薛定谔的猫是量子科学的悖论(为什么可以解释)

前面我给大家花2期讲解过“薛定谔的猫”这个思想实验,其中详细谈了两个核心:1、微观世界的随机和宏观世界的随机完全不一样。2、观察会使得微观世界的“叠加态”变回“本征态”。如果不懂这个思想实验和叠加态的朋友,可以先去看看前面的相关文章。

薛定谔的猫是量子科学的悖论(为什么可以解释)(1)

为了照顾没看文章朋友,我再讲解下这个思想实验:其实就是把一只猫放进箱子,箱子里有镭、计数器、锤子和毒瓶,当镭衰变就会激发计数器,让锤子敲碎毒瓶从而让猫死,如果没衰变猫就不死。本来这是一个很简单的实验,但是关键在于镭衰变是一个真正意义上的“随机”事件。

怎么去理解啥叫“真正意义上的随机”?其实前面的文章我详细讲解了,就是真正的随机在于不可预测,宏观世界的随机其实是可预测的,比如你扔一个硬币,当你扔的一刻其实就已经决定了硬币到底是正面还是反面,只要我掌握了你扔硬币的初速度、硬币的质量、扔硬币的角度、空气阻力、风速、地面的弹性系数等等初始信息,我甚至能计算出来硬币落地到底是正面还是反面,所以具有可预测性。

薛定谔的猫是量子科学的悖论(为什么可以解释)(2)

但是微观世界镭是否衰变是不具有可预测性的,姑且不说你压根就无法获取完整的初始信息,因为根据“不确定性”原理,你无法同时精确微观粒子的位置和速度,就算你能真正掌握初始信息,你也无法预测一个微观粒子将来一定会如何,你只能给出微观粒子将来处于某种状态的概率是多少。

薛定谔的猫是量子科学的悖论(为什么可以解释)(3)

所以微观世界才具有真正意义上的随机性,由这个随机性就带来了“叠加态”,微观粒子时刻处于多个个状态的叠加态就比较好理解了。但是叠加态到底是啥造成,却成为了悬念。诚如我上一期内容所说,叠加态其实可以用“多重宇宙论”来解释。

为什么多重宇宙可以解释它呢?其实“薛定谔的猫”最主要的核心在于:微观世界的随机性是真随机,微观世界的叠加态是真实存在的。千万不要把微观粒子可以“同时处于多个位置”的这种能力理解成为,由于微观粒子运动太快导致看起来像在多个位置。看起来像多个位置和真实处于多个位置,这是认知上质的差别。

薛定谔的猫是量子科学的悖论(为什么可以解释)(4)

当你了解了这种叠加性是真实存在,并非我们人类的错觉,那么我们就要谈“薛定谔的猫”第二个核心,就是“观察对微观世界的影响”。诚如前面几期文章所讲,观察会让微观粒子从“叠加态”变回“本征态”(所谓本征态就是指类似宏观物体一样具有一个固定位置的状态)。所以当你去“观察”一下这只猫,开箱的一瞬间猫从原来的生死叠加态变回本征态,要么生要么死。而且更重要的是你要认识的,正式你开箱的这个动作导致猫变回本征态的,也就是说如果开箱发现猫死了,杀死猫的凶手就是你,是你开箱的动作导致猫死的。如果你开箱发现猫活着,拯救猫的也是你,是你开箱的动作拯救猫的。

说到这里我还是没有谈到多重宇宙和薛定谔的猫有啥关系,不知道大家想过没有,为啥我们的观察会导致猫变回本征态?换一种问法,为啥我们对微观世界的“观察”会改变被观察物体的属性?多重宇宙论这时就派上用场了。

薛定谔的猫是量子科学的悖论(为什么可以解释)(5)

假设我们的宇宙本身就有多个,我们生活的每时每刻都在分裂出新的宇宙,比如我们一出生会经历很多事情,没一个环节都会诞生一个新的宇宙,里面的你会经历不一样的人生,而这个新的人生也会不断分裂出新宇宙,所以说宇宙有无数个。

有了这个理论基础我们再谈薛定谔的猫,当你开箱的一瞬间,其实你只是选择了一个自己宇宙往哪个方向演化的方向,假设你开箱发现猫死了,其实此时你的宇宙分裂出来了两个,一个宇宙是猫死了,也就是你最终选择的宇宙,另一个宇宙猫还活着,也就是未被你选择的宇宙。所以有了多重宇宙论,猫的叠加态就不需要变回本征态了,因为猫在你开箱前所处的“生死叠加态”可以等效理解为,你开箱前猫处于两个宇宙的重叠处,其中一个宇宙的猫已经死了,另一个宇宙的猫还活着。

薛定谔的猫是量子科学的悖论(为什么可以解释)(6)

放到微观世界我们也就可以这样理解微观粒子的叠加态,其实微观粒子并不具有真正的叠加态,因为微观粒子在你观察之前其实一直处于多个平行宇宙的重叠处,每个宇宙微观粒子的位置都不一样,但是把所有宇宙中微观粒子的位置进行“叠加”你就会发现这个微观粒子:可以同时处于多个位置了,也就是微观粒子处于“叠加态”了。当我们去观察一下微观粒子,其实我们并没有将微观粒子带回“本征态”,我们所做的仅仅是从众多宇宙中选择了其中一个普通宇宙继续演化而已。

薛定谔的猫是量子科学的悖论(为什么可以解释)(7)

下面我对本文再次做一个总结,最开始我说微观粒子其实具有叠加态,然后提出一个误区:千万别认为微观粒子的叠加态是由于微观粒子速度太快,导致看起来像叠加态,而要内心真心认为微观粒子本身就可以同时处于多个位置,然后我再用多重宇宙论解释了为啥微观粒子可以同时处于多个位置,因为宇宙有多个,每个宇宙里面的微观粒子都有不同的位置,多重宇宙进行叠加就导致了微观粒子处于“叠加态”,其实微观粒子每一个时刻都处于一个固定的位置,并非真正具有叠加态,只是宇宙有多个,微观粒子有多个而已。

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