发信人: charmer@GZ()
整理人: k_xiaoyao(2001-02-19 15:48:51), 站内信件
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标 题: 【讨论整理】薛定谔的猫(一) 发信站: 网易虚拟社区 (Tue Sep 5 02:29:07 2000), 站内信件
讨论——薛定谔的猫(一)
薛定谔的猫是什么时候死的——反拍云胡
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一笑按:
了解一点量子力学的人都应该听说过“薛定谔的猫”,那么这只猫到底是“ 或死或活”,还是“亦死亦活”?目前物理学尚未有定论,尽管多数物理学家倾 向于这可怜的猫处于“亦死亦活”的量子叠加态中。
本版的诸位高手忽然开始讨论起这个更象哲学问题的物理学问题来,只见砖 头满天飞……
(收集这次讨论并不意味着讨论有结果,只是希望其他对此问题有兴趣的朋 友可以了解大家的看法。)
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【作者】eigolomoh (异调)
在反拍云胡兄以前,我必须对其他朋友声明,虽然我的量子力学和我的狭义 广义相对论一样,都是号称在大学里学过的,但是当初学的时候本不认真,老师 也因为是数学系的课,就教得马马虎虎,先天本来就不足;加上这么多时间没有 再看课本。所以我的量子力学,也就是看科普读物的水平,以及自己的理解,绝 对没有达到半瓶子醋,最多是一大滴,只不过因为放在冰箱里时日已久,冻成一 粒,晃起来也叮铛作响,发出较大噪音。我受彭罗斯《皇帝新脑》的影响很大, 但是我对测不准原理的理解,在此书中被认为“肯定是错的”:(我在下面讲的, 很可能是奇谈怪论。量子力学的标准解释,还是要以云胡兄说的为准。这个声明 对云胡兄无效。
首先,在关于“薛定谔的猫”上云胡兄对我的话可能有误解,尤其是在认为 我的“那句话也还是有经典的确定论的味道”方面。在云胡兄的旧帖里,对于单 个光子的波粒二象性的评论我完全没有意见,这也是我认为我并非经典的确定论 的原因。关键在于猫上。我和云胡兄的不同观点似乎在于,对猫这样出于经典水 平的情形下的物体,波函数是否在*我们*观测之前就坍缩了(当然我们假设猫是 没有意识的,虽然实际上我不这么认为,但这是个动物心理学的问题)。使我大 惑不解的是,既然云胡兄在回答多宇宙解释的那一帖里认为,同时也同意我上帖 所说,“波函数坍缩应该是客观的,不取决于意识的”,那么为什么同时要认为 ,在*我们*观测以前,那只猫“的确是处在奇怪的死活叠加之中”?问题好象牵 涉到什么叫作“观测”。
在我看来“波函数坍缩是客观的”应该指,在某一时刻(猫或死或活这一) 波函数或者坍缩了,或者还没坍缩,两者居其一且仅居其一,这一事实不取决于 有意识的观测者(尽管他还不知道这一事实)。下面的讨论都是基于这个基础。
考虑以下情况。假设在房间里有架照相机,会在光子发射几分钟以后,但在 我们观测的几分钟以前,对猫拍一张像片。那么,当我们打开房间观测以后,照 片上的情形应该和实际发生的相吻合:要么实际中的猫和照片上的猫都是活的, 要么都是死的。我的问题是,在我们没有观测以前,照片上是什么?照相机是没 有意识的,它的拍摄(但拍到的结果我们暂时看不到)算不算观测?
