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争论的起因
如果说把量子力学分为已知和未知的两部分 。那已知部分就是我们可以通过实验观察到的结果“量子纠缠” 。“量子遂穿” 。“不确定性原理” 。而未知部分就是为什么会产生这些现象 。爱因斯坦、波尔、薛定谔等大佬都想搞清楚背后的本质 。
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经典物理与量子遂穿
如果说量子力学的现象是深渊里射出来的光 。那么科学家想搞清楚的就是深渊里到底有什么 。黑暗的世界是如何产生这些光的 。而大佬们争论的原因就是因为它们对深渊各自做出了解释 。然而他们的解释各不相同 。于是就起了争执 。
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争论的本质
这一切始于对微光粒子的测量 。原子的结构并非我们所想的电子有自己的轨道 。在轨道上运行 。实际上 。电子的运动轨迹就像一朵云 。但是这不是我们所看到的 。而是通过实验得到的 。当我们想测量一个物体运行的轨迹时我们需要这个物体的两个量:速度与位置 。由此我们才能判断它下一刻的位置 。从而得到它的运行轨迹 。
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氢原子(波函数)电子云呈现的分布
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通俗的说通过无数次测量 。我们把测量的情况都标注出来 。会发现电子构成了一个性状 。或者说一朵云 。它会在这朵云中随机出现 。但是具体在哪我们不知道 。只有在我们测量的时候它才会给我们一个结果 。变成一个点 。好像在说:“看其实我是一个粒子 。并不是一朵云 。只是你们不懂我” 。
波尔解释说:它是一个粒子 。同时出现在云中的所有位置 。当我们要测量它的时候它会随机选一个位置出现 。告诉我们它在哪 。
这个解释非常诡异 。如果它是一个粒子 。它又为什么会同时出现在那么多位置?难不成它会分身吗?
爱因斯坦说:它就是一个粒子 。它不可能同时出现在云中的所有位置 。在你测量之前它就是在那个位置 。所以我们得到结果并非随机的 。但具体它会出现在哪 。我们暂时不清楚 。
美国量子物理学家休·艾弗雷特说:它同时出现在云中的所有位置 。当你去测量的时候 。在这个宇宙中它出现在这里 。在其他平行宇宙中 。另外一个爱因斯坦或者波尔测得结果是在那里 。无数个平行宇宙测得结果组合起来又会形成电子云 。
还有十多种理论 。这里不一一说了 。反正公说公有理婆说婆有理 。
几十年前的猫——不确定性
有了上面的争执便有了这个假想实验 。薛定谔描述的是一只猫放在装有少量放射性物质的盒子里 。当放射性物质衰变时 。它会触发毒药瓶上的计数器 。导致毒药瓶被破坏 。从而杀死猫 。
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原子是以“即将衰变”和“不会衰变”的组合状态开始的 。而放射性物质的原子衰变受量子力学定律的支配 。也就是说量子力学的定律决定了猫的生死 。薛定谔把微观世界抽象的概念过渡成了现实问题 。于是粒子到底是不是随机出现的微观态尺度和猫的生死这种宏观态尺度联系了起来 。
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关于生命只有两种可能 。非死即活 。而在实验中的猫有了第三种状态 。即死又活 。因为它是一只代表“电子”状态的量子猫 。波尔说电子即在那 。也在那 。所以薛定谔说:“如果波尔说的是对的 。那么猫即是死的也是活的 。如果你打开箱子想看看它到底是死是活 。不好意思 。结果是随机的 。变成了要么死 。要么活 。”
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埃尔温·薛定谔(Erwin Schr?dinger)是量子力学的奠基人之一 。他构建了这个假想实验是用来嘲讽以波尔为首的“哥本哈根”学派对于量子状态的解释 。即生死“叠加态”是一个荒谬的理论 。与现实世界不符 。
如果你仔细看 。你会发现争论还存在着另外一个核心并非是电子的状态是否存在叠加态 。而是打开箱子之前什么样和打开箱子之后什么样 。打开箱子观看结果的这个过程叫做测量 。而测量是人驱动的 。
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