结果,假如装置喷射了毒气,那么叠加状态的猫的“活猫”部分,就会随着“概率云”塌缩,我们就只能观察到死去的猫。反之,如果装置没有喷射毒气,那么“死猫”就会塌缩,我们会观察到一只活着的猫。另外,猫为什么不是宇宙的一部分呢。首先,猫被封闭在盒子内,盒子中的随机装置将左右它的生死。所以,猫本身会被“概率云“包裹。也就是说,猫处于活着和死去相叠加。这个叠加无法互相观察。叠加状态的”活猫“部分,认为自己一直活着。而”死猫“部分就只知道毒气喷射,随后就成为了一具尸体。一个“装置喷射了毒气”,和“一个装置没有喷射毒气”两种截然相反的情形,在盒子里同时出现又互不干预,当盒子内的情形暴露在“宇宙”中,才会有其中一种与随机装置给出的结果不一致的情形塌缩消失。( ?_ゝ`)这也是量子力学的魅力啊,微观世界的现象,在宏观世界投影到”猫“身上,就是这么奇怪、纠结、和难以置信。——————————————————————————再简单讲讲“观察者"部分吧。收到一些关于”猫为什么不能观察自己“的问题,发现似乎是我对于这个解释所举的例子不够好。那么,我再来重新解释一下吧。回到盒子里,仍然有一只可怜的小猫,和一个随机装置。这次装置连接的不再是毒气瓶了,而是连接到一个装满水的喷头。装置内的放射性原子裂变则触发机关,喷头就会将水喷到猫的身上。然后,我们封闭盒子,耐心等待。此时盒子内,就会出现干猫和湿猫叠加的情况。干猫和湿猫无法互相观察。”干猫“部分,它的经历是,被愚蠢的人类关到一个盒子里,过了一段时间后,盒子打开,它非常不耐烦的跳了出来。”湿猫“部分,它的经历是,被愚蠢的人类关到一个盒子里,盒子封闭以后,喷头喷出水,将自己弄湿了。盒子打开后,它非常愤怒的跳出来,想办法甩干身上的毛。一个盒子里只有一只猫,盒子打开,在我们的观察中,就会有其中一只随着”概率云“塌缩。所以,只会有一只猫跳出来。无论这只猫是干猫还是湿猫,在它们的经历经历中,都没有遇到过另一个“自己”,而是同一只猫的两种不同经历同时出现在盒子里,直到其中一种经历随着“宇宙”的观察而消失。所以,猫,无法充当”观察者“——————————————————————————学文科的同学们注意了。我们的目的,并不是让人类或是任何生灵或是任何电子设备,去猜盒子里的状况。盒子想要蒙蔽的,是“宇宙“。人类,任何生灵,任何电子设备,只是宇宙的”观察者“实验有趣的地方在于盒子内的概率云被观察前的状态。而不是想办法在”宇宙“知道答案之前掀开盒子看一看。人,任何生灵,任何电子设备,都是宇宙的一部分,它们观察到了,宇宙也就观察到了,盒子内就不再有”概率“,只躺着”结果“了。
我不赞同女神表白的比喻。因为你在表白之前,女神她就知道是喜欢你还是不喜欢你,只是你不知道。当然,ls举了例子里说明了她不知道。其实“她也不知道喜欢不喜欢你"这点很重要,就是说,猫的死活在测量前是不确定的,但是一旦测量就确定了,注意“测量”这个动作。我想强调,什么是“测量”或者“观察”,这里测量和我们想象的不一样。测量不是我们想象的完全客观的在盒子外面的观察,而是会参与并且改变猫的状态的一种行为。(想象你是一个教导处主任,你想“测量”一下隔壁班是不是在自习而不是在吵闹,当你站到在隔壁班的时。。。。你就改变了他们的状态)量子力学刚传入中国的时候有人说很“唯心”,因为虽然你不知道猫的死活,但是猫自己知道啊,你打个电话问猫或者开个小洞问猫都可以啊。其实这种理解是不正确的,猫也不知道自己的死活,它处于半死半活的状态,这种状态是客观存在的。我常用这么一个比喻,一个量子态,例如薛定谔的猫就像一个色子(上图那个色子,不是玻色子那个色子),它的确客观存在,并且有6面,倒是如果有人问:色子的值是多少?我只能说,我不知道,因为只有掷出来我才知道我。这里掷,相当于把猫的盒子打开,就是所谓的“测量”。就像sheldon对penny说的"你不试你就不知道“。但是你每次掷的值不一样,直觉得说,你有六分之一的机会得到1,六分之一的到2...所以你问我色子的“测量值”是多少,物理学家会说是3.5,因为是1~6的平均(那啥,123456的平均值不是3。。)。但是你不会掷到3.5,而且掷了无穷多次发现平均值是3.5(我会接下来给大家推倒出来,尽量不需要物理基础),所以物理学家用期望值或者说是平均值来表示量子态的某个物理量,所以薛定谔的猫的是半死半活的,但是你一旦打开或者测量,那么一万次里有五千次是活的,另外五千次是死的,而且你不能预测,只能给出概率。