如果算(也就是它的拍摄引起了波函数坍缩),那么要注意这时候照相机和 整个房间是算作一个系统的,如果*我们*还没有对它进行观测,为什么这个系统 的波函数就坍缩了呢?为什么在没有照相机的时候,波函数就要等我们打开房门 的那一瞬间才坍缩呢(猫的眼睛会不会引起波函数坍缩?可怜的猫,在假设它没 有意识以后,我又要假设它没有眼睛鼻子或者任何感觉器官了,可是这样一只猫 有可能被毒死吗?事实上,它有可能被毒死这一事实决定了它对房间内个环境, 尤其是对那个不太友好的装置的状态会有所反应,而这是很重要的)?难道是因 为照相机上有记录当时信息并把它保留到我们观测时候的能力吗?如果假设照相 机上还有一个摧毁照片的装置,在拍摄后我们打开房门前,它会把照片摧毁到原 则上我们不可能辨认原先影像的程度,那么这样的拍摄会不会引起了波函数坍缩 ,并使猫的命运从此固定?如果答案是肯定的,那么这种观测和不放照相机时有 什么原则上的区别呢(整个系统没有泄露任何信息)?猫本身的生理反映难道起 不了自毁型照相机的作用,使得波函数坍缩?(我在下面会提到,对这个问题的 肯定回答,正是我的观点)我想不至于有人会认为,在照片被摧毁后,波函数发 觉它坍缩的罪证已经被销毁,又大模大样地恢复到原来没有坍缩时的情形。
如果照相机的拍摄不算观测,在没有打开房门前,连照片上的影象都应该处 在奇怪的死活叠加之中。那我就没别的办法了,只好请薛入瓮,把薛定谔和他的 猫都关在房里。为了体现薛道主义,给老薛发个防毒面具。那么当光子进入房间 的时候,波函数就立刻坍缩了,因为老薛盯着呢。按照上面讲的“波函数坍缩是 客观的”,对外面的人来说,此时波函数已经坍缩了,那只猫“或者是活的,或 者是死的,而不处在死活的奇怪的叠加之中”,只不过他不知道坍成什么样罢了 。于是在房里放个老薛和放个照相机是不同的,但原则上的唯一区别似乎就是: 薛定谔是有意识的(而且是个很了不起的意识),而照相机是没有意识的。我们 似乎又兜回到几乎主观的观点来了。这就是我为什么这么理所当然地写“也就是 说”的原因,以为云胡兄一定同意我的观点,没有想到一砖会从这个方向拍过来 。
由有意识的观测者观测才会引起波函数坍缩的观点使我很不舒服,这意味着 地球上还没有进化出有意识的生物以前,地球甚至整个太阳系都是处在量子态, 按薛定谔方程线性地演变,直到有一刻,地球上演化出有意识的生物,也许是人 类,于是波函数坍缩,世界变成我们看到的这样,“我们自身的存在把我们的过 去变戏法为存在”(《皇帝新脑》)。当然也许是遥远的外星有意识的生物对我 们的观测引起了我们这部分世界的波函数的坍缩,但这并不使我好受一点,而且 还要假定,这外星有意识的生物一直对我们这部分世界在进行观测,否则波函数 还是会弥散开去。
现在让我讲讲我对这件事的看法。上面我说过,对处在量子水平的系统,比 如单个光子的波函数的演化及坍缩的哥本哈根诠释我是基本同意的。所谓的量子 水平,不是指距离尺度极小,事实上光子双缝干涉实验的尺度已经是宏观的了; 所谓的量子水平是指系统所处的量子态中,不同的可能性之间能量差非常小,按 彭罗斯的观点,是单引力子水平。这里不管量子水平实际上应该是什么标准,象 猫这样的大的个体,显然不处在量子水平:死猫活猫的区别太大了。在系统不同 可能性间的区别被放大到超过量子水平的时候(我们可以说这个时候发生了一次 观测),系统的波函数就坍缩,这里面不需要任何意识参与。所以重新看看那个 光子被射入房间时的情况:当光子穿过偏振器还没有到达光电管的时候,包括光 子的整个系统处在光子会打在光电管上和不会打在光电管上的量子迭加态下,系 统按薛定谔方程演化,在这一步系统不满足经典的确定论;一旦光子到达目标( 打在光电管上或没有),量子态的两种不同可能性的区别被放大到经典水平,波 函数坍缩,接下来系统就按经典物理演化,该开动机关毒死猫的就开动机关毒死 猫,该什么事都不干就什么事都不干。我上面说到猫本身的生理反映能够代替照 相机,就是指猫的死亡和照相记录都足以把系统量子态不同可能性间的区别放大 到经典水平,当然事实上(我认为的事实)这个放大的过程在光子打在光电管上 时就已经完成了。
这个帖子是我在几个小时内写的,令我有点头昏眼花,关于奥卡姆剃刀原则 和可实证性原则的问题,容我以后答复。写帖过程中我还做了吃东西,喝可乐, 上厕所,看窗外小雨,做白日梦等事。因为这帖是反拍云胡兄的,所以我将文件 命名为fp.txt。在一次重新打开文件的时候,我愣了100毫秒,我不明白,为什么 我称自己的帖为“放屁”。
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脑勺圆,板砖方,
板砖拍在脑勺上。
脑勺不让板砖拍在脑勺上,
板砖偏要板砖拍在脑勺上。
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【作者】smokefire (烟火)
【 在 eigolomoh (异调) 的大作中提到: 】
: 在反拍云胡兄以前,我必须对其他朋友声明,虽然我的量子力学和我
: 的狭义广义相对论一样,都是号称在大学里学过的,但是当初学的时
: 候本不认真,老师也因为是数学系的课,就教得马马虎虎,先天本来
: 就不足;加上这么多时间没有再看课本。所以我的量子力学,也就是
: .......
