薛定谔的猫

  • 2017-07-27
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我:跟你讲个很牛逼的物理实验。

女友:好啊。


1

我:假设有一个箱子,里面有一只猫,还有一瓶毒气,毒气有50%的概率会释放,那么这只猫是死还是活呢?

女友:笨啊,我听一听里边有没有猫叫声就知道了。

我:……


2

我:这是一个实验哈,假设有一个箱子,里面有一只猫,还有一瓶毒气,毒气有50%的概率会释放,不能听声音,那你觉得这只猫是死还是活呢?

女友:我打开看一下就知道了。

我:如果死了的话呢?

女友:那就死了呗,不关我事。

我:那为什么你不打开箱子什么事都不发生,你一打开这猫就死了?

女友:这不是你做实验,叫我打开嘛。

我:……


3

我:假设有一个箱子,里面有一只猫,还有一瓶毒气,毒气有50%的概率会释放,不能听声音你怎么才能知道这只猫是死还是活呢?

女友:要看一下。

我:看之前他是死的还是活的?

女友:有可能是死的,也有可能是活的。

我:看之后呢?

女友:要么是死的,要么是活的。

我:那可不可以这么说:这只猫在你打开看之前,同时处于又死又活,既是死的,又是活的的叠加状态?

女友:不对,打开之前它可能是死的,也可能是活的,打开之后就知道它是死是活了,物理学家干嘛做这么无聊的实验呀,这不是常识嘛。

我:….


我想了想好像哪里不对,于是再重新来。

4

我:假设有一个箱子,里面有一只猫,还有一瓶毒气,毒气有50%的概率会释放,不能听声音也不能打开看,那你觉得这只猫是死还是活呢?

女友:有可能是死的,也有可能是活的。

我:那它到底是活的还是死的?

女友:你叫人打开看下就知道了。

我:这里没有别人了。

女友:反正我不看。

我:我放个箱子你面前,我不信你不看。

女友:我就不看。

我:如果有人看了呢?

女友:那就知道这猫的死活了。

我:那是不是说,这人把这猫给看死了?

女友:不对,他打开箱子之前这猫可能就已经死了!

我:他不打开就不知道猫的死活,一打开就看到猫死了,这不就叫好奇心害死猫吗?

女友:不对…这叫碰瓷!谁看就被讹上了。

我:…..


我想我哪里肯定错了,原本是个非常有意思的实验,但被我一讲,连自己都怀疑了。

我想了想,这个实验有个前提假设——50%概率释放毒气。这50%是怎么产生的呢?

来看看实验的原本描述:

把一只猫放进一个封闭的盒子里, 这个封闭的盒子内放置一个放射性原子、盖革计数器和毒气释放装置. 假定这个放射性原子在一小时内有50%的可能性发生衰变, 衰变时发射出一个粒子, 这个粒子将会被盖革计数器探测到, 进而触发毒气装置释放毒气, 将猫杀死. 那么, 一小时之后, 这只猫是死是活呢?

这里原本说的不是放一个放射性原子,而是放入放射性物质,这个放射性物质至少有一个原子衰变的概率为50%,它没有任何原子衰变的概率也同样为50%;当然,这是一个设想。

50%是理想当中的概率,代表着这是一起随机事件。物理的事件有发生时、发生后之分,而理想中的随机概率事件,却不仅把事件分成发生前后两个状态,还有一个正在发生的,结果还未出来的混沌不确定的状态….

如果真存在这一起随机事件,那么猫在箱子里就有可能处于这样一个完全混沌的状态。也就是所说的这只猫又死又活的,半死不活的。

但是问题来了——现实生活中,随机事件真的存在吗

我们所学的概率,是数理上的逻辑,现实中有什么事件是由概率决定的?

如果说掷硬币,人工地抛硬币可能会人为地影响它出现正反的概率,那就用极致的精密的器械来抛,抛N次,它能有50%的概率为正面,50%的概率为反面。

但学过概率论都知道,每次抛出硬币,它都是一个独立事件,它出现正反的结果并不与之前抛的n次有任何关系。既然没关系,谈何概率?

