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薛丁格的貓是奧地利物理學家埃爾溫·薛丁格試圖證明量子力學在巨觀條件下的不完備性而提出的一個思想實驗。

1 薛丁格的貓 -簡介

薛丁格的貓是奧地利物理學家埃爾溫·薛丁格試圖證明量子力學在巨觀條件下的不完備性而提出的一個思想實驗。

2 薛丁格的貓 -實驗內容

實驗內容如下:

薛丁格的貓原子核-內部結構模型圖

把一隻貓放進一個封閉的盒子里,然後把這個盒子連接到一個包含一個放射性原子核和一個裝有有毒氣體的容器的實驗裝置。設想這個放射性原子核在一個小時內有50%的可能性發生衰變。如果發生衰變,它將會發射出一個粒子,而發射出的這個粒子將會觸發這個實驗裝置,打開裝有毒氣的容器,從而殺死這隻貓。根據量子力學,未進行觀察時,這個原子核處於已衰變和未衰變的疊加態,但是,如果在一個小時后把盒子打開,實驗者只能看到「衰變的原子核和死貓」或者「未衰變的原子核和活貓」兩種情況。

現在的問題是:這個系統從什麼時候開始不再處於兩種不同狀態的疊加態而成為其中的一種?在打開盒子觀察以前,這隻貓是死了還是活著抑或半死半活?這個實驗的原意是想說明,如果不能對波函數塌縮以及對這隻貓所處的狀態給出一個合理解釋的話,量子力學本身是不完備的。

3 薛丁格的貓 -實驗意義

這個思想實驗的意義是,將量子理論從微觀領域帶到了巨觀領域,而導出和一般常識相衝突的結果。根據哥本哈根學派的解釋,當觀察者未打開盒子之前,貓處於一種「又死又活」的狀態,該狀態可以用一個波函數來描述,而波函數可由薛丁格方程式解出。一旦觀察者打開盒子觀察,波函數會坍塌(Collapse),貓呈現在觀察者面前的只會是「生」或「死」的狀態之一。這導致了對世界客觀性和人意識的作用的討論。

根據多世界理論,當觀察者打開盒子的一刻,世界會分裂成多個世界,而觀察者只能進入眾多的世界其中的一個,而觀察結果就因此只有一個,貓是「生」或「死」。而在其他世界里貓的狀態會由薛丁格方程式決定。其生存的機率越大,貓倖存下來而處於其中的世界的數目就越多。

薛丁格可被視為一個佯謬,由「不確定」的衰變-檢測器-毒藥-貓的生死構成一條因果鏈,將量子的不確定與巨觀物質(貓的生死)的不確定性聯繫起來,而根據日常經驗,無論我們是否觀察,貓的狀態必為生或死中之一。

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