我的天,这么多的假设,等我慢慢看完,复习一下第一推动再说。
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吾尝登帕米尔高原,天风浩然,梅花开矣,白云飞矣,金价涨矣,耗子眠矣,见 一少年,口衔雪茄,面有蚩尤氏?
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【作者】jeter (云胡不归)
一进版面,只觉呼吸一滞,乌压压的砖头离我脑勺只有0.01公值木嗬耄ㄆ婀 ?为什么不是面门?),但是在四分之一柱香之后,这堆砖头就被我整整齐齐地摞 成了房子……上面是我理想中的完美境界,然而事实是:这堆砖头整整齐齐地摞 成了房子,而我被埋在了地基底下……
现在我或许算得爬出来了,不过还是感觉头昏眼花呼吸不畅,经验告诉我, 和学数学的人辩论逻辑,一定没有好果子吃,更何况这两天本就不在状态,这么 做更无异于以卵击石,所以对于异调兄文中自“考虑以下情况。假设在房间里有 架照相机……”之后到“现在让我讲讲我对这件事的看法”之前的这四段,我决 定退避三舍,绝不在异调兄划好的地牢里戴着镣铐跳舞。而我的下手点,异调兄 自然知道要落在何处了。
首先我承认,关于“薛定谔的猫”上我对异调兄的话看来是有误解,不过这 个误解目前我认为产生的原因在于,异调兄谈它的时候,着眼是“意识”对于波 函数的作用,而且这只“猫”是一只真的猫,这一点我上回的确没领会到。我一 直认为,物理学家往往是些还原论者,喜欢把复杂的现实情况归结为简单的基本 规律,与此相应的,他们打起比喻来就正好相反,喜欢把简单的基本规律比喻到 复杂的现实。按我的理解,老薛的猫就是这样的一个比喻,这只猫就是代表一个 量子水平的客体,对它就是要用哥本哈根诠释,所以,其实那只猫也不算太可怜 ,因为它在*我们*(对这个“*我们*”我等下再说)对它进行观测时,其实除了 “遇害”,同样还有“复活”的可能,完全只是一个未被决定的量子系统而已。
: 关键在于猫上。我和云胡兄的不同观点似乎在于,对猫这样出于经典水平的
: 情形下的物体,波函数是否在*我们*观测之前就坍缩了
如果这只猫是代表一个宏观水平的系统,嗯,那么我认为就根本不该用波函 数来描述——如何?异调兄是否感觉一砖拍空?好,现在我们来谈“*我们*”的 问题,在我的一贯说法中,默认如同猫只是个量子系统一样,*我们*也只是个测 量仪器,即使叫测量者也不涉及主观意识。至于主观意识对波函数的影响,我宣 布:经过澄清,我和异调兄观点一致。否则不免要陷入上面异调兄的四重地牢了 ,虽然我先前玩起Dungeon Keeper特别来劲,不过那是在我的地牢里,如今我再 晕糊,也不会傻乎乎地跑进另一位Keeper的地牢干挨宰。
当然,真正的问题一点也没解决,就是异调兄所提:问题好象牵涉到什么叫 作“观测”。对此我这里不能多加胡云了,得回去恶补些量子科普读物再说。:)
——过了好一会,左冷禅才道:“众位英雄,请各抒高见。这六个疯子胡说 八道,大家不必理会,免得扫了清兴。”桃谷六仙六鼻齐吸,嗤嗤有声,说道: “放屁甚多,不算太臭。”
【 在 eigolomoh (异调) 的大作中提到: 】
: 在反拍云胡兄以前,我必须对其他朋友声明,虽然我的量子力学和我
: 的狭义广义相对论一样,都是号称在大学里学过的,但是当初学的时
: 候本不认真,老师也因为是数学系的课,就教得马马虎虎,先天本来
: 就不足;加上这么多时间没有再看课本。所以我的量子力学,也就是
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【作者】eigolomoh (异调)
这是怎么回事!这是怎么回事!我明明一板砖狠拍在云胡兄的脑勺上,他却 仍旧巍然屹立,在对那地方装模作样地进行一番抚弄以后,他居然宣称那个地方 不是他的脑勺%$#@!
