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不确定性和薛定谔的猫

量子世界是原子和亚原子粒子的世界;经典世界是人与行星的世界。它们似乎是两个非常不一样的世界!

经典:

我们能够知道物体的位置和它移动的速度……

量子:

我们不能确切地知道物体的位置和它移动的速度,也许我们对两者均不知道——这就是海森堡的不确定性原理……

经典:

一个球从A到B的路径是确定的。如果有一堵有两个洞的墙横亘其间,那么这个球要么从这一个洞通过,要么从另一个洞通过……

我们知道球要去B点,而不是去其他地方……

轻微的干扰不会影响球的运动。

量子:

一个粒子从A到B的所有路径,包括通过不同孔洞的路径——这些路径加起来产生了一个从A出发的波函数……

粒子可以到达波函数可以到达的任何地方。只有当我们进行观察时,我们才能发现它在哪里……

观察彻底改变了波函数——例如,如果我们在C点观察粒子,则波函数会完全塌陷到C点(然后再次波动出来)。

盒子里的猫!

但是猫(经典!)是由原子(量子!)构成的。薛定谔想象这对猫意味着什么——可是不要对你的宠物猫这样做(薛定谔实际上也没有这样做)!他曾设想把一只猫关在一个完全不透光、隔音的盒子里,盒子里装着一些毒药、辐射探测器和少量放射性物质。当探测器发出哔哔声时(因为原子衰变时会产生辐射),毒素就会自动释放。在盒子里待了一会儿后,猫还活着吗?盒子里的原子(包括猫的原子)采取了所有可能的路径:某些原子会产生辐射并释放出毒物;而其他的则没有。只有当我们打开盒子进行观察时,才会发现猫是否还活着。在此之前,这只猫既不是绝对死去也不是绝对活着——在某种意义上来说,是二者的叠加!

沃纳·卡尔·海森堡(1901-1976)

沃纳·卡尔·海森堡,德国科学家,从事原子物理学研究。他在量子力学方面的研究中,提出了“不确定性原理”,即粒子的位置和动量不能同时确定。如果其中一种被精确地(或非常接近地)计算出来了,那么另一种相应地就不那么精确了。因此,研究统计概率比试图找出一般规律要好。

1944年,海森堡在第二次世界大战中的中立国瑞士发表了一次演讲。美国人派了一名持枪特工,并指示如果海森堡的演讲中提到德国已经或即将拥有原子弹,那就把他枪杀了。海森堡躲过一劫,因为德国离造出原子弹还很远。

1932年,海森堡被授予诺贝尔物理学奖。

埃尔温·薛定谔(1887-1961)

埃尔温·薛定谔,奥地利理论物理学家。他研究了量子力学,并得出了一个关于粒子有时表现为波的重要方程。薛定谔不支持希特勒和纳粹。他在战前逃离德国,在爱尔兰生活和教学,并最终成为了爱尔兰公民。

他最著名的是被称为“薛定谔的猫”的思想实验——科学家们至今仍在争论猫会发生什么情况!在他曾经在苏黎世居住过的房子的花园里,有一只与原物一样大小的猫——在某些灯光下它是直立的、“活着的”;而在另一些灯光下它是躺着的,显然是“死了”。薛定谔于1933年获得了诺贝尔物理学奖。 nLTen/llnwZxczaXzvC7TSld01qkqdBhysNJvPD0m5TzqLFifYf0UinnRBwZw8/f

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