作业七 既死又活的薛定谔猫
说来好笑,猫怎么可以既死又活呢?要么是死的,要么是活的,即使我们观察不到,猫应该要么活,要么死!
可是薛定谔养的猫就不是这种样子,它既死又活叫人不知生死。
今天就给小朋友们讲讲薛定谔的猫。
薛定谔是谁呢?他是奥地利的物理学家。
这位物理学家提出了一个关于量子理论的理想实验。一只猫被封在一个密室里,密室里有食物有毒药。毒药瓶上有一个锤子,锤子由一个电子开关控制,电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变,则放出阿尔法粒子,触动电子开关,锤子落下,砸碎毒药瓶,释放出里面的氰化物气体,猫必死无疑。原子核的衰变是随机事件,物理学家所能精确知道的只是半衰期——衰变一半所需要的时间。如果一种放射性元素的半衰期是一天,则过一天,该元素就少了一半,再过一天,就少了剩下的一半。物理学家却无法知道,它在什么时候衰变,上午,还是下午。
什么是衰变呢?衰变又称蜕变。指放射性元素放射出粒子而转变为另一种元素的过程,如镭放出粒子后变成氡。
通过计算,物理学家知道它在上午或下午衰变的几率——也就是猫在上午或者下午死亡的几率。
如果不揭开密室的盖子,根据我们在日常生活中的经验,可以认定,猫或者死,或者活。这是它的两种本征态。如果用薛定谔方程来描述薛定谔猫,则只能说,它处于一种活与不活的叠加态。我们只有在揭开盖子的一瞬间,才能确切地知道猫是死是活。
作业七 既死又活的薛定谔猫
那么简单地说明这个实验:设想在一个封闭的匣子里,有一只活猫及一瓶毒药。当衰变发生时,药瓶被打破,猫将被毒死。按照常识,猫可能死了也可能还活着。量子力学告诉我们,存在一个中间态,猫既不死也不活,直到进行观察看看发生了什么。
这个实验告诉我们除非进行观测,否则一切都不是确定的。
发挥我们想象的空间,有没有可能在同一时间观测到这只猫活着的,同时这只猫在另一个地方死去?
1996年5月,美国科罗拉多州博尔德的国家标准与技术研究所(NIST)的Monroe等人用单个铍离子做成了“薛定谔的猫”并拍下了快照,发现铍离子在第一个空间位置上处于自旋向上的状态,而同时又在第二个空间位置上处于自旋向下的状态,而这两个状态相距80纳米之遥!(1纳米等于1毫微米)——这在原子尺度上是一个巨大的距离。想像这个铍离子是个通灵大师,他在纽约与喜马拉雅同时现身,一个他正从摩天楼顶往下跳伞;而另一个他则正爬上雪山之巅!
作业七 既死又活的薛定谔猫
如果不是猫,换成是人呢?这一切多么的不可思议,在浩瀚无垠的宇宙中,想像此时的我在这个世界里看书,也许另一个平行世界里我在睡觉,第三个平行世界里我在爬山,可能第四个平行世界里我正躺在医院的病床上面临疾病和死亡。
是生存还是死亡真的是个难题!
小朋友们,现在的你不一定最好,但也不一定最坏,通过努力好好学习,过好现在的每一天,这是薛定谔的猫所告诉我们的。但在浩瀚无垠的的宇宙有着许多未解的秘密等着你们去挖掘。
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