【 第八次作业】给孩子介绍“薛定谔的猫”

“薛定谔的猫”是奥地利物理学家薛定谔在1935年提出的一个假想实验。

在这个实验里,一只猫和一个毒气瓶被放到一个密封的容器里,毒气瓶一旦打开,猫就必死无疑。但是,毒气瓶是由一个自动开关控制的,这个开关会不会打开、什么时候会打开都是未知的、不受人控制的。也就是说,猫在某一个时间点是死的还是活的,外面的人根本无法确定。除非你打开容器来查看。但容器一旦打开,实验环境就发生了变化,得到的观察结果其实是不准确的。

听到这里,你可能会问,那薛定谔先生为什么要设想这么一个实验呢?

那得从薛定谔先生研究的量子力学说起。

量子是科学家对小得不能再小、不能再分割的粒子的统称,研究量子运动规律的科学就叫做量子力学。

科学家们发现,在量子的世界里,量子活动的规律和我们日常触碰到、观察到的世界大不相同。

举个例子,一个球放在你面前,你踢它一脚,它就会沿着你用力的方向往前滚,直到地上的摩擦力让它慢慢停下来。在这个过程中,球的运动方式是固定的,不管你看不看它,它都会在地上滚到停下来为止。

但是,在量子的世界里,科学家通过实验发现,量子的活动是没有轨迹和规律可循的——当你观察它的时候,它会表现的就像你踢的那个球;但是当你不观察它的时候,它又完全表现出另一种状态——散漫地出现在任何地方。

这简直就像有人跟你说:你抬头看月亮的时候,月亮老老实实地在天上绕着地球转;一旦你低下头不看它,它就不知道跑哪去了——这是不是很不可思议、很难理解呀?

因此,很多科学家设计了种种实验方法去研究、观察和解释量子的运动规律。薛定谔先生在1926年发表了薛定谔方程,很好地解释当时所观察到的一些量子实验现象。

但他自己对此却并不满意,为什么呢?

因为他认为方程解释的量子运动只是符合实验观察到的现象。但观察者会影响量子状态,因而谁也不知道,没有观察者的时候,量子的运动方式究竟是不是真的和方程计算的规律一致呢?

为了说明这一点,他提出了“薛定谔的猫”这个实验设想,很形象地通过猫的生死不明说明了量子状态的不确定性以及它的观测困境。

“薛定谔的猫”这个实验提出来之后,很快引起了科学家的探讨,最聪明的科学家爱因斯坦也认为这是说明量子力学观测困境最好的实验。

直到现在,还有很多科学家为这只猫的生存问题争论不休,但这并不妨碍这只“薛定谔的猫”成了状态不明、不可预测的代言人。

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