不过我觉得云胡兄对“薛定谔的猫”的理解有误。就我所知(也就是说,从 《皇帝新脑》上看来的啦), 薛定谔当年提出这个问题,就是为了思考量子力学 应用于宏观系统时的困难,老薛认为他的猫是真猫。如果可能的话,云胡兄能否 找些薛定谔本人对此问题的评论(英文也行)?然后再互拍不迟。
——没有枪,没有炮,敌人给我们造。
【 在 jeter (云胡不归) 的大作中提到: 】
: 一进版面,只觉呼吸一滞,乌压压的砖头离我脑勺只有0.01公分的距离(奇怪
: 为什么不是面门?),但是在四分之一柱香之后,这堆砖头就被我整整齐齐地
: 摞成了房子……上面是我理想中的完美境界,然而事实是:这堆砖头整整齐齐
: 地摞成了房子,而我被埋在了地基底下……
: .......
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我们用铅笔在头皮上写下无数诗行
※ 修改:.eigolomoh 于 Aug 28 22:33:46 修改本文.[FROM: 213.11.117.254 ][m
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【作者】jeter (云胡不归)
我本来准备去恶补了有关东东再回来自己下台阶的嘛,异调兄偏把梯子抽空 ,那好吧~~~~
——次晨郭靖醒来,对榻上洪七公已不知去向,桌面上抹着三个油腻的大字 :“我去也”,也不知是用鸡腿还是猪蹄写的。
【 在 eigolomoh (异调) 的大作中提到: 】
: 这是怎么回事!这是怎么回事!我明明一板砖狠拍在云胡兄的脑勺上,
: 他却仍旧巍然屹立,在对那地方装模作样地进行一番抚弄以后,他居
: 然宣称那个地方不是他的脑勺%$#@!
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【作者】calume (还是没脾气)
可怜可怜,又是一个因为没看懂科普书而对科学产生误解的人.
首先要说的是,在物理学中,照相什么的和用眼镜看是一样的,都是观测.
其次,薛猫的问题本来就是人们硬要把宏观的概念加在微观上出的问题.需要 改变的是人们的观念,不是物理学.微观客体状态的不确定性就是说你不能对"单个 "客体下判断,你只能对许许多多同类的客体的"平均"行为下判断.
所以什么半死半活之类的本来就是故弄玄虚的废话.还要加上什么"看一眼就 改变了状态",更是无聊.
这话在量子力学里确实是对的,但不是用来解释这个问题的.
【 在 eigolomoh (异调) 的大作中提到: 】
: 在反拍云胡兄以前,我必须对其他朋友声明,虽然我的量子力学和我
: 的狭义广义相对论一样,都是号称在大学里学过的,但是当初学的时
: 候本不认真,老师也因为是数学系的课,就教得马马虎虎,先天本来
: 就不足;加上这么多时间没有再看课本。所以我的量子力学,也就是
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※ 修改:.calume 于 Aug 28 23:52:29 修改本文.[FROM: 202.110.179.126]
※ 来源:.月光软件站 http://www.moon-soft.com.[FROM: 202.110.179.126 ]
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【作者】eigolomoh (异调)
事情好象不是那么简单吧。照相机的比方是用来讲意识在观测中的作用的。 另外这句话我不明白:“硬要把宏观的概念加在微观上出的问题”,是哪个“宏 观的概念”?
