神奇的“量子永生”,得到的答案引起了科學家對宇宙本質的懷疑

薛定諤的貓”(英文名稱:Erwin Schr?dinger's Cat)是一個十分著名的思想實驗,相信大家都瞭解過這個實驗,但是肯定會對這個實驗感到費解,一個普通的貓,它的死活會對我們的生活產生什麼影響?今天我們就來探討一下,薛定諤的貓這個實驗背後的意義,以及哥本哈根詮釋和多世界詮釋

神奇的“量子永生”,得到的答案引起了科學家對宇宙本質的懷疑

我們來簡單地描述一下這個實驗的內容,首先“薛定諤的貓”是一個思想實驗,只停留在我們的腦海中,並沒有科學家真的拿貓咪做實驗,這個實驗並不困難,在一個密閉的容器中有一個貓咪,雖然密閉但是可以保證貓咪的呼吸,其次我們也不用擔心這個貓咪會餓死或者生病。

這個密閉的容器中,還有一個較小的容器,這個容器中裝滿了劇毒的“氰化物”,並且還有一些“”,如果這些鐳衰變,就會打破這個容器導致貓咪的死亡,如果這個鐳保持原狀,貓咪也可以安然無恙。而鐳的衰變是隨機的,可能在下一秒就進行衰變,也有可能永遠不會衰變,因此我們不開啟這個容器,就無法判斷這個貓咪的生與死。

神奇的“量子永生”,得到的答案引起了科學家對宇宙本質的懷疑

這個看似簡單甚至有些無厘頭的實驗,最巧妙的地方就是,用宏觀世界中的貓咪和毒藥去解釋微觀世界中的“量子疊加”現象,放射性的鐳元素處於“衰變”和“未衰變”的“疊加態”,那麼貓咪也會因為微觀世界中鐳元素的疊加態,陷入“生與死”的疊加態中。

其實在我們的大腦中,也存在一個“薛定諤的貓咪”,這個貓咪就是我們的意識,我們在對任何時間進行判斷時,其實就是在多個判斷之間徘徊選擇,最終選擇一個答案去執行,就像是薛定諤的貓雖然處於“生和死的疊加態”中,但是真正的答案只有一個。

神奇的“量子永生”,得到的答案引起了科學家對宇宙本質的懷疑

微觀世界中,量子的狀態可以存在兩種不同的疊加中,例如光子可以在“”和“粒子”之間轉換,甚至是兩種狀態同時存在,可是在宏觀世界中,這樣的事情是不存在的,可是一切又是由基本粒子組成的,而“波粒二象性”指出,這些粒子都具備同樣的興致,為什麼宏觀世界中無法出現這樣的現象呢?

其實科學家也對這個問題十分的費解,薛定諤之所以會提出這個實驗,就是在向世人揭示疊加態的不完善,薛定諤雖然是量子力學的推動者,但是他本人對量子力學仍然感到疑惑,不僅僅是薛定諤,愛因斯坦對量子力學的態度也十分的曖昧,這些科學家都認為,量子力學不夠“完善”,並不是說量子力學是錯誤的,只是我們對微觀世界的瞭解還不夠深入。

神奇的“量子永生”,得到的答案引起了科學家對宇宙本質的懷疑

那麼,科學家是如何解釋薛定諤的貓這個實驗的呢?目前有兩種主流的觀點,“哥本哈根詮釋”和“多世界詮釋”,這兩個理論都是對量子力學的詮釋。

哥本哈根詮釋:

哥本哈根詮釋,在量子力學裡,量子系統的量子態,可以用波函式來描述,這是量子力學的一個關鍵特色,波函式是個數學函式,專門用來計算粒子在某位置或處於某種運動狀態的機率,測量的動作造成了波函式坍縮,原本的量子態機率地坍縮成一個測量所允許的量子態。

神奇的“量子永生”,得到的答案引起了科學家對宇宙本質的懷疑

多世界詮釋:

多世界詮釋(英語:themany-worlds interpretation,縮寫作MWI)是量子力學詮釋的一種。它是一個假定存在無數個平行世界,並以此來解釋微觀世界各種現象的量子論詮釋,其優點是不必考慮波函式坍縮。

簡單來說,哥本哈根詮釋是利用“波函式”去描述量子態,但是波函式只是一種抽象概念,並不真實的存在於宇宙中,而多世界詮釋類似於我們熟悉的平行宇宙理論,這個理論不考慮波函式的變化,直接用無限的宇宙來解釋疊加態。

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如果用哥本哈根詮釋來解釋薛定諤的貓這個實驗,可以得到一個有趣的答案。實驗條件不變,我們可以得到下面這個波函式。

如果實驗人員打開了密閉的容器,就會導致波函式坍塌成為兩個波函式中“活貓”和“死貓”的其中一個,如果實驗人員開啟容器後,發現貓咪已經死去,我們可以理解為是實驗人員開啟容器的這個行為,導致了波函式的坍塌,換句話說,開啟容器的這個動作“害死”了貓咪

和哥本哈根詮釋不同,多世界詮釋可以根據薛定諤的貓延伸出另外一個實驗——量子自殺

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和薛定諤的貓條件相似,只不過把一個密閉的容器換成一個封閉的房間,在這個房間中有一位“實驗者”,這個實驗者死亡的機率也是百分之五十,同樣處於生和死的疊加態中,根據多世界詮釋,在這個實驗開始後,就會產生兩個完全相同的宇宙,唯一的差別就是,一個宇宙中這個實驗者死去了,另一個宇宙中這個實驗者並沒有死。

假設多世界詮釋是正確的,那麼在進行了多次這個實驗中,就會產生多個不同的宇宙,而在某個宇宙中,這個實驗人員永遠不會因為鐳的衰變死去,這個答案被稱為“量子永生”。如果多世界詮釋是正確的,那麼在無限的宇宙中,就會存在一個“永生”的你,可是人類真的可以永生嗎?

目前多世界詮釋存在很多矛盾,我們的宇宙真的是無限宇宙中的一個特定宇宙嗎?沒有人可以給出答案。

兩種不同的詮釋,代表了兩種完全不同的宇宙觀,你認為多世界詮釋和哥本哈根詮釋哪個正確?歡迎在下方留言!

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