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薛定谔的猫是量子力学中最著名的思想实验。它由奥地利物理学家埃尔温·薛定谔在1935年提出,用来说明量子叠加态在宏观尺度上产生的奇特悖论。这个实验揭示了量子世界与我们日常经验之间的巨大差异。
实验装置的设计非常巧妙。在一个密闭的不透明盒子里,放置一只猫作为宏观生物。同时还有一个放射性原子作为量子系统,一个盖革计数器用来探测原子衰变,以及一套由锤子和毒药瓶组成的致命装置。这些组件通过精密的机械装置连接在一起。
量子力学的核心原理是叠加态。放射性原子在被观测之前,同时处于衰变和未衰变的叠加态,各有百分之五十的概率。根据量子力学,整个系统都会处于叠加态。这意味着猫在盒子被打开之前,既是活着的,也是死了的。这就产生了著名的悖论。
观测在量子力学中起着关键作用。在观测之前,整个系统处于叠加态。当我们打开盒子进行观测时,波函数瞬间坍缩,系统从叠加态转变为某个确定的状态。这就是著名的测量问题:究竟是什么导致了波函数坍缩?观测者在其中扮演什么角色?这些问题至今仍在讨论中。
薛定谔的猫这个思想实验具有深远的意义。它不仅揭示了量子力学在描述宏观世界时遇到的困难,还说明了测量问题的核心矛盾。这个实验推动了量子力学各种解释的发展,启发了现代量子信息科学的研究,并成为科学哲学讨论中的经典案例。虽然这只是一个思想实验,但它深刻地影响了我们对现实本质的理解。