本来最一开始讨论“多宇宙假设”和“哥本哈根诠释”时,我认为焦点就在 为什么“微观客体状态的不确定性”就是那样的。我的问题是“为什么波函数坍 缩了,是在哪个时刻坍缩的”,你的回答好象不对题。
【 在 calume (还是没脾气) 的大作中提到: 】
: 可怜可怜,又是一个因为没看懂科普书而对科学产生误解
: 的人.
: 首先要说的是,在物理学中,照相什么的和用眼镜看是一样的,
: 都是观测.
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我们用铅笔在头皮上写下无数诗行
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【作者】bsese (b77 行)
【 在 eigolomoh (异调) 的大作中提到: 】
: 我上帖所说,“波函数坍缩应该是客观的,不取决于意识的”,
: 那么为什么同时要认为,在*我们*观测以前,那只猫“的确是处
: 在奇怪的死活叠加之中”?问题好象牵涉到什么叫作“观测”。
我觉得异调兄上述的这段论述,点到了问题的关键点。
在这个问题上,是与爱因斯坦的“上帝不会是在掷骰子的!”的论点是一致 的。
因为,问题牵涉到什么叫作“观测”。
所以,我们描述的测不准原理,是有一个前提的,那就是“观测”手段是: 使用微观粒子对测试微观粒子的作用结果。
设想在氢原子的电子上住着数亿的超微观人,他们的科技很先进,用他们的 超微观望远镜(可观测超微光子,一种我们现在还不能观测的东东)把氢原子系 内作出了精细的观测,描出了各部分之间的精细图象。这相当于异调兄的照相机 。
而我们为了测这个电子的位置,用一个微观粒子一击,把这个电子世界中的 一切文明的记录都破坏了,当然测不准了。
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包学行( [email protected] )
※ 来源:.月光软件站 http://www.moon-soft.com.[FROM: 61.130.91.57]20 2.110.179.126][m
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【作者】shikaiyan (阿周)
【 在 bsese (b77 行) 的大作中提到: 】
: 【 在 eigolomoh (异调) 的大作中提到: 】
: : 我上帖所说,“波函数坍缩应该是客观的,不取决于意识的”,
: : 那么为什么同时要认为,在*我们*观测以前,那只猫“的确是处
: : 在奇怪的死活叠加之中”?问题好象牵涉到什么叫作“观测”。
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包兄说的好像太简单了吧?
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黑夜给了我黑色的眼睛,
我却用它寻找光明!
※ 来源:.月光软件站 http://www.moon-soft.com.[FROM: 61.130.198.120]
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【作者】jeter (云胡不归)
我有一个很坏的毛病:好买书而不读。这次为了老薛的猫,回去把压了四五 年箱底从没瞧过两眼的《皇帝新脑》翻出来,一时也不及仔细拜读,粗粗瞄了瞄 书中“薛定谔猫”和随后两节,我现在完全理解了异调兄当初为什么“也就是说 ”,做为换得这个熵减的代价,我对其中的量子测量及意识影响等问题完全晕糊 ,达到了相当高的无序程度。
我想我大概是一直误会了老薛抛出这个假想实验的意图,由《皇帝新脑》里 的讲述来看,老薛并不是在简单地打比喻说明量子水平的事情,而是谈量子系统 与宏观系统之间的鸿沟问题。对于这个问题,以我目前的状态还是闭嘴为妙。
现在我没条件检索文献,无法查得薛定谔1935年提出该假想实验的具体情况 ,只好在网上随便搜一下,以“Schrodinger's Cat”为关键字,用yahoo搜出了 3680个网页(当然有重复的),我是无能为力做甄别推荐了,托付异调兄从中找 些富有价值的资料出来吧。
——没有吃,没有穿,自有那敌人送上前。:)
【 在 eigolomoh (异调) 的大作中提到: 】
: 不过我觉得云胡兄对“薛定谔的猫”的理解有误。就我所知(也就是
: 说,从《皇帝新脑》上看来的啦),薛定谔当年提出这个问题,就是
: 为了思考量子力学应用于宏观系统时的困难,老薛认为他的猫是真猫。
: 如果可能的话,云胡兄能否找些薛定谔本人对此问题的评论(英文也
: 行)?然后再互拍不迟。
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※ 来源:.月光软件站 http://www.moon-soft.com.[FROM: 202.104.137.21]