我常用这么一个比喻,一个量子态,例如薛定谔的猫就像一个色子(上图那个色子,不是玻色子那个色子),它的确客观存在,并且有6面,倒是如果有人问:色子的值是多少?我只能说,我不知道,因为只有掷出来我才知道我。这里掷,相当于把猫的盒子打开,就是所谓的“测量”。就像sheldon对penny说的"你不试你就不知道“。但是你每次掷的值不一样,直觉得说,你有六分之一的机会得到1,六分之一的到2...所以你问我色子的“测量值”是多少,物理学家会说是3.5,因为是1~6的平均(那啥,123456的平均值不是3。。)。但是你不会掷到3.5,而且掷了无穷多次发现平均值是3.5(我会接下来给大家推倒出来,尽量不需要物理基础),所以物理学家用期望值或者说是平均值来表示量子态的某个物理量,所以薛定谔的猫的是半死半活的,但是你一旦打开或者测量,那么一万次里有五千次是活的,另外五千次是死的,而且你不能预测,只能给出概率。感谢@ Fan的解释,就是甩6次,一样甩到1次,所以就是123456,点数的平均值是3.5....因为甩到6个面概率一样...这里量子态有几个特征:1.客观以混合态存在,就像色子六个面,注意,客观存在,而且客观不确定是处于哪个态,猫在打开盒子前处于半死半活的状态,不是死也不是活;2.如果不测量,你无法知道它的值,这里”测量“是很重要的一个东西。不去掷色子,你无法知道值,你不打开盒子,你不知道猫死活,但是一旦打开了,你就知道死活了;3.宏观上态以平均值来表示它的测量值,或者说无数次测量得到的平均值。如果你要问猫是死是活,物理学家表示,它是 0.5活着。(其实就是半死半活)4.量子态是一个几率分布,它只能预测几率,但是不能预测什么时候会在那个态,你只能说猫有一半几率死一半几率活,但是你永远没法预测下一次打开是活的还是死的。================= 分割线, 欢迎女神止步 ================为了体现专业,那我们拽点公式吧,回到色子的例子,刚才说了你有六分之一几率掷到1-6,量子力学喜欢用|态& 来表示一个态,然后“掷”这个动词我们用Zhi来表示,Zhi叫做算符,一定要注意算符不是一个值。我用|1&来表示正面是1的状态,我们把|1&叫做本征态,1叫做本征值,你可以理解成一个色子,但是每个面都是1,本征态的特点是你测量这个量,总是能得到他的本征值(也就是说,这种态,处于“|死猫&”状态的猫肯定是死的,|活猫&状态的猫肯定是活的)那么对于|1&来说,你可以想象成一个色子,6各面全是1,当然怎么扔都扔出1来,所以对于这样的变态色子Zhi|1&=1|1&这个意思就是,你怎么掷这个|1&色子,都得到的是个1.对于|2&~|6&来说也一样一个色子由六个本征态组成,见上面量子态特征(1)|色子&=a|1&+b|2&+c|3&+d|4&+e|5&+f|6&这里abcd是系数它的平方值是它的本征态出现的概率(这是哥本哈根派的解释),刚才说了,1-6都有1/6的几率,所以a=b=c=d=e=f=1/sqrt(6), sqrt就是根号的意思。所以我们可以用|色子&=1/sqrt(6)(|1&+|2&+|3&+|4&+|5&+|6&)表示, 或者|薛定谔的猫&=1/sqrt(2) (|死猫&+|活猫&)现在我们有了色子的表达式,我们准备扔了,Zhi|色子&=Zhi(a(|1&+|2&+|3&+|4&+|5&+|6&))=a(Zhi|1&+Zhi|2&+Zhi|3&+Zhi|4&+Zhi|5&)=a(1*|1&+2*|2&+3*|3&+4*|4&+5*|5&), 用a来表示根号六分之一。然后呢?量子态这个东西没有物理意义,只是个名字,真正有物理意义的是测量值(比如量子态的位置,动量),这个测量值从宏观上说就是平均值。我们来求一下这个“掷”这个动作的测量值,不过先透露一下,答案已经提到过。量子态有个前提就是归一,因为态是一个几率分布(就像你1/6的几率扔到1-6,然后几率的总和是1对吧?),表示就是"&态|态&=1", 其实就是"&态| * |态& = 1", 这个"&态| "是 "|态&"的共轭,在实空间里是两个是一样的,如果学过复数的话(虽然提问的人要求数学不高),就是a+ib和a-ib的关系。另外一个前提是本征态正交, &1|2&=0, 也就是说,一个全是2的色子永远扔不出1。所以我们把上面那个公式乘以&色子|&色子|Zhi|色子&=a(&1|+&2|+&3|+&4|+&5|+&6|)*a(1*|1&+2*|2&+3*|3&+4*|4&+5*|5&+6*|6&))=a*a(1*&1|1&+2*&2|2&+3*&3|3&+4*&4|4&+5*&5|5&+6*&6|6&)=a*a(1+2+3+4+5+6)=1/sqrt(6)*(1/sqrt(6))(1+2+3+4+5+6)=1/6*(1+2+3+4+5+6)=3.5这个数字很熟悉对么?没错,这就是从宏观上测量一个量子态得到的期望值。手机码字不容易,大家给个好评吧亲。
