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薛定谔的猫是什么?

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薛定谔的猫是奥地利物理学家埃尔温·薛定谔于1935年提出的经典思想实验,旨在通过宏观现象阐释微观量子力学的奇异性质。以下是对其核心内容的综合解析:

一、实验设定

装置组成

实验将一只猫关入密封容器,容器内放置少量镭、氰化物及触发装置。若镭发生衰变,会触发机关打碎氰化物瓶导致猫死亡;若未衰变,猫则存活。

关键物质

镭是一种放射性元素,其衰变具有随机性且不可预测性,符合量子力学中“叠加态”的特性。

二、核心概念

量子叠加原理

根据量子力学,微观粒子(如镭原子)可同时处于多种状态(如衰变与未衰变)的叠加态。实验通过猫的生死状态,将这一微观现象类比到宏观世界。

观测效应

实验引发关于观测者作用的讨论:在未打开容器观察前,猫处于“既死又活”的叠加态;一旦观测(如打开容器),叠加态会坍缩为单一状态(生或死)。

三、思想实验的意义

理论验证与争议

该实验旨在验证量子力学对微观世界的解释,并通过极端案例引发对理论完备性的讨论。爱因斯坦曾批评量子力学“上帝不掷骰子”,薛定谔的猫正是对这一观点的挑战。

哲学与科学启示

实验揭示了量子力学与经典物理学的根本差异,强调观测在物理现实中的重要性,对哲学中关于现实本质的讨论产生深远影响。

四、总结

薛定谔的猫并非真实实验,而是通过理想化场景阐释量子叠加与观测效应的哲学工具。它帮助科学家和公众理解量子力学的非直观特性,并持续激发对基础物理研究的探索。