最后更新: 2025-11-11 16:21 查看: 46 次纠错评论(0) 课件开VIP

薛定谔猫态

12.3 ＂薛定谔猫态＂在哪里？
＂薛定谔猫＂是薛定谔于1935年提出的有关猫的生和死叠加态的著名思想实验，试图将微观领域量子行为与宏观世界的事实相联系．

1．薛定谔猫的思想实验
在一个封闭箱子里，有一只活猫、放射性物质及一毒药瓶，瓶子开关用一个放射性原子控制．

当原子核处于激发态 $|\uparrow\rangle$ 时，毒药瓶未被打开，猫必然是活的；当原子核有一定概率跃迁至基态 $|\downarrow\rangle$ 时，将发射 $\gamma$ 光子，从而开启毒药瓶，毒药释放，必将猫毒死．这就相当于本章 12.1 节中的式（12．2）：由两个电子组成的纠缠态，当发现一个电子朝上，叠加态瞬间坍缩，另一个电子必然朝下；反之亦然．于是，薛定谔用如下波函数描述此种纠缠态：

$$
|\psi\rangle=a|\uparrow\rangle \mid \text { 活猫 }\rangle+b|\downarrow\rangle \mid \text { 死猫 }\rangle, \quad|a|^2+|b|^2=1
$$

式（12．15）即所谓的薛定谔猫态，它是＂猫＂与＂核态矢＂的纠缠态．按照量子态的统计诠释，$|a|^2$ 代表原子核处于激发态而猫是活着的概率；$|b|^2$ 代表原子处于基态而猫是死的概率．
根据量子理论原理：当猫被关在箱子里的时候，人们并不知道它是活着还是死了，因为此时它处于＂活和死的叠加态＂，即式（12．15）．显然，这种＂亦死亦活＂的叠加态与宏观事实相违背！

根据量子理论：如果没有揭开箱盖观察，我们无法知道猫是死是活，它将处于半死不活的叠加态！不过，一旦打开箱盖观察后，叠加态立即坍缩成为粒子的本征态，猫的状态也随之确定，即死猫或活猫，必为其中之一。

上述实验使得微观不确定原理演变成了宏观不确定原理。然而，在宏观世界，自然实在和演化规律是客观的，不以人的意志为转移，也不以是否被观测为转移，猫既活又死违背了宏观世界的自然逻辑思维！

迄今为止，对上述问题还有诸多不同解释或争议。例如，量子物理学原理对宏观
世界究竟是否适用？量子世界规律如何过渡到经典力学规律？经典装置是否可测量量子问题？是否需要考虑量子体系与周围环境的纠缠以及退相干问题？微观与宏观纠缠和两个电子之间的纠缠有何不同？等等．这些观点争议和实验证明仍然在进行之中．不过，目前各种各样的薛定谔猫态已在介观尺度 $\left(10^0 \sim 10^2 \mathrm{~nm}\right)$ 上实现了 ${ }^{(1)}$ 。

2．＂箱中之猫＂与＂山中之花＂
中国明代著名思想家王阳明创立了心学思想，其精神内涵包括＂心外无物，心即理＂等．传说有一天，王阳明与朋友们在山中游玩，一友指岩中花树问曰： ＂天下无心外之物，如此花树，在深山中自开自落，于我心亦何相关？＂先生曰： ＂你未看此花时，此花与汝心同归于寂．你来看此花时，则此花颜色一时明白起来，便知此花不在你的心外．＂（王阳明《传习录》）

从物理学角度看，＂此花＂呈现出不同颜色，其实是它反射了不同波段的电磁波（光波）而已，而＂颜色＂实质上是不同频率的光波照射在人眼视网膜上后，大脑对光波的一种反应。换而言之，＂此花＂并不存在＂颜色＂这种本质。＂此花＂具有何种＂颜色＂，与观察者如何观察密切相关．

当然，上面所提＂看花＂与微观世界的＂观测＂是完全不同的．微观世界的＂观测＂，至少需要发射一个＂光子＂或＂电子＂等，而这必将对被观测的粒子量子态产生扰动．所以，薛定谔的＂箱中之猫＂与王阳明的＂山中之花＂应该不是一回事，但是在＂客观存在与观察相关联＂方面两者是一致的，有异曲同工之妙．

科数题库(单机版) 会议室预约系统(book)

今日还可看 0 篇未注册用户每天查看4篇，注册用户每天8篇，开通VIP会员无限制查看。

免费注册

《高等数学》难点解析

高数教程 泰勒公式切线与法线切平面与法平面驻点·拐点·极值点·零点间断点渐进线瑕积分欧拉方程伯努利方程 Abel 收敛定理偏导数的几何意义偏导数的几何意义梯度数量场与向量场多元函数极值拉格朗日算子通量与散度环流量与旋度格林公式高斯公式斯托克斯公式三大公式比较傅里叶级数极坐标微元点法式方程变上限定积分 X型计算面积 Y型计算面积微分的意义渐近线间断点 y''+py'+qy=f(x)方程高斯黎曼傅里叶变换(复数) 拉普拉斯变换(复数)

《线性代数》难点解析

线代教程 近世代数对数学的整体思考线性的意义矩阵乘法(列视角) 矩阵乘法(行视角) 矩阵左乘矩阵右乘逆矩阵求解方程组阶梯形矩阵的求法方程组解的判定四阶行列式的计算线性变换的意义线性空间向量组的等价线性空间的几何意义基础解系的求法施密特正交化特征值与特征向量的意义矩阵相似的几何意义矩阵可对角化的理解秩的意义(向量版) 秩的意义(方程版) 二次型的意义

《概率论与数理统计》难点解析

概率教程 置信区间与上a分位数概率中的“取”与“放” 贝叶斯公式全概率公式泊松分布指数分布伽玛分布二维密度图的意义卷积的意义相关系数的意义 k阶矩是与矩母函数卡方分布的作用单正态区间估计理解假设检验理解切比雪夫不等式中心极限定理

上一篇：贝尔不等式

下一篇：量子论的完备性问题

本文对您是否有用？有用 (0) 无用 (0)