谢邀。这个问题收到邀请很久了,而且不断的收到类似邀请,最近放假也有空,我觉得我需要说点什么。本人拒绝回答任何与薛定谔和他的猫相关的问题。因为曾经很多妹子来问我类似问题,我都耐心讲解,她们当然也听懂了。不过当我再试图进一步讲解薛定谔方程,波函数,势阱,遂穿等等量子力学基本概念之后无一不对我翻白眼。我很郁闷啊,我基础也算得上可以,语言表达也没问题,人也算风趣,为什么会是这个结果呢?后来我想明白了这些人不是对科学感兴趣,也不是对量子力学感兴趣,更不是对我感兴趣。他们只是觉得猫萌对猫感兴趣。我感觉我被欺骗了,很受伤。┑( ̄Д  ̄)┍
关于普朗克,有一个笑话,说是他四处演讲,每次讲的都差不多,所以他的司机都记住了。有一次司机就说,让他来讲,普朗克带上司机的帽子坐在台下听。后来演讲结束,有一个教授起来发问。普朗克的司机不能回答,就说,这个问题太简单了,让我的司机来回答吧。这个故事告诉我们说,理科生把自己的理论写的让外行都能看懂,主要是忽悠他们支持他的研究,理科生之间交流的时候,才是内容的实质。
评论了一个高票回答。各位大神解答的都非常好,但我觉得以下内容有必要周知,所以搬运到答案里面来了。1,猫的既死又活,不是因为我们不观察的主观原因。不能认为猫在箱子里一定是死或者活的一种状态,而这两种状态的叠加只是因为我们没观察从而用概率论臆测出的状态。就是说其实用数学成绩比喻不是很恰当,因为数学成绩从你答完题就确定了,那么后来等待出成绩时的概率和叠加只是因为无知(无观察)产生的臆测而已。2,量子力学的叠加是真实的,也是荒谬的。3,薛定谔本人提出猫的假想实验,其实是为了嘲笑波尔等人的。薛定谔本人也认为这种既死又活的状态是荒谬的,错误的。4,而上述观点(1中所述)也正是薛定谔本人的思维导向,认为玻尔等人说的“观察者论”“叠加态”只是因为他们无知而已,认为这种现象只是“上帝确定了一种态,而人类由于无知认为是两种态得叠加”。所以薛定谔和爱因斯坦等人后来开辟了隐导波论,试图去求解确定态。5,可惜随着时代发展,确定论(隐导波论)一直没什么突破,相反不确定论得到了很多实验证据以及理论进展。所以“薛定谔的猫”这个笑话开始被正视,开始被一本正经的讨论。以上我想这些点才是初学者最想不明白的地方。开心点,薛定谔大神和你们一样想不明白,连号称智商第一的爱因斯坦也想不明白。包括哥本哈根学派以及后来的众多物理学家,其实也是被迫接受了这一荒谬的结果的~~~~~~~~~~~~~~~~傲娇分割线~~~~~~~~~~~~~~~我觉得很多大神的解释太偏重描述这个思想实验的过程了,搬出一大堆专业词汇,把过程描写的细致入微,但我觉得这些无助于理解。什么叫叠加态量子机制观察者波函数坍塌概率云神马的,都不是初学者的“痛点”吧~~~~我认为大家理解有障碍的地方写在傲娇分割线以上了。~~~~~~~~~~~~逗比分割线~~~~~~~~~~~~~~~~~下面补充几个,在别的回答中,我认为阐释有偏差的点。一,波函数的发散和坍塌不是由于观察者的“干扰”。我看有一个答主比喻说好比年级主任巡查班级,不看的时候班里可能安静也可能吵闹,看到哪个班哪个班就安静了……这个比喻是不恰当的。因为班里学生由吵闹变成安静,是由于接受到了年级主任的信息(脚步声或影像)而造成的。也就是说,在这个比喻中,是由于观察者(年级主任)给出了一种信息,扰动了被观察者(班级里的学生),进而导致的变化。然而,量子力学中的波函数坍塌不是这样的!从单电子双缝干涉实验说起(不懂的朋友百度单电子干涉),实验中如若人们去测量电子究竟通过了那个缝,那么干涉图像会消失。最初的实验中,观测电子究竟通过哪个缝,用的办法是光子窥探——用特定的光去碰撞运动中的电子,通过碰撞后的光子散射角度判断电子的通过路径。到这里很多读者会发现,这种做法实际上是观测行为对被观测物体造成了实际扰动,人为因素难逃干系。这个阶段的实验,是可以用年级主任来比喻的。然而科学家们当然也发现了这个问题,于是这个实验几经改版,变成了这个样子:Englert和H.Walther基于量子光学微脉泽,一个长寿命激发态的原子,通过高品质微脉泽腔时,会发射光子而退激到更低的状态上。于是有了如下图所示的实验:这个实验的特点在于:作为粒子源的激发态原子,单个原子发射后被激光激发(注:激发的过程是全部路径上的原子,不能提供哪条路径的信息,因此不是测量过程),此后原子就不再接受任何能量,也不需要任何测量,他会自发的在某一空腔内退激,并发射光子,然后继续飞向缝,最后落在屏上;同时发出的光子被我们检验到在哪一个腔内出现。图中屏上的光强分布曲线分别对应:不设置隔离空腔和设置隔离空腔时的实验结果。
