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量子力學的矛盾 薛丁格的貓

「薛丁格的貓」是由奧地利的物理學家歐文‧薛丁格(Erwin Schrödinger)於1935年所提出的一個思考性的實驗。除了對量子力學的貢獻外,本實驗也因為其中衍生出的人文性、哲學性的思考而著名。
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量子力學的矛盾 薛丁格的貓

記者 王蒂鷹 文  2012/05/30

「薛丁格的貓」是由奧地利的物理學家歐文‧薛丁格(Erwin Schrödinger)於1935年所提出的一個思考性的實驗。除了對量子力學的貢獻外,本實驗也因為其中衍生出的人文性、哲學性的思考而著名。

「薛丁格的貓」是由奧地利的物理學家歐文‧薛丁格(Erwin Schrödinger)於1935年所提出的一個思考性的實驗。在實驗中,他提出量子力學理論對比人們日常生活經驗的矛盾,並讓量子力學研究的討論從微觀來到了宏觀。

實驗的設置

本實驗的設置如下:將一隻貓與一個毒氣的裝置放入同一個箱子裡面,毒氣裝置經過特殊的設計,是由放射性的原子核所啟動。如果放射性的原子核產生衰變的話,就會觸發機關,貓咪會因為毒氣而死亡;相反的,如果放射性的原子核沒有產生衰變,那麼觀察者就會看到一隻活蹦亂跳的貓。原子核有百分之五十的機率會產生衰變,也就是說,貓咪有一半的機會能存活下來。

然而,在「薛丁格的貓」實驗中,重點其實並不是用何種方式置貓於死地,甚至也不是那隻貓,而是觀察者打開的那一瞬間所觀察到的狀態。根據本實驗所提出的假設,觀察者在打開箱子之後所看到的只有兩種狀態,一種是「發生衰變的原子核及死亡的貓」;另一種則是「未發生衰變的原子核及活著的貓」。在此,物理學家想要探討的是,箱子裡的狀態是在什麼時候從兩個可能的疊加狀態形成後來觀察者看到的狀態?在打開箱子以前,貓所處的狀態難道就是半死半活嗎?

對量子力學理論的影響

量子力學認為量子粒子可以同時處於兩種或兩種以上的狀態,這個狀態是不穩定的、隨著機率而不停波動的疊加狀態,觀察者的介入則會讓這個狀態停止,在觀測之後,機率波塌陷,瞬間選擇了一種特定的結果-也就是最終觀察者眼睛所看到的狀態。到了這個實驗裡,假使如量子力學理論的描述,由原子所組成的貓,在觀察者打開蓋子以前,也應該是處於一種波動的、疊加的狀態,並在打開蓋子的那一剎那決定了貓的死活。然而這和人們的生活經驗卻是相悖的,貓怎麼可能會是半死半活的矛盾狀態呢?常識否定了這樣的可能。

「薛丁格的貓」實驗點出了量子力學到了宏觀的環境下的不完備性,理論無法對貓的狀態提出合理的解釋,因為不論觀察者有沒有打開箱子,箱子裡的貓一定只能有一種狀態-不論活或是死。本實驗引發了後續很多物理相關的討論,包括「貓」作為一種宏觀的物體,和粒子不同,並不能簡單地被劃分為生和死兩種單純的狀態;或是因為「貓」的原子組成太龐大,有太多的機率相互干擾著實驗等。

物理之外的思考

但對於非物理背景的人來說,「薛丁格的貓」之所以有名,或許是因為它具有一種超乎物理性的想像。它引發人們思考「結果」這件事的不確定性-假使不打開箱子,就不能知道貓的命運,如果不觀測,一切可能還存在於不斷的波動的機率之中;另一方面,如果把整個箱子擴展到世界,貓變成人們自身,那無論未來有多少種可能性,當作決定(觀測)的同時,人們就只能被迫進去其中一個可能的未來。

記者 王蒂鷹
我是蒂鷹,認為自己笑起來比較好看,所以經常以璨笑面對別人。 叮叮噹噹~腦子裡作著遙不可及的夢,說著言不及義的話。 大二到大三的我是一個段落,打定主意了,要用新的自己來擁抱這個世界。 "啊!終於輪到我們了嗎?"是懷著這樣的心情來到了大三。
記者 王蒂鷹