文档介绍：薛定谔的猫 2 ?薛定谔是奥地利著名物理学家、量子力学的创始人之一,曾获 1933 年诺贝尔物理学奖。量子力学是描述原子、电子等微观粒子的理论,它所揭示的微观规律与日常生活中看到的宏观规律很不一样。处于所谓“叠加态”的微观粒子之状态是不确定的,例如:电子可以几乎同时位于几个不同的地点,直到被观察测量(观测)时,才在某处出现。这种事如果发生在宏观世界的日常生活中, 就好比:我在家中何处是不确定的,你看我一眼, 我就突然现身于某处——客厅、餐厅、厨房、书房或卧室都有可能,而在你看我之前,我像云雾般隐身在家中,穿墙透壁到处游荡。这种“魔术”别说常人认为荒谬,物理学家如薛定谔也想不通。 GETTING SRARTED ! ?于是薛定谔就在 1935 年编出了这个佯谬,以引起注意。薛定谔想要借此阐述的物理问题是:宏观世界是否也遵从适用于微观尺度的量子叠加原理。“薛定谔的猫”佯谬巧妙地把微观放射源和宏观的猫联系起来,旨在否定宏观世界存在量子叠加态。是薛定谔试图证明量子力学在宏观条件下的不完备性而提出的一个思想实验。 ASTONISHING RESULT ! ?把一只猫放进一个不透明的盒子里,然后把这个盒子连接到一个包含一个放射性原子核和一个装有有毒气体的容器的实验装置。设想这个放射性原子核在一个小时内有 50% 的可能性发生衰变。如果发生衰变,它将会发射出一个粒子,而发射出的这个粒子将会触发这个实验装置,打开装有毒气的容器,从而杀死这只猫。根据量子力学,未进行观察时,这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态,但是,如果在一个小时后把盒子打开, 实验者只能看到“衰变的原子核和死猫”或者“未衰变的原子核和活猫”两种情况。 HOW ? ?薛定谔描述了那个常被视为恶梦的猫实验:哥本哈根学派说,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。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,它才会随机地选择一种状态而出现。那么让我们把这个原子放在一个不透明的箱子中让它保持这种叠加状态。薛定谔想象了一种结构巧妙的精密装置,每当原子衰变而放出一个中子,它就激发一连串连锁反应,最终结果是打破箱子里的一个毒气瓶,而同时在箱子里的还有一只可怜的猫。事情很明显:如果原子衰变了,那么毒气瓶就被打破,猫就被毒死。要是原子没有衰变,那么猫就好好地活着。?这个理想实验的巧妙之处,在于通过“检测器- 原子-毒药瓶”这条因果链,似乎将铀原子的“衰变-未衰变叠加态”与猫的“死-活叠加态”联系在一起,使量子力学的微观不确定性变为宏观不确定性;微观的混沌变为宏观的荒谬——猫要么死了,要么活着,两者必居其一,不可能同时既死又活!难怪英国著名科学家霍金听到薛定谔猫佯谬时说: “我去拿枪来把猫打死! ” MEANINGS ?“薛定谔猫”是被作为质疑量子力学的极端例子提出来的,但围绕着它一系列量子力学基本问题的研究,其寓意是十分深刻的。一方面,薛定谔猫为我们提供了从量子力学过渡到经典力学的范例,使人们充分领略到退相干过程的基本物理含义,并寻求比量子力学更基本的底层理论;另一方面,由于人们能够在特殊的条件下,制备出各种各样薛定谔猫态,使得量子力学适用的领域, 从微观直接延伸到宏观,其进一步应用有可能发现新的、更宜于实际实现的量子信息载体