上述实验的整个过程,在没有任何测量主体(人)和测量行为的情况下,完成了“路径信息的获取”。可见“观察行为”并非“结果改变”的必要条件,“信息泄露”可能才是更直接的原因。同时,把原子发出时的能量和到达缝平面时的能量相比较,发现前后能量并没有发生变化。
粒子“给出信息”,状态即随之改变,可见粒子的“信息”已经独立于能量之外(后来我们给这种信息赋予了物理意义,是空间出现的概率),成为其不可忽视的本质属性之一。(插一句,百度真是越来越渣了,检索出来的信息各种广告各种白痴各种民科各种陈旧各种重复………………以上信息来自于翻墙版的google)所以说,观察者根本不必传递给被测对象任何作用和信息,即可发生波函数坍塌。二,很多人在强行定义、解释观察者。观察者可不可以是猫本身,可不可以是一个精妙的装置,可不可以是一根简单的探查棒……观察者是人类,是意识,是思维,是能量,是灵魂,是上帝……观察者效应是因为多宇宙,平行宇宙,隐函数,波函数,概率云,退相干,多维空间,超弦……以上种种,有些是民科编的,有的是物理学家论述的,但,通通是猜测!都是大家对叠加态这一荒谬现象的解释和猜想。虽然有一些猜想做出了很多准确的推论和预测。但是猜想毕竟是猜想,迄今为止,所有关于观察者的猜想都未得到证明。即使是有过准确预测的猜想,其实也有很多不足,也做出过更多不准确的预测。所以各位不必纠结于那种解释是对的,这么多回答该信谁的~~~~都是猜想,看看得了。
原答案在分割线下面,集中回答两个问题:1.许多人抱怨初中高中甚至大学都看不懂,请复习分割线下原答案的第一段话,我根本就没准备让所有人懂,也不是在回答楼主的问题,只是在纠正许多答案中的概念混乱。2.光年本来是很长的距离单位,但文中有一处将光年“文艺”地引申为很久很久很久的时间。我知道会有人不依不饶追究细节反对别人用这种文艺而不严格修辞手法,我就是要这样用。——————————————————————————————我觉得这里的回答中有许多都没有正确区分『叠加态』和『混合态』。不过很抱歉,我这里并不是在回答楼主的问题,而是试图纠正许多回答中的概念混乱,很难让高中以下的读者理解。量子系统所处的任何一个明确的状态(量子态)都有无穷多种方法分解为若干其他量子态的叠加,就好像一个向量总是有无穷多种方法分解为若干向量一样。如果一个量子态S可以分解为量子态X和Y的叠加,可以写成S=aX+bY(a和b是两个复数系数)。再次提醒,这种分解有无穷多种方法:S = aX+bY = a'X'+b'Y'+c'Z'+... = ...到了这里,学过向量加法的同学们应该知道,S虽然可以写成X和Y的线性叠加,但S显然既不是X也不是Y,说S既是X又是Y也根本不对,甚至说S部分处于X部分处于Y也非常不合适,因为S在任何不跟S正交的量子态上都有非零的分量。事实上,S是一个跟X和Y都不同的新的量子态。如果你选取了一组正交完备的量子态作为基向量,那么任何一个量子态S都可以在这组基向量上做唯一的分解。这种正交完备的基向量组的选择也不是唯一的,有无穷多种不同的选择。那么什么是混合态呢?如果系统明明处于某个明确的量子态,但我们却不知道到底是哪一个,只知道系统可能以一定的概率分布处于若干量子态之一,那么这种情况下我们说体系处于这若干量子态的概率混合,简称混合态。但必须明确一点,混合态不是量子态,只是若干量子态上的一个概率分布。一个处于混合态的系统的实际量子态完全是明确的,只是我们这些观察者并不知道具体是哪一个而已,这跟前面解释的叠加态的含义完全不同。量子力学实验中所谓的测量,就是让『被测量子体系』跟『仪器+观察者+环境』这个大系统发生相互作用。具体的测量方式会在无穷多不同的正交完备基向量组中选择一个特殊的基向量组。例如让电子通过Z方向的非均匀磁场测量电子的自旋,这种测量就会选择Z+和Z-这两个特定的自旋量子态构成的正交完备基向量组。