自旋多重度是什么是什么意思?

薛定谔的猫是什么意思?(薛定谔的猫是什么意思?)

猫在日常生活中很常见,比如宠物猫、丁丁猫、加菲猫等。,甚至还有2000元的星巴克抓猫杯。然而,我们今天要讲的这只猫,在科学界影响很大,却是一只不真实的“猫”——薛定谔的猫。

对于大多数人来说,量子力学没什么可说的,但这只猫却与深奥的量子力学联系在一起。为什么一只猫可以如此轻描淡写地展示如此深奥的理论?

其实薛定谔指的是欧文·薛定谔(),奥地利物理学家,发展了分子生物学,对量子理论做出了巨大贡献,是量子力学的创始人之一。

在物理学上,他的薛定谔方程贯穿了量子力学的整个历程,并于1933年被授予诺贝尔物理学奖。不过他最著名的还是“薛定谔的猫”,被广泛用于直观描述宏观尺度和微观尺度的量子叠加原理。

其实这正是薛定谔提出来反对哥本哈根学派关于波函数的观点。一开始,以玻尔为首的哥本哈根学派提出了观测对微观粒子的影响。

比如点友友资源网著名的双缝实验,在测量之前电子的自旋是不确定的,就是测量导致了电子的态矢坍缩,同时产生了电子另一个方向的自旋。

简单来说,哥本哈根学派的观点是,任何系统都没有确定性,没有确定的状态,其行为只能用概率来度量,而度量行为会影响系统,使概率变成1。这种情况被他们称为波函数坍缩。

这个观点也是我们现在大部分物理教材中的观点。在我们观察到某个东西之前,它处于每一个可能的叠加态,我们观察到的是波函数坍缩,概率变成1。

然而,这种波函数坍缩的解释是薛定谔和爱因斯坦无法接受的。他们认为哥本哈根学派违反了狭义相对论。他们认为在电子的双缝实验中,电子在产生的那一刻就已经有了确定的自旋方向,但是量子力学无法表达出来,也就是量子力学不完整。

于是薛定谔和玻尔进行了激烈的争论,并在1935年提出了“薛定谔的猫”的思想实验来反对哥本哈根学派的观点。

这是薛定谔提出的一个思想实验。指的是把猫养在一个密闭的容器里,里面有少量的镭和氰化物,镭可能会也可能不会衰变。这两个事件的概率是相等的。

如果镭衰变,会触发机制打碎装有氰化物的瓶子,猫就会死;如果镭不衰变,那么猫就能活。

如果把猫作为量子力学的研究对象,它在封闭容器中的状态可以用波函数来描述,也就是说,直到容器被打开之前,猫的状态是未知的,所以这只猫被认为处于一种同时活着和死去的量子叠加态。

观察者打开盒子的那一刻,猫被迫选择一种状态,要么活着,要么死了,也就是猫的生死由你的观察决定。此外,如果你打开容器,猫死了,那么你的观察杀死了猫!

要看镭是否衰变,因为我们不确定镭是否衰变,所以镭也是衰变和不衰变的叠加状态。

答案肯定是未知的,因为衰变的概率取决于量子的随机性。

根据量子力学的理论,放射性镭处于衰变和不衰变两种状态,所以在打开容器之前,这只猫应该处于死或活的叠加状态。也可以认为这只猫处于典型的量子纠缠态,这种叠加态直到打开容器的那一刻才能消失,才能确定这只猫是死是活。

优优资源网的死猫和活猫,就是所谓的“薛定谔的猫”,是薛定谔试图从宏观方面到微观方面解释的一个假设实验。自然无法实际进行,更不用说实验验证了。

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接上篇说到,贝尔提出的贝尔不等式,恰恰证明了爱因斯坦提出的“EPR悖论”不成立,作为爱因斯坦理论的拥护者,可真是猪一样的队友!


那么贝尔不等式到底是什么意思呢?贝尔不等式不成立又说明了什么呢?

贝尔不等式在宏观世界中,是成立的,所以数学推导的过程就不多说了。在量子世界里,贝尔不等式不成立,说明不存在关于局域隐变量的物理理论可以复制量子力学的每一个预测(即贝尔定理)。

从提出到现在经过数次验证,都是不成立的,最近的一次是在2016年11月30日,全球性的大贝尔实验,中国当时也随机选了不少普通人民,当年的幸运儿能看到我的文章吗?哈哈。

好啦现在回来看贝尔不等式


P代表概率,Pxz表示:第一个粒子在x方向上自旋向上,第二个粒子在z方向上自旋向上。同理表示Pzy、Pxy。


可能看起来有点抽象,下面是宏观的比喻。


假设正方形的面积为1,不管怎么算,贝尔不等式都是成立的。取个极限,假如100人中,都只有穿红衣服的女生大人,那概率就等于1。

回到量子世界来,按照这个不等式,当我们改变粒子自旋方向,随着改变的角度夹角的变化,粒子上下成对出现的概率也会相应的变化。按照爱因斯坦EPR悖论,粒子出现概率的变化是线性的。但这么多次实验下来,粒子的变化却是呈现波函数的形式,并不是线性的。



一对处于纠缠态的量子,即使我们将它们分开数万光年的距离,我们一旦测量的其中一个粒子的自旋方向,就可以确定另一个粒子一定是相反方向。即使是同时进行测量,其中一个也可以很快的改变其结果。

这是否说明,纠缠态的量子之间存在超光速通讯?通过这种超光速通讯,是不是可以实现改变第二天的彩票结果的梦想?

亦或是,也许量子世界目前的定义只是人类的谬论,或许这些基本微粒并不是三维的?Who Knows?

关注我,了解更多量子世界的谜团~下期预告:比薛定谔的猫更诡异的猫——量子柴郡猫

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