薛定諤的貓：量子力學著名“代言人”，與平行宇宙有什麼關係？

科學史上有一隻神奇的貓 從1935年起 就在科學界橫行了幾十年 還被譽爲科學史上的第一隻神獸 你猜到我們接下來要聊的話題嗎? 沒錯 就是薛定諤的貓 這是物理學界的一個著名思想試驗 在解釋這個試驗前 我們先來說說 這個試驗是怎麼提出來的 在量子力學中 有很多與我們的常識相違背的結論 很多科學家對此產生懷疑 甚至有人認爲 量子力學就是一個不完備的理論 其中就有愛因斯坦 薛定諤等一衆大咖 愛因斯坦甚至說過 上帝不會治色子 而薛定諤認爲 宏觀世界中有很多事實 是量子力學解釋不了的 於是他就提出了薛定諤的貓 這個試驗是這樣的 將一隻貓 放進一個封閉不透明的箱子中 再放上一個衰變率爲50%的放射性原子 一個粒子探測器 一瓶毒藥 一把錘子 如果放射性原子發生衰變 粒子探測器就會探測到 然後再發送信號 讓錘子打碎毒藥 這樣貓就必死無疑 但如果放射性原子不發生衰變 貓就會活着 也就是說 貓是死是活 取決於這顆原子是否發生衰變 按經典物理學來說 結果只有兩個 貓活着和貓死了 而人們也只有打開了這個盒子 才能知道真相 在量子的世界裏 當盒子是關閉着的話 整個系統是處於一種不確定的波態 也就是說 如果盒子不被打開 我們永遠不知道貓是死是活 換一種說法就是 盒子裏是一隻既活又死的貓 它的狀態存在不確定的疊加態 只有打開盒子後 外部觀測者進行觀測時 物質以粒子形式表現後 才能確定 這聽上去是不是有點矛盾 一隻貓怎麼可能既是死的也是活的 這就涉及到量子力學的知識 疊加態 物理學家曾做過一個 名爲雙縫干涉的物理實驗 簡單來說 就是將一個電子 向兩個狹小的縫隙發射 結果這個電子在通過兩個縫隙後 產生干涉的圖案 這意味着電子具有波動性 處於波動態的電子沒有固定的位置 所以電子在通過雙縫後 自己干涉了自己 然後產生了干涉圖案 但是當物理學家 利用特殊儀器進行觀察的時候 由於觀察需要藉助光 那麼在進行觀察時 就會有光子與電子相撞 電子就有了確定的位置 變成了粒子態 以直線運動的通過了兩條縫隙 那麼究竟是什麼因素 使沒有固定位置的波態電子 變成了有固定位置的粒子態電子呢 答案就是觀測 微觀粒子在沒有被觀測之前 它沒有確定的狀態 從理論上來說 它擁有無數種可能性 它可能處於任何一種狀態 處於任何一個位置 或者說它的存在沒有任何現實意義 這就是疊加態 而只有當微觀粒子被人觀測後 微觀粒子的多種狀態纔會消失 它的疊加態會立即崩塌 變成可以確定位置的本徵態 所以在量子力學有這樣一句話 只有被觀測過的物理量 才具有現實意義 這就好比說 如果我們不抬頭看月亮 那麼月亮就可能處於任何一個位置 或者說沒有被觀測的月亮根本不存在 我們之所以難以理解 是因爲我們身處的宏觀世界不是疊加態 而是處於本徵態 薛定諤的貓是一個思想實驗 也是一種用想象力進行的實驗 在現實中是無法做到的 大家不要想着試一試 而薛定諤提出這個實驗 原本也不是爲了證明什麼 但有意思的是 薛定諤的貓這個實驗 將微觀和宏觀聯繫到了一起 把量子行爲拓展到了宏觀世界 要知道 我們一直說 客觀規律是不以人的意志爲轉移的 貓要是既死又活 那就違背了宏觀世界的邏輯思維了 薛定諤就是想通過這個實驗 說明量子力學 只是某個更深刻物理原理的側面而已 對於薛定諤的這隻貓 到底是生還是死 科學家開始使出渾身解數 提出五花八門的解釋 其中 最著名的就是平行宇宙學說 科學家紐埃夫雷特是這樣解釋 他認爲 在進行薛定諤的貓的實驗時 箱子裏就有兩個世界 一個世界裏的盒子中是死貓 另一個世界的盒子中是活貓 在我們沒打盒子前 這兩個世界是糾纏在一起的 只有我們進行觀測時 這兩個世界就會發生分離 之後 各自變成一個新的世界 而且 彼此還毫無影響 如果我們打開盒子 看到薛定諤的貓活得好好的 那麼另一個平行宇宙中 我們正圍在盒子旁邊 談論貓爲什麼死掉了 難道科學的盡頭真的是玄學 科學家們不太敢相信這個理論了 因爲相信了 可能我們都需要重新構建一個世界觀 除了薛定諤的貓 物理學還有三大神獸 分別是 芝諾的龜 拉普拉斯獸 麥克斯尾妖 感興趣 而且又想體驗一下 燒腦是什麼感覺的朋友 可以去了解一下 這裏是宇宙天文館 我們下期再見