如果你投掷一枚硬币的话,它出现正反的结果并不是概率决定的,它只决定于你投出的那一瞬间的各种环境参数。你的掷出力度、掷出角度、硬币旋转的线速度,空气阻力,硬币旋转产生的空气动力,甚至是硬币表面的分子分部、地球的地转偏向力,任何细微的数据全部集中在一起,经过庞大的计算的话,那么在硬币投掷出去的瞬间,得到的结果其实早已注定。

再说彩票,彩票的抽奖看似随机。实际上,抽奖机运行时,机器转动时间、机器内壁大小形状、当前各个球的位置就决定了抽奖的结果。

人类眼中的随机,更多是观察力的限制,实则并没有随机。

难怪爱因斯坦说:“上帝不掷骰子”。然而,这句话引起了了一个世纪的争论。

那概率在现实世界就真不存在吗?现实世界有没有真正的随机事件?

宏观的物理世界你可以说它是确定的,用各种宿命决定论即可解释。但在微观的粒子世界,却匪夷所思:随机、测不准、不确定性….

近代的物理学家们早就给出了说法:

原子的运动是随机的。

在微观的世界,任何粒子,小到一定程度,就会展现出与经典力学不一样的性质。

回想“双缝干涉实验”,实验结果出现四条明暗相间的亮条,高中物理将实验结果解释为:光子即是粒子,又是波。

粒子是实体,波却是无形的,怎一个同时存在?

对于量子的表述,无论是“测不准”,还是“不确定”,或者“波粒二象性”,韩锋博士觉得这样的描述并为说清量子的本性,他认为用非定域性四个字才能描述清楚量子关联性存在的本质。

这就有点烧脑了,微观粒子所处的状态并非绝对的,它并不存在空间的特定位置,它在整个空间中与各个点相关联,是一种整体的存在。

话题像是说远了,聊得是话题很轻松的猫,但这里其实讨论的是世界的本质,物理学家们对量子力学的长达一个世纪的研究,最终还是达成了一个共识:承认了世界的本质是非定域的、不确定的

那么,问一个深刻的问题:世界的本质既然是不确定的,但为什么我们所处的世界,一切看起来确实确定的?

因为——我们所处的世界被观察了

而这个观察者,是我们自己,是宇宙,是万事万物….

观察导致了我们所处的宏观世界的坍缩,成为了一个确定态…


回到猫的实验:

既然微观的粒子运动是不确定的,也就验证了随机的存在。在猫的实验里,50%的概率被释放就成为了可能。

于是这只猫所处的同时死的,也同时是活的,成为了可能。

实验的描述就是一个从微观的实际运动触发到宏观世界的过程。

原子处于是否衰变的叠加态——>烧瓶处于是否打破的叠加态——>猫处于是否杀死的叠加态。

放射性的元素的半衰性具有不可预测性,在箱子封闭的状态下,粒子的状态处于衰变与未衰变的概率云….

在你打开箱子之前,这粒原子处在衰变与不衰变的叠加状态,于是这只猫也处在了既是死的,又是活的叠加状态。


那为什么人们眼中的猫要么是死的,要么是活的呢?

因为你对这个状态进行了观察,瞬间打破了它原有的叠加态,也就是导致了这个叠加态的坍缩。

那么还是那个问题,为什么你的观察,直接导致了猫的死活?

猫所处的箱子世界是一个独立隔绝的系统,而你所处的世界是一个被观察,已经坍缩的系统,你的系统是个确定的系统,而猫所处的系统是不确定的系统,两个系统发生关联,于是猫从所处的混沌状态之中,迅速坍缩到你眼中的确定形象….

其实这也可以用热力学来解释,孤立的系统之间发生了信息交流,必然导致了了能量的耗散。这个能量耗散的过程就是从不确定到确定的过程。


于是又有人问了。那我不打开箱子,发个录像机进去,等一个小时后在看录像行不行?

其实也是一样的道理,只是多了一层传导链条。

原子最初处于是否衰变的叠加态——>于是烧瓶处于是否打破的叠加态——>于是猫处于是否杀死的叠加态——>于是的录像也处在是否录到了猫被杀死的叠加态。

你一观察,这个系统就被你打破了。

但这猫在你眼里死了,你便无法看到它活着的另一种可能。

量子物理太奇妙,这个世界也太奇妙。

世界本身就是一团概率云,可我们只能身处在概率坍缩的世界,不可能看到没有发生的其他可能。


我们人本身是确定的,却接受不了不确定的世界。

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