如果给薛定谔的猫在黑箱子里放入水和猫粮,生死不定的量子态的猫会吃喝吗?

审美疲劳2022-07-07  39

薛定谔的猫是薛定谔为了反对波函数的概率解释而给出的假设实验。把实验猫放在密封不透光的盒子里,盒子里还装有一个放射性原子、一瓶剧毒物质、一把锤子等。如果放射性原子衰变,粒子探测器探测到发射出的粒子后会释放信号,然后锤子会打碎装有剧毒物质的瓶子。如果瓶子破了,猫就会死。如果原子不衰变,就不会有打碎瓶子的信号,猫就活了。

在这个理想实验中,猫的生死是由原子的衰变决定的。当用量子力学描述原子衰变时,不可能知道原子在哪个时刻衰变。原子衰变是由概率决定的,这样与原子衰变相关联的猫就处于活态和死态的叠加状态,而不是日常生活中所认为的活或死。只有盒子被打开,猫才会坍缩到一种活着或者死了的状态。

上图是猫的生存状态和死亡状态的叠加。描述猫状态的波函数与猫是什么颜色、猫是什么品种、装猫的盒子里有没有食物无关。在这个实验中,如果猫死了,只能是剧毒物质中毒,而不是窒息或饿死,否则就失去了这个理想实验的意义。可以24小时后开箱测量一只活猫,也可以1个月后开箱测量一只活猫。既然允许在很长时间后测量猫的生活状态,那么允许在盒子里放一些猫粮和水给猫享用,不会影响描述猫的波函数。

至于这只又死又活的猫是怎么吃的,这个问题很难回答。科学家一直想在宏观状态下做薛定谔猫的实验。这样的实验可以完成后,也许问题就变得清晰了。

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