执行测量操作时,『仪器+观察者+环境』这个大系统跟被测体系的相互作用过程会让被测体系的量子态从其原来所处的量子态迅速演化到测量方式选择的那个特殊基向量组中的某一个基向量上。那么测量后被测体系的量子态到底会演化到这个特殊基向量组中的哪一个基向量上呢?这同时取决于『被测量子体系』和『仪器+观察者+环境』二者在测量之前所处的量子态。由于后者是个硕大无朋的宏观体系,其具体的量子态信息我们根本就不可能了解(就算把这个信息告诉我们,存储这个巨大的信息也可能要占满整个宇宙,更不要说利用这些信息进行计算的难度多大了),所以我们根本就没可能明确计算测量后被测体系到底会进入测量方式所选定的哪一个基向量上,只能做统计预测。而统计预测的规则很简单:测量后被测体系量子态进入基向量X的概率,正比于测量前被测体系的量子态S在基向量X上投影长度的平方,这就是量子力学中的测量原理。早年人们在对这个原理的理解很糊涂,导致了波尔和爱因斯坦在这个原理的诠释上旷日持久到死都没结果的争论。后来有人做了贝尔不等式的实验,实验结果不支持爱因斯坦关于量子力学局域性的观点,但却被大量错误地引申成了波尔战胜了爱因斯坦。事实上波尔对测量原理提出的哥本哈根诠释在贝尔不等式的实验中根本就不涉及,该诠释不但破坏量子力学的自洽性,也跟近年来的实验结果相悖。这事儿说来话长暂且打住。还有一件事,做量子力学实验,通常要将被测量子体系与仪器环境的相互作用彻底隔离,相互间连热交换都不能有,否则在测量之前被测体系的状态就已经乱掉了。虽然某些实验中如果相互作用非常微弱也可以通过一些手段纠正消除环境干扰,但尽可能地隔绝环境相互作用是非常必要的。隔离个把原子不长的时间是比较容易做到的,目前也可以隔离病毒尺度的物体,尺度越大隔离就越难。把像猫这么大的东西跟外部环境几乎彻底隔绝,其技术难度可以说超出了我对未来科学技术最疯狂的幻想。如果不能做到几乎是完美的隔离,那么被测体系根本就不可能处于那组基向量的叠加态,也就谈不上什么薛定谔猫佯谬了。这就是为什么薛定谔猫佯谬提出之后大家始终在争论却一直没办法直接进行试验验证的原因(最近据说终于成功地在病毒上进行了类似实验)。接下来的讨论中我们暂且假定光年之后我们在技术上终于能够满足上述隔离要求。下面我们就可以开始谈薛定谔猫这个思想实验了,这里假设读者知道这个实验的设定。我们打开盒子进行观察,都可能看到些什么呢?有人觉得打开盒子可能观察到所有可能的量子态只有两个,一个是猫死了,一个是猫活着。事实上这是很严重的误解。即便是猫死了的状态,都有数不清的不同可能,例如死在一角还是另一角等等,猫死和猫活都对应很大很大一批不同的量子态。除此之外,按照量子力学,打开盒子的时候甚至可以有极小但非零的概率里面会出现一只狗,还可能没猫也没狗只有一滩水。虽然这种事情发生的概率极其微小,但量子力学并不绝对禁止盒子中的物质发生这种剧烈重组的可能性。把所有这些量子力学允许我们在打开盒子时看到的状态全算上,才构成我们测量手段所选择的正交完备的基向量组。所以,许多科普文章甚至是早期的学术讨论中认为只有『死猫』、『活猫』这区区两个基向量的说法是完全不符合量子力学的。如果关上盒子(假设能做到很严格的与世隔绝)的时间不是特别漫长,打开盒子的时候发现里面有只狗或一滩水的可能性几乎是零,最可能看到的是对应死猫或活猫的数不清的量子态之一。但如果盒子关得太久(例如漫长到庞加莱回归周期那样的时间尺度)就难说打开时会看到什么了。我们很关心的一个问题是,在打开盒子之前,盒内体系的量子态又会是什么呢?事实上,由于盒子中的猫和杀猫装置本身也是一个在量子力学意义上极为巨大的宏观系统,而触发杀猫装置的放射性元素也在跟这个宏观系统发生相互作用,相当于被测量,所以会在这个过程中会迅速演化到杀猫装置所选定的基向量之一:衰变或不衰变,具体演化到哪个状态取决于之前整个系统的量子态。虽然在打开盒子之前,盒内体系时刻都处于明确的量子态,但由于这个系统仍然很巨大,所以我们并没有办法对结果做出明确的预测,只能谈概率。因此在打开盒子之前,猫要么已经被杀死,要么没有被杀死,或者以极低的概率进入了某种稀奇古怪的奇葩状态,但并不会处于某种“不死不活”或“稀里糊涂”的量子态。虽然盒内体系的量子态S是明确的,却几乎不可能刚好处于打开盒子后可能看到的基向量状态之一,而是它们的某种叠加。