作为牛顿在剑桥卢卡逊教席的继承人、爱因斯坦之后的物理学界盟主,如果物理学上还有什么事件能够让斯蒂芬·霍金烦恼的话,那就是薛定谔的猫——“谁敢跟我提起薛定谔那只该死的猫,我就去拿枪!”大家在生活中一定或多或少听说过薛定谔的猫,但是这究竟是什么呢?今天,强哥就简单地讲一下这只科学史上著名的猫。
1强哥科普
首先,薛定谔是谁?
薛定谔并不姓薛,他也肯定不是中国人,Erwin Schrdinger,一听就知道是个德语名字嘛。这个奥地利维也纳的理论物理学家,用一个假设实验以及一只并不存在的猫,困扰了物理学界几十年。故事要从上个世纪20年代说起,那个时候物理学界有一个研究量子力学的很牛的帮派——哥本哈根学派,主要成员有波尔、海森堡、泡利等等(别问我等等是谁)。哥本哈根派说,没有测量之前,一个粒子的状态模糊不清,处于各种可能性的混合叠加。比如一个放射性原子,它何时衰变是完全概率性的。原子核的衰变是随机事件,(物理学家所能精确知道的只是半衰期——衰变一半所需要的时间。如果一种放射性元素的半衰期是一天,则过一天,该元素就少了一半,再过一天,就少了剩下的一半。但是,物理学家却无法知道,它在什么时候衰变,上午,还是下午。当然,物理学家知道它在上午或下午衰变的几率)。只要没有观察,它便处于衰变/不衰变的叠加状态中,只有确实地测量了,它才随机选择一种状态而出现。没有听懂对不对,不着急,哥本哈根学派的扛把子波尔说了,“要是一个人第一次听量子力学不感到迷惑,那他一定是没懂”。那反之,我们现在很迷惑,正说明我们懂了一点啊。那个时代的大众懂没懂我们不知道,但是薛定谔肯定是懂了。波尔曾经口干舌燥地跟老薛解释了一大通,老薛表示,哦。然后回去写了长长的论文,在论文里就提出了著名的猫实验——一只猫被封在一个密室里,密室里有食物有毒药。毒药瓶上有一个锤子,锤子由一个电子开关控制,电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变(有50%的几率),则放出α粒子,触动电子开关,锤子落下,砸碎毒药瓶,释放出里面的氰化物气体,猫必死无疑。我们正常人的思维一定觉得,猫只有两种状态,死或者活,但是根据哥本哈根学派的说法,在没有打开盖子观察之前,猫其实是处于一种叠加状态的。嗯,叠加状态……既死又不死吗?这和我们认知的现实世界明显是相违背的,所以,薛定谔用这个实验,证明了量子力学作为微观世界的原理,与我们所熟悉的宏观世界的矛盾。先是啪地一声打了哥本哈根学派的脸,又给后来无数的物理学家留下了这道难题。
2“薛定谔猫理论”还可以追女生?
大名鼎鼎的“薛定谔猫”可不是一个枯燥的纸上学说,自强不息的理科男们,早已用这条科学理论总结出了“薛定谔把妹法”。他们纷纷表示,相比之下偶像剧里没有科学依据的壁咚简直弱爆了好嘛。首先我们要说,其实追女孩子这件事上,“薛定谔猫”理论其实是适用的。在你没有和女生告白之前,其实你是出于一个叠加状态——女孩可能会喜欢你,也可能不喜欢你。你不告白,你就不知道啊。你的告白无外乎两种结果,每一种结果都伴随着另一种结果的坍塌。至于薛定谔把妹法,那听起来就相当的科学了。具体做法如下:“每天早上,你拿出一个硬币抛掷,让伟大的随机性来决定今天是否给妹子送早餐。这样,当妹子每天打开抽屉之前,都不知道是否有早餐,而早餐的有无乃是一个独立随机事件,完全无法推测。每天的早餐对于妹子都是一个未知的神秘存在,妹子将逐渐为这一神秘的现象所吸引,最终将不可避免地对送餐人产生极大的兴趣,你在她的心中蒙上了神秘的面纱。”对“薛定谔把妹法”的总结是:“这个谜一样的男子,这一刻薛定谔附体,带着量子论般深沉的哀愁,让她从此不能自拔。
3说了半天总有点实际的了
我们说过,薛定谔用一只猫就质疑了哥本哈根学派,那有人就想,说不定薛定谔猫这个实验,真的有法子解释呢。终于,有一个人提出了“多世界诠释”,他就是休·埃弗莱特。老埃说啦,你们怎么知道世界只有你在的这一个世界呢,说不定世界有很多呀,一个世界里猫是死的,一个世界里它是活的。当你打开箱子,其实就是选择了打开一个世界。老埃同志可能也没想到,他这个推论,会成为后世无数穿越小说的理论奠基石。如果有很多平行的世界,那么你在这个世界里的21世纪上班工作,而另一个宇宙里,秦始皇可能还在征战六国统一天下,另一个宇宙里,杨玉环大概正在马嵬凄凄惨惨要上吊。听起来是不是觉得穿越大业万事俱备,就差一道光让自己从天而降了!不管怎样,老埃这么一说,大家就很兴奋了,于是惊悚电影Coherence(《彗星来的那一夜》)就说,“哦呦,那我们也搞几个平行世界”。想一想,如果许多时空平行存在着,有一天忽然出现了交叉。你打开门,看见你自己正在屋里,再打开门,又是另一个自己,我就问你惊不惊悚!而李连杰主演的《宇宙通缉令》也同样玩了一把平行世界梗,作为一个特工,有什么任务比自己杀死另一个时空的自己更具有挑战性的?
4那些年,科学家和他们的“宠物”们
说了这么多,其实薛定谔的猫并不存在,作为一个虚构的动物,它却在科学史上占有举足轻重的位置。嗯,这个位置,大概就和巴甫洛夫的狗:斯金纳的小白鼠:摩尔根的果蝇一样吧。
强哥今天的科普就到这里啦,如果你想尝试一种科学的追女生方法,如果你仍然怀揣着要和霍金深入探讨这个物理难题的热情,年轻人,强哥为你加油。
什么,没弄清楚再讲一遍?预告:强哥影院本周放映:《彗星来的那一夜》,没错就是你们一直想看说了很久的那部电影。
让科学流行起来,强哥来贡献更多精彩~
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