浅谈薛定谔猫.doc

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1、浅谈薛定谔猫0引言薛定谔猫是1935年由著名的物理学家埃尔温·薛定谔提出的一个假想实验，通过这个实验对量子力学的概念提出了质疑。经典世界中的薛定谔猫是由大量微观粒子组成，那么它为什么没有波粒二象性的特征呢？量子力学的理论是否完备？本文以这些问题为基础，简述了薛定谔猫的发展过程。以此对量子力学有简单的理解。1、薛定谔猫的由来“——谁敢跟我提起薛定谔那只该死的猫，我就去拿枪！” 这是斯蒂芬·霍金对薛定谔猫的评价。1.1波粒二象性微观的粒子既有波动性又有粒子性，诸如电子，光子等微观粒子它们在同一个时刻既可以在这里

2、也可以在那里，既是波又是粒子。它是波和粒子两象的矛盾统一。为了描述他们的状态，引入波函数来进行描述，微观粒子的波动显现是它运动的一种统计规律，因此称此波动为概率波或概率波幅。概率波幅是量子力学的最基本最重要的概念。量子力学的精妙就是引入概率波幅（量子态）的概念，微观世界的各种特性就源于此。量子力学完美的解释了微观世界的规律，但是在我们所生活的宏观世界我们似乎难以用量子力学的原理来解释。因为我们看不到这种量子态。用一个简单的对比来理解量子力学与宏观物理学的冲突：如果仅仅从量子力学原理再加上数学以及逻辑来看我们

3、的地球时，能看到的是大量叠加的、同时发生的现象，这些现象是从远古的时代起就被许多小的量子事件累积而产生的。然而，我们现实中的地球随处可见的是一个个轮廓清晰而分明的物理实在。1.2薛定谔猫假想实验能否将量子理论应用于宏观的世界？爱因斯坦为代表的一方认定量子力学不是完备的理论，“上帝是不会玩骰子的”;而以哥本哈根学派领袖波尔为代表的另一方认定量子理论是正确的。薛定谔也为此感到困惑，他质疑量子力学的哥本哈根学派的解释，于是他用一个假想的实验来检验理论隐含之处，1935年他发表了薛定谔猫佯缪的文章，薛定谔猫就此诞生

4、。所谓的薛定谔猫假想实验：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装置，其中包含一个原子核和毒气设施。设想这个原子核有50%的可能性发生衰变。衰变时发射出一个粒子，这个粒子将会触发毒气设施，从而杀死这只猫。我们发现整个事件的波函数竟然表达出了活猫与死猫各半纠合在一起的状态。2、薛定谔猫的诠释2.1哥本哈根诠释根据量子力学的原理，未进行观察时，这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态，因此，那只可怜的猫就应该相应地处于‘死’和‘活’的叠加态。非死非活，又死又活，状态不确定，直到有人打开盒子观测它。看

5、猫一眼才决定其生死，只有当你打开盒子的时候，迭加态突然结束（在数学术语就是“坍缩”）实验中的猫，可类比于微观世界的电子。在量子理论中，电子可以不处于一个固定的状态（0或1），而是同时处于两种状态的叠加（0和1）。如果把叠加态的概念用于猫的话，那就是说，处于叠加态的猫是半死不活、又死又活的。哥本哈根的几率诠释的优点是：只出现一个结果，这与我们观测到的结果相符合。但有一个大的问题：它要求波函数突然坍缩。但物理学中没有一个公式能够描述这种坍缩。2.2多世界诠释1957年，埃弗雷特提出的“多世界诠释”似乎为薛定谔猫

6、找到一个合理的解释。埃弗雷特指出两只猫都是真实的。有一只活猫，有一只死猫，但它们位于不同的世界中。当我们向盒子里看时，整个世界分裂成它自己的两个版本。这两个版本在其余的各个方面都是全同的。唯一的区别在于其中一个版本中，原子衰变了，猫死了；而在另一个版本中，原子没有衰变，猫还活着。”　　也就是说，上面说的“原子衰变了，猫死了；原子没有衰变，猫还活着”这两个世界将完全相互独立地演变下去，就像两个平行的世界一样。格利宾指出这是基于无懈可击的数学方程，量子力学朴实的、自洽的、符合逻辑的结果。在我们生活的这个世界上，

7、没有隐变量，上帝不会掷骰子，一切都是真实的。”按格利宾所说，爱因斯坦如果还活着，他也许会同意并大大地赞扬这一个“没有隐变量，上帝不会掷骰子”的理论。多世界诠释的优点是：薛定谔方程始终成立，波函数从不坍缩，由此它简化了基本理论。可这样的设想过于离奇，这些平行的世界全都是同样真实的。2.3退相干理论了解退相干对薛定谔猫的解释我们先了解退相干历史。退相干历史(DH)：我们把宇宙的历史分得足够精细，那么实际上每时每刻都有许许多多的精粒历史在“同时发生”(相干)。比如没有观测时，电子显然就同时经历着“通过左缝”和“通

8、过右缝”两种历史。但我们只关心我们所关心的是观测到的电子通过左右之一的一条缝，即粗粒历史的情况。因为互相脱散(退相干)的缘故，这些历史之间失去了联系，只有一种能够被我们感觉到。按照历史颗粒的粗细，我们可以创建一棵“历史树”。以量子联赛来说，一个球队在联赛中的历史，最粗仅仅可以分两种：“得到联赛冠军”和“没有得到联赛冠军”。在这个极粗的层面上，我们只具体关心有否获得冠军，别的一概不理，它们都将在计算中被加遍。但是我