所以在打开盒子的时候盒内体系的量子态仍然会发生进一步的演化,但这种演化不会像许多科普书上写的那样,从某种猫不死不活的状态嗖~地演化成死猫或活猫的状态,而是从原来猫的死活本来就很明确的量子态以一定的概率分布演化到打开盒子后可能看到的基向量状态之一。而且我们还可以明确一件事儿,如果打开盒子之前盒内体系的量子态S是猫活着的某个状态,那么打开盒子之后盒内体系的量子态几乎肯定会演化到跟S在宏观上看上去几乎没有差别的仍然对应猫活着的量子态,几乎完全没可能演化到对应猫死了的某个量子态。因为对于如此巨大的宏观系统,宏观上能看出差别的两个量子态几乎是完全正交的,宏观上几乎完全看不出差别的两个量子态之间才可能会有明显的非零投影分量。总结:薛定谔猫在打开盒子之前并不会处于什么『不死不活』『稀里糊涂』的量子态。一个对应死猫的量子态和一个对应活猫的量子态叠加出来的量子态是一个很奇葩但并不糊涂的量子态,这样的量子态可能对应一只开膛破肚奄奄一息的猫,也可能连个完整的猫形都没有。任何一个量子态都可以分解为若干量子态的线性叠加,也就是说,你现在的状态就等价于若干跟你目前状态不同的量子态的叠加,但你并不会因此感到自己稀里糊涂或不死不活。打开盒子,盒子里面的量子态会因为跟外部的相互作用而发生演化,但这个演化并不是从一种不死不活的糊涂量子态演化到有明确死活的量子态,而是从原本死活就很明确的量子态演化到宏观地看上去与原来极其接近的另一个量子态,演化到一个宏观地看上去与原来很不相同的量子态的概率几乎为零。
下面的图就可以理解了:没看这幅图的时候,黑白都有。因此薛定谔的猫既alive又dead。然而,当你观测的时候:只看白色:活着(alive)只看黑色:死了(dead)也就是:你不观测的时候,猫既死又活。当你非要观测个结果的时候,那只能要么死,要么活。————————————————————————————————————————————(下面的这个可以不看)拿高中数学开刀的话,可以这样理解:在正式成绩出来之前,你的成绩是一个分布,这个分布可以取的值是0到150,每个分数都有相对应的概率。前提是你蒙的所有答案。 可以假设这么一个粗略的概率分布函数:1%的概率考150分,2%的概率考100分,80%的概率考9分(-_-|||)等等等等……在你的成绩出来之前(或是你还没得到你的成绩的时候),你并不知道自己得了多少分,只能说有1%的概率满分,80%的概率考9分。然后会不会及格呢?没看到分数,你就处于要么及格要么挂掉的叠加态,所以这个时候就十分纠结——回家后会不会被打屁股呢?(那个猫咪主人也是这样纠结的——喵的,老夫的小花到底会不会死呢?)只能说有那么a%的概率要被打屁股,b%的概率屁股完好。当你看到成绩的时候(观测薛定谔的猫,概率成为了唯一的一个结果)——90分!(屁股完好。)9分。。。(可怜的屁股 T^T)————————————————————————————————————————————类似的图:当年量子力学老师上课的时候,就给了我们这个图片。少女还是老妇呢?你一次观测,只能得到一个结果。当然,这个描述还不是很准确的——因为你可以选择看成少女,也可以选择看成老妇(这也是你提出的问题)。量子力学就是代表了这种叠加态,但是这种态是无法在宏观现实中实现的。回答中的两张图,都是尽量去形象地解释一下“叠加态”这个概念。
如果他是这种基础,我觉得不如选择不解释。大多数人都会选择用几句通俗易懂的话或者生活中的类比来揭示薛定谔的猫这一理想实验的某方面特性。诸如前面的大部分回答,基本上都是片面不完整,而且很可能相似点只是形式上相似,实际上完全是两码事,长久的这种“通俗易懂”的解释对一个人科学概念的形成不是一个好事,因为实际上他并没有懂。就像向一个人解释电子,喜欢用刚性球这种模型,但是实际上电子完全不是这回事。久而久之人类理解事物的习惯变成了倾向去寻找平常生活中常见的事物来进行概念替代,到了质子,夸克,依然是喜欢这样去理解。这样导致的结果是想象力的局限,容易在思想上将二者等价起来。不是所有概念都可以这样来替代理解的,而且这样的理解方式无法认识到事物的全部特性,不少科学家就曾经表示过这样的担忧。如果只是对一般民众的科普,这样的说法可能太严重了,但如果解释的对象是你所说的学生之类的以后依然要深入学习的,我觉得系统的看书学习才是正道。
关于“叠加态”的不好理解之补充:
下面介绍一个著名的数学公案,以便感兴趣的童鞋更好地理解“叠加态”这一概念(很简单的加减运算而已,逻辑推导明确清晰,高中数学知识对付绰绰有余):
问:1-1+1-1+1……(无限循环)=?
