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作者: jfsu (水精灵) 看板: Gossiping
标题: Re: [问卦] 薛丁格的猫的卦?
时间: Wed Jul 22 13:37:48 2015
※ 引述《a6571361 (刘小佑)》之铭言：
: 薛丁格的猫 思想实验
: 有没有强者能具体的说明
: 这个实验 有没有卦
: 求解
: 求大神解释
先谈谈薛丁格本人的事，之后会略述那著名的实验。
埃尔文‧薛丁格（德文：Erwin Sch?dinger，1887.8.12－1961.1.4），对岸强国人
译为薛定谔，奥地利理论物理学家，量子力学的奠基人之一。1933年和英国物理学家
狄拉克共同获得了诺贝尔物理学奖，被称为量子物理学之父。
与现代物理量子理论发展史上的名人相比，薛丁格算是大器晚成。底下摘录第一篇
使他们成名的论文发表时间：
爱因斯坦：26岁（1905, 特殊相对论）
波 耳： 29岁 (1914, 原子模型)
海森堡： 26岁（1927, 测不准原理）
包 立： 25岁（1925, 包立不相容原理）
狄拉克： 26岁 (1928, 狄拉克方程式)
薛丁格： 39岁 (1926, 薛丁格方程式)
一般来说，年轻的科学家较容易跳出旧的理论框架，薛丁格以一个中年大叔的年龄在
全新的思想路线上能有重大的开拓，算的上是奇行种！中年男子真的是令人摸不透啊！
换个角度思考，各为乡民在这个年纪，都在做些什么呢？
1887年，薛丁格诞生在奥地利的维也纳埃德伯格（Wien Erdberg），父亲经营一间
小油布工厂。他自幼在家学习，直到10岁才进入九年制的普通高等学校就读，而他也
很快地展现出在物理与数学方面的优越能力。
毕业后，他随即进入维也纳大学修习理论物理学，当时该学院的教师波兹曼自杀身亡
注:
波兹曼，(Ludwig Boltzmann,1844～1906)奥地利物理学家，在统计力学的理论有重大
贡献，以其为名作为纪念的波兹曼常数在此领域相应地具有相当重要的地位。他一生在
与自己的学术对手作斗争，被迫不停的宣传分子论。学术的论战与加诸在他身上的人身
攻击，最终波兹曼选择自杀来结束自己的生命。不幸的是，他一死，他的对手就承认了
分子论。
当时，薛丁格被校园的悲痛气氛感动，他决心以波兹曼的研究课题为自己的主修方向，
立志完成波兹曼未竟的事业。
于是薛丁格拜师波兹曼的弟子理论物理学家哈泽诺尔与实验物理学家埃克斯纳的门下。
连续八个学期他参加了每周五次哈泽诺尔的理论物理讲座，学习统计力学、汉弥尔顿
力学与连续介质力学中的本征值，这些成为他后来建立波动力学理论的基础。薛丁格
在1933年与狄拉克获得诺贝尔物理奖时，强调说：‘假如哈泽诺尔没有去世的话，那么
他现在当然会站在我的位上。’
1910年在哈泽诺尔的指导下获得了博士学位，所做的博士论文是研究在潮湿空气中
绝缘体表面的电传导。之后，他留校担任埃克斯纳的助手，受到了实验科学方面的
严格训练。
1921年，他来到苏黎世大学，担任曾经由爱因斯坦与劳厄担任过的教授职位。不过，
早在世纪之初，物理学的三大发现使经典物理学山雨欲来，之后的量子论与相对论更使
传统理论摇摇欲坠。以往是真理的理论，现在却变得可笑。波兹曼就是走不出这混沌
世界、理不出头绪，在愤懑中自杀。在拉塞福发现原子结构后，他的学生波耳在1914年
把量子论与电磁理论结合，成功地提出原子结构的量子理论，特别是轨道量子化。
之后，海森堡等人建立了描述微观粒子状态的矩阵力学，突破了量子理论的旧格局。
只不过，矩阵力学的高度抽象性与繁杂的数学运算，使得一般的原子物理学家怯步不前。
1924年，法国物理家德布罗依(De Brogle, 1892~1987)的波粒二象性，为薛丁格建立
波动力学打开了一扇大门。不过，德布罗依的理论对于当时的物理学家而言又是一个
奇行种，只有爱因斯坦从中看出其中端倪，好比巨人的秘密原来就是…，于是他在
1925年发表的理想气体量子统计的论文中引用，这也引起了研究气体统计问题的薛丁格
注意。
自1926年1月到6月，薛丁格连续发表了6篇关于量子力学的论文，将波耳理论、海森堡的
矩阵力学、汉弥尔顿相似关系与德布罗依的理论合而为一，使得波动力学成为一个
