薛定谔 的 猫 ：量子力学 的 思想 实验 -ChadOrzel

奥地利 物理学家 埃尔 ·文 薛定谔 是 量子力学 的 奠基人 之一 ，

但是 他 最为 大众 所知 的 却是 他 从未 做过 的 一项 试验 ：

一个 关于 猫 的 思想 试验 （即 薛定谔 的 猫 ）

他 假想 将 一只 猫 置于 一个 密闭 盒子 内 ，

里面 安放 了 一个 一 小时 内 有 50% 几率 杀死 猫 的 装置 。

在 那 一 小时 的 结尾 ，他 提出 一个 问题 ，现在 猫 是 活的 还是 死的

常识 告诉 我们 猫 不是 活 的 就是 死 的

但是 ，薛定谔 指出 ，根据 量子 物理

在 打开 盒子 的 前 一瞬间 ，猫 既 是 活 的 也 是 死 的 ，即 猫 同时 处于 生 与 死 的 混合 状态

同时

只有 打开 了 盒子 ，我们 才能 知道 猫 是 生 还是 死

除此之前 ，猫 一直 处于 一种 混沌 可能性 的 状态 ，既 生 又 死 。

薛定谔 的 观点 听起来 很 荒谬

他 发觉 量子 物理 如此 难以 理解 以至于 他 本人 都 放弃 验证 此 理论 并 转而 研究 生物

虽然 薛定谔 的 猫 看上去 很 荒谬 ， 但是 ， 它 却是 很 真实 的 ， 实际上 ， 也 是 很 基础 的

如果 量子 物体 不能 同时 处于 双重 状态 ，

我们 现在 用来 观看 此 视频 的 电脑 就 不会 存在

量子 的 叠加 现象 是 自然 物质 波粒二象性 作用 的 结果

一个 物体 要 想 有 波长 ，就 必须 扩展 空间 范围

这 就 意味着 它 必须 同时 占据 许多 位置

限制 在 很小 空间 的 不 可能 太 明晰 物体 的 波长

所以 它 同时 存在 于 波长 内 的 许多 不同 地点

我们 在 日常生活 的 物品 中 看不到 这些 波

因为 波长 在 变短 的 同时 却 有 增长 的 趋势

而 因为 猫 相对而言 比较 大 和 重

如果 我们 取 一个 原子 并 放大 到 太阳系 大小

那么 猫 奔 向 物理学家 产生 的 波长 就 相当于 太阳系 里 的 一个 小 原子

它 小 到 很 难 去 探测 ，所以 我们 从未 看到 猫 的 波动

但是 ，很小 的 物质 ，比如说 一个 电子 却是 能 表明 波粒二象性 存在 的 证据

如果 我们 一次 把 一个 电子 射 向 一个 有 两个 狭窄 裂缝 的 装置

远处 的 电子 会 像 物质 一样 马上 被 探测 出 在 哪个 位置

我们 大量 重复 此 实验

持续 追踪 所有 电子 的 轨迹

你 会 发现 它们 的 轨迹 表现 出 了 波 的 特征

条纹 区间 内 集聚 了 大量 电子

夹杂 在 没有 电子 的 区间 之中

遮挡住 一个 细微 裂缝 ，条纹 区间 就 不复 存在

这 表明 电子 的 集聚 形式 是 电子 同时 有 两个 裂缝 可 穿过 的 作用 结果

一个 电子 无法 选择 通过 哪个 裂缝 ，但是 ，通过 裂缝 的 电子 却 是 同时 发生 的

这种 状态 叠加 也 可 由 现代 科学 解释

饶 原子核 旋转 的 电子 的 轨道 是 分散 的 似 波 轨道

使 两个 原子 靠近 ，电子 不 需要 选择 原子轨道 ，只 需要 共享 轨道

这 就是 化学键 的 形式

分子 中的 电子 不是 在 原子 A或 B中 ，是 在 A和 B中

如果 你 添加 更 多 的 原子 ，电子 会 更加 扩散 ，同时 被 大量 原子 共享

电子 并 不是 牢固地 绕 某个 原子 旋转 ，

却 在 空间 内 绕着 分子 旋转

这种 庞大 的 状态 叠加

表明 了 电子 是 如何 在 导体 ， 绝缘体 和 半导体 间 运动 的

了解 电子 被 原子 共享 的 方式

使 我们 有 可能 精确 地 控制 半导体 材料 的 性能

比如说 ，硅

将 不同 的 半导体 以 正确 的 方式 组合

令 我们 可以 将 晶体管 制造 成 很小 的 规模

集成 大规模 集成电路 放在 电脑芯片 里

这些 芯片 和 扩散 的 电子 掌控 你们 正在 看 此 视频 的 电脑

有 这么 一个 老 笑话 ，互联网 的 存在 使 我们 可以 分享 关于 薛定谔 的 猫 的 视频

但是 ，溯本求源 ，互联网 的 出现 却 要 归功于 一位 奥地利 物理学家 和 那 只 虚构 的 猫