很简单,不是吗?等于几呢?1,不对,0?好像也不对啊??
等等,要是偶数个这样的1运算得到的肯定是0,要是奇数个1算出来的结果就是1了。可问题是这是无限循环算下去的呀,那就不是0 也不是1了,有答案吗?告诉你肯定有的,不过答案算出来费了点周折。答案是1/2
嘿嘿,没搞错,答案就是1/2!这个问题是200多年前的意大利数学家格兰迪提出的,过了150年才有人算出这个答案,算的过程稍复杂,不过要证明答案就是1/2那就简单了。证明如下:
设:上式(1-1+1……)=x
1-x=1-(1-1+1-1+1……)
去掉括号 =1- 1+1-1+1-1……
注意到等式右边任然是无限循环的,这和原式一样所以
解方程得x=1/2
这个证明过程在逻辑上是无懈可击的,并没有偷换概念或者其它忽悠你的意思。
之所以我们认为这样的答案不可思议,是因为我们没有从本质上理解[【无限】这个词。 上面的运算是永不停止的,一旦停下,就成了有限个加减运算,答案要么是1要么是0,只要无休止地按上式计算下去,答案就成了0和1中间这个数——1/2。
想到什么了?薛定谔的猫?不测量就是生和死的叠加,测量了要么就是生要么就死。
嘿嘿,有点感觉了吗?在逻辑上完全能说通!这个格兰迪算式就是一个很好的数学解释,1代表生0代表死,1/2不就是那个叠加状态?!假设这个算式1-1+1-1……在计算机上无休止地算下去,我们就说答案是1/2,虽然我们没有按=号,一旦你按了计算机的=号,计算机停止了计算,答案就显示出来了,要么是1要么0。计算出结果就是一次信息测量,测完了,无限的计算变成了有限计算(波包坍缩),那个叠加态的答案就被你改变了,结果50%的概率是0 和1。
说完了,好好体会下吧,重点是理解这个无限计算。当然除非你能永生,否则任何人都不能理解何谓无限,只有完全理解无限这个概念的才能理解这个坑爹的答案,才能理解量子叠加什么的。我的目的只是给你一种感觉而已。
我来凑个数:美剧《生活大爆炸》,讲两个物理系的书呆子追女孩子的故事,一起看片的朋友问了我这个前物理系学生一个问题,何谓“薛定谔的猫”?我给她顾左右而言他了半天,成功掩盖了我当初逃掉大半量子力学课程的事实。但回头想想,人干嘛这么糊里糊涂地对待自己的历史,学明白了就学明白了,没学明白也要正确对待。本文就是准备讨个明白,鉴于读者大多没有兴趣修习量子 力学,我尽可能通俗些,百家讲坛些。下面一个page down是“薛定谔的猫”故事的正版。感觉无聊的人完全可以不看,基本不妨碍我要说的核心问题。维基百科对“薛定谔的猫”的解释---------------------------------------------------------------------薛定谔的猫是奥地利物理学家埃尔温·薛定谔试图证明量子力学在宏观条件下的不完备性而提出的一个思想实验。实验内容如下:把一只猫放进一个封闭的盒子里,然后把这个盒子连接到一个包含一个放射性原子核和一个装有有毒气体的容器的实验装置。设想这个放射性原子核在一个小时内有 50%的可能性发生衰变。如果发生衰变,它将会发射出一个粒子,而发射出的这个粒子将会触发这个实验装置,打开装有毒气的容器,从而杀死这只猫。根据量子 力学,未进行观察时,这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态,但是,如果在一个小时后把盒子打开,实验者只能看到“衰变的原子核和死猫”或者“未衰变的原 子核和活猫”两种情况。现在的问题是:这个系统从什么时候开始不再处于两种不同状态的叠加态而成为其中的一种?在打开盒子观察以前,这只猫是死了还是活着抑或半死半活?这个实验的原意是想说明,如果不能对波函数塌缩以及对这只猫所处的状态给出一个合理解释的话,量子力学本身是不完备的。这个思想实验的意义是,将量子理论从微观领域带到了宏观领域,而导出和一般常识相冲突的结果。根据哥本哈根学派的解释,当观察者未打开盒子之前,猫处于一 种“又死又活”的状态,该状态可以用一个波函数来描述,而波函数可由薛定谔方程解出。一旦观察者打开盒子观察,波函数会坍塌(Collapse),猫呈现 在观察者面前的只会是“生”或“死”的状态之一。这导致了对世界客观性和人意识的作用的讨论。