有效的完整体系。由于它不像矩阵力学那样难懂，而是采经典理论常用的偏微分方程
描述方法和易于理解的概念。（薛丁格方程式所属的波动力学可以变转换为海森堡的
矩阵力学，或理察‧费曼的路径积分表述。薛丁格波动方程式的解，清楚地描述量子
系统里，量子尺寸粒子（像电子、质子、正子）的统计性量子行为。
一天，他接到来自爱因斯坦的来信，信中说：‘你的文章的意思表现出真正的独创性。’
这句话使得他非常感动，他忆起过世的波兹曼，想起昔日校园内同学们嘤嘤的啜泣声。
他的泪水在眼眶内打转，心中默唸：“感恩师父！赞叹师父！我们终于在浑沌世界中
又找回了真理！”
他的朋友看到薛丁格读完信后一直看着天空，便问他为什么。
他静静地说：‘一直看着天空，也只是不让泪水决堤而已。’
目前科学史学家可以确定的是，在薛丁格发现这个举世闻名的方程式时，他到底在
做些什么？很明显的，薛丁格是崇尚‘自由恋爱’。在他外出时，身旁常有妻子或是
情妇作伴，甚至他还将自己和爱人的相处情况钜细靡遗地记录下来，还用了一些复杂的
代码来表示他每一次的邂逅，ex: ob'_'ov 、 (bdﾟ∀ﾟ)
他在创造出这个著名的等式时，他正在阿尔卑斯山上的荷薇山庄(Villa Herwig)与
其中一位女友共渡周末：杜蕾斯 on (trace on)！
这叫众多去死去死团的宅宅们情何以堪！！
后来他用该方程式来解氢原子的波函数，得到波耳的电子绕原子核运转的模型实际上是
错的！电子并非循着特定的轨道绕行原子，而是以波动的方式在原子核周围运动！
所以大家请把脑袋中那个早期传统的电子绕原子核运转的画面擦掉，虽然媒体、广告
常用这个来代表科学。
简而言之，电子确实是粒子，只不过要找到这个粒子的机率是由薛丁格的波动方程式
决定；波越大，代表找到特定粒子的机率越高！
不过，薛丁格、德布罗依与爱因斯坦认为这个方程式所反映出来的波是物质粒子的波，
但是，波耳、海森堡与玻恩却是认为那是机率波，波函数是微观粒子出现在某一个地方
的机率。也因此，随机与机率便闯入了物理学，这让薛丁格本人甚至是量子理论始祖的
爱因斯坦，都对这样的结果表示惊讶，‘量子力学确实值得尊敬，…至少我不相信
上帝是在掷骰子！’ 他认为，“量子理论越成功，它就越愚蠢！”
是否愿意接受祝福(Y/n？ Yes！
是否愿意接受量子论(Y/n？) No！
但很意外的是，薛丁格最有名的研究却是1935年所提出的一个思考性实验：薛丁格的猫，
用以解释量子论和我们实际经验间的一个主要矛盾，如下所述：将猫放进一个箱内，
再加入一个装有毒气的容器，然后关上箱子。箱内的毒气容器每当放射性原子衰变后
就会释放出毒气，薛丁格以此类推来解释量子力学的侷限：像原子一样的量子粒子能
同时处于两种或多种不同的量子状态，但他也说，由大量原子所组成的物体，例如
一只猫，当然不应该处于两种状态中。
放射性原子有50%的机率会在一小时内衰变，如果发生的话，毒气瓶会破掉，将猫毒死；
假如没发生，就不会释放出毒气，猫也能活命。放射性原子遵循量子力学的原则，虽然
它的情况要等到外面的观察员打开箱子，观察里面的原子做了测量后才能决定，但它
却能立即决定猫的状态。困于箱内的猫要等到观察员测出放射性原子后才知死活，因此
在打开箱盖前的这段期间，猫处于死与活两种重叠的状态中。
虽然此思考性的实验因为许多原因无法执行，但其基本的原理终于在1996年被实验证明
出来。（当然，科学家所使用的并非活的猫，而是带正电的铍。实验发现，他们观察
到一个干扰的形态，一个很自然出现的征兆，说明一个单一的铍原子产生了两个不同
的波函数，彼此相互干扰。）
最后，薛丁格晚年一直致力于用量子力学来促使生物学和物理学的统一研究，他用
波动力学的最新成就和方法剖析生命现象。1944年，【生命是什么】一书出版，
再一次地推动量子生物学的发展。
1953年，克里克与华生在威尔金斯的X射线绕射的资料基础上，发现了DNA的双股螺旋
结构，就是在薛丁格的感召下，发动了一次漂亮的生物科学革命！
参考书籍：
1.《物理双月刊》（三十卷二期） 2008 年4月 本月物理史
2. 薛丁格（Erwin Schr?dinger）的吊诡猫（译自APS News，2002年3月）
3. 科学五千年（8）
4. 20世纪最伟大的科学实验
5. 物理之书 (时报出版社)
6. 属性同好会 高尾部长