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【作者】jeter (云胡不归)
这是误解。量子力学中的“测不准原理”,准确其实应该称为“不确定原理 ”(Uncertainty Principle),是由于在量子力学中共轭算符(如位置和动量是 一对共轭、时间和能量是一对共轭)具有不对易性,它们的不可能同时取得确定 值,以位置和动量为例,具有限制关系:
(Δx)(Δp) ≥ h/(4π),h为普朗克常数
但是,如果单只测量微观粒子的位置或动量,完全可以获得在实验水平下所 能达到的精确值,精确度的高低依赖于具体测量手段,而量子力学中不确定性是 不依赖于具体测量手段的一般关系。
【 在 bsese (b77 行) 的大作中提到: 】
: 所以,我们描述的测不准原理,是有一个前提的,那就是“观
: 测”手段是:使用微观粒子对测试微观粒子的作用结果。
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※ 来源:.月光软件站 http://www.moon-soft.com.[FROM: 202.104.137.21]
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【作者】bsese (b77 行)
【 在 jeter (云胡不归) 的大作中提到: 】
: 这是误解。量子力学中的“测不准原理”,准确其实应该称为“不
: 确定原理”(Uncertainty Principle),
物理概念的翻译不是仅用字面上翻译的,有的书中译成“测不准原理”,有 的书中译成“不确定原理”。但译成前者的比例较高。
: 是由于在量子力学中共轭算符(如位置和动量是一对共轭、时间和
: 能量是一对共轭)具有不对易性,它们的不可能同时取得确定值,
: 以位置和动量为例,具有限制关系
: (Δx)(Δp) ≥ h/(4π),h为普朗克常数
这是被测粒子的尺度精度要求内,对粒子位置或动量测量精度限制的一种理 论描述。
: 但是,如果单只测量微观粒子的位置或动量,完全可以获得在实验水
: 平下所能达到的精确值,精确度的高低依赖于具体测量手段,而量子
: 力学中不确定性是不依赖于具体测量手段的一般关系。
试问你能用现有的测试手段能测出电子的形状吗?连电子的形状都有不知道 ,如果谈得上有超超被测粒子的尺度的测量精度呢?
我也感到 calume (还是没脾气) 的论述很有道理。
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包学行( [email protected] )
※ 来源:.月光软件站 http://www.moon-soft.com.[FROM: 61.130.89.68]; 把九阴白骨爪学会再说 [m
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【作者】ksp (ksp)
支持“异调”兄的看法:量子测量是在从量子到经典放大时发生的,猫的生 死与量子测量毫无关系。而且猫是经典的猫,根本没有半死不活的猫
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※ 来源:.月光软件站 http://www.moon-soft.com.[FROM: 166.111.80.9]�[ m
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【作者】wasguru (以前是高手)
薛定谔的猫实际上是关于量子力学能否适用于宏观世界的问题。关于这个问 题本身,最新的实验结果给出了一个肯定的答案。今年7月6日的Nature上发表了 一篇题为《薛定谔的猫长胖了》的文章,介绍了Friedman等人的实验结果。在这 个实验中,他们观察到一个处于微波辐射下的超导环中的电流方向会发生转变。
我们知道,超导环中的电流可以永久地保持下去。电流可以有两种不同的方 向,顺时针方向和逆时针方向,它们就是两个状态,也就是薛定谔猫的生或死。 由于超导环中有数十亿中电子在做定向运动,所以它又是一个宏观系统。
如果量子力学在这个宏观系统中依然成立,电流的方向就不是确定的,而是 可能发生转变。更进一步,如果量子理论仍然适用,由于波函数的范围扩展,将 产生两个不同的叠加态(就是半死不活态),正如化学的成键理论那样,有一个 成键轨道和一个反键轨道,两者之间有一个2Δ的能级差别。如果能测量到这个能 级差的存在,也就证明了量子理论在这个宏观系统中的适用性。
多年来科学家们一直在设法测量这个能级差,但没有得有结论性的结果。直 到最近,Friedman等人才取得重大突破,终于发现了这个能级差的存在,并测得 其值为0.01毫电子伏特。
-- 心若行云流水,不滞于物
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