根据多世界理论,当观察者打开盒子的一刻,世界会分裂成多个世界,而观察者只能进入众多的世界其中的一个,而观察结果就因此只有一个,猫是“生”或“死”。而在其他世界里猫的状态会由薛定谔方程决定。其生存的概率越大,猫幸存下来而处于其中的世界的数目就越多。薛定谔可被视为一个佯谬,由“不确定”的衰变-检测器-毒药-猫的生死构成一条因果链,将量子的不确定与宏观物质(猫的生死)的不确定性联系起来,而根据日常经验,无论我们是否观察,猫的状态必为生或死中之一。---------------------------------------------------------------------你要是理解不来这个正版故事,你就无法拿它去忽悠另外一个人。所以再给你一个民间故事,好理解,好忽悠。话说三国年间一夏夜,诸葛亮和庞士元下棋,有只小蟋蟀跳上棋盘,庞士元一把捉住它,然后握在手心里,挑战诸葛亮:你说这蟋蟀现在是活的还是死的?平常人肯定被难住了,你说它是死的,庞士元一松手就是活的,你说它是活的,庞士元使点儿劲儿,它就是死,怎么说你都是错的。但是孔明就是孔明,他微笑起身,然后走到门口,一脚迈出门框,转身对着庞士元问:你说我这是出,还是入? 明白了吧?说白了就一句话,对“事实”,你了解和观察它的行为本身可能会改变这一事实。所以柯南说的“真相只有一个”未必对啊,绝对真相是不可能被了解的。你试图了解它的过程已经在影响“真相”本身了,所有你追求的“真相”都只是对“真相”无穷接近而已。要是再扯远些,就得说说我那个历史老师欧阳了。(20几年前春天过去了夏天刚来的时候,他凑巧入狱过一段时间的了)欧阳老师给初中生扫哲学盲(就像我现在给高中生扫物理盲,一般的结果是越扫越盲):什么是唯心,什么是唯物。说,一个古人走路看书,结果被一个石子拌了一跤。反正没摔坏,他拍拍灰尘起来继续走。走着走着他突然开始怀疑是不是有这么个石子存在,他想也许那一跤是自己的臆想,那个石子根本不存在。欧阳告诉我们,如果这个古人觉得那个石子一定存在,他就是唯物主义者,如果那个古人自信满满,觉得他认为那个石子存在,石子就存在,他认为石子不存在,石子就不存在,那这个古人就是唯心主义者。是不是有点儿Matrix的感觉了?扯回到薛定谔那个半死不活的猫,你观察一个猫的死活的同时,可能就决定了它的死活。那么你思考一个猫的死活的同时,是不是也在影响它的死活呢?存在一个你的意识之外的世界吗?你说它存在的话,它就已经在你意识之内了。 再扯到我的工作(财务、审计)。说到外部审计对公司管理的影响,审计师要对自己的发现持谨慎态度,审计花了很大的代价,做了很翔实的工作,但最终的结论仍然,而且非常可能是不正确,或者不完整的。如果意识不到“薛定谔的猫”的存在,还随意提建议,企业的命运可能就如同那只猫一样,生死未卜了(当然,你郑重提的意见,人家都不定甩你,别说你随便提的了)。有没有这样的例子?看看几千年前的一个“审计”案例:汉武帝时期,江充查办宫廷里的巫蛊活动。江充以敢于揭发阴私受武帝宠信,曾以纠察太子家的问题受到武帝赞扬。由于他怕日后太子报复他,故而欲置太子于死地。时汉武帝住在长安西北方的甘泉宫,由于专制、迷信、多疑种种交集,他派江充“审计”太子。江充率兵到到太子宫拆房挖地,查找木偶、布偶一类的“罪证”。太子忍无可忍,把江充杀了。于是有人跑去向汉武帝报告,说太子造反了。汉武帝一听,就派兵讨伐,太子则认为是皇帝被奸党控制,存亡不可知,也调集京城里的兵员进行抵抗,两军战于长安城中,死者数万。太子兵败,东逃到湖县,后自杀身死,一起被杀的还有太子的两个儿子。事后汉武帝醒悟,建“思子宫”悔过。可见审计本身是会改变被审的“真相”的,他本来没反,没动机,没事实。一查他,他有了动机,造成了事实。 所以,谁都可能是错的,非常有可能!即便你追求真相的行为看似正义,这一行为仍有可能把真相推到另一面。 反之亦然。观察可以改变世界,更不要说围观了。---------------------------4-12更新:评论里有兄弟和我说测不准叠加态什么东东,我只能叹气。请兄弟姐妹们再次读题:人家要求的是给高中数学9分成绩讲猫啊,9分成绩知不知道微积分啊,不知道微积分,你还要说叠加态?
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