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好奇害死了猫
尽管科学家在实验室里从未见过违反量子力学的情况,但该理论不断违反“常识”。由量子力学引进的概念实在新奇,以至于欧文·薛定谔在1935年设计了一个巧妙的“思维实验”,捕捉到了它的明显荒谬。
想象在盒子里有一瓶毒气和一只被困的猫,盒子不允许被打开。显然,我们不能窥视盒子的内部,我们只能说猫也许死了,也许活着。现在,想象一下,那瓶有毒气体被连接到能探测铀矿石辐射的盖革计数器(单个铀原子核分解释放辐射,将引发盖革计数器,接下来瓶子会被打破猫会死亡)。
根据量子力学,我们不能确切地预测一个铀原子核何时解体。我们只能计算数十亿个原子核瓦解的概率。因此,描述单个铀原子核,量子力学通常假设它为两种状态的混合物——一种状态是铀核是惰性的;另一种状态是已经衰变。猫则由含有猫无论是死是活的概率的波函数描述。换句话说,我们必须在统计上假设猫是两种状态的混合体。
当然,一旦我们被允许打开盒子做测量,我们可以确定猫是死了还是活着。但在盒子被打开之前,根据概率,猫在统计上处于生死未卜的状态。打开盒子的行为决定了猫是死是活——根据量子力学,事实上,正是这种测量过程本身决定了猫的状态。量子力学暗示,物体在被观察到之前,存在于不确定的状态(例如死亡或活着)。
爱因斯坦被量子悖论的含义困扰,比如薛定谔的猫。他写道,“这会允许这样吗?”爱因斯坦像牛顿那样坚信客观现实,认为物理宇宙存在于精确的状态,独立于任何测量过程——测量只是确定状态的过程,不会影响结果。
量子力学的引入捅开了一个哲学思想的马蜂窝,从那以后,一直嗡嗡作响。