薛定谔的猫等十大理论 薛定谔的猫 盘点神秘莫测的科学理论
人类在探索宇宙的过程中提出了很多很多的理论,并且去试图去证实这些理论,薛定谔的猫是非常著名的一个理论,是由奥地利的科学家薛定谔提出来的,并且这个理论在很多方面都已经得到了应用,比如说在平行宇宙方面的应用就使用了薛定谔的猫这个理论,除了薛定谔的猫,科学上还有很多神奇的理论,这些理论的存在也说明了人类在探索宇宙、探索世界的过程中也是非常重要的,本文将为大家详细的说明一些理论。
薛定谔全名埃尔温•薛定谔,是一个来自奥地利的科学家,维也纳大学哲学博士。苏黎世大学、柏林大学和格拉茨大学教授。
在都柏林高级研究所理论物理学研究组中工作17年。因发展了原子理论,和狄拉克共获1933年诺贝尔物理学奖。又于1937年荣获马克斯•普朗克奖章。 1887年埃尔温•薛定谔出生在奥地利维也纳附近的埃德伯格。
在薛定谔幼年时期,他深受叔本华的影响,因此,他广泛阅读叔本华的作品,他的一生对色彩理论、哲学、东方宗教深感兴趣。
特别是印度教。1925年底到1926年初,薛定谔在A.爱因斯坦关于单原子理想气体的量子理论和L.V.德布罗意的物质波假说的启发下,从经典力学和几何光学间的类比,提出了对应于波动光学的波动力学方程,奠定了波动力学的基础。
他最初试图建立一个相对论性理论,得出了后来称之为克莱因—戈登方程(见场方程)的波动方程,但由于当时还不知道电子有自旋,所以在关于氢原子光谱的精细结构的理论上与实验数据不符。以后他又改用非相对论性波动方程──以后人们称之为薛定谔方程──来处理电子,得出了与实验数据相符的结果。
1926年他提出著名的薛定谔方程,为量子力学奠定了坚实的基础。方程的提出只是稍晚于沃纳•海森堡的矩阵力学学说,此方程至今仍被认为是绝对的标准,它使用了物理学上所通用的语言即微分方程。这使薛定谔一举成名,他还在同年证明了自己的波动力学是与海森堡和玻恩的矩阵力学在数学上是等价的。
"薛定谔的猫"是由奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的有关猫生死叠加的著名思想实验,是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的推演。
这里必须要认识量子行为的一个现象:观测。微观物质有不同的存在形式,即粒子和波。通常,微观物质以波的叠加混沌态存在;一旦人的意识参与到观测行为中,它们立刻选择成为粒子。实验是这样的:在一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质。
之后,有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫,同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。 薛定谔挖苦说:按照量子力学的解释,箱中之猫处于"死-活叠加态"——既死了又活着!
要等到打开箱子看猫一眼才决定其生死。正像哈姆雷特王子所说:"生存还是死亡,这是一个问题。
"只有当你打开盒子的时候,叠加态突然结束,哈姆雷特王子的犹豫才终于结束,我们知道了猫的确定态:死,或者活。哥本哈根的几率诠释的优点:只出现一个结果,这与我们观测到的结果相符合。
有一个大的问题:它要求波函数突然坍缩,可物理学中没有一个公式能够描述这种坍缩。尽管如此,长期以来物理学家们出于或许实用主义的考虑,还是接受了哥本哈根的诠释。付出的代价:违反了薛定谔方程。这就难怪薛定谔一直耿耿于怀了。
薛定谔方程在量子力学中,体系的状态不能用力学量(例如x)的值来确定,而是要用力学量的函数Ψ(x,t),即波函数(又称概率幅,态函数)来确定,因此波函数成为量子力学研究的主要对象。
力学量取值的概率分布如何,这个分布随时间如何变化,这些问题都可以通过求解波函数的薛定谔方程得到解答。这个方程是奥地利物理学家薛定谔于1926年提出的,它是量子力学最基本的方程之一,在量子力学中的地位与牛顿方程在经典力学中的地位相当,超弦理论试图统一两种理论。
很快,薛定谔就通过德布罗意论文的相对论性理论,推导出一个相对论性波动方程,他将这方程应用于氢原子,计算出束缚电子的波函数。
因为薛定谔没有将电子的自旋纳入考量,所以从这方程推导出的精细结构公式不符合索末菲模型。
他只好将这方程加以修改,除去相对论性部分,并用剩下的非相对论性方程来计算氢原子的谱线。解析这微分方程的工作相当困难,在其好朋友数学家赫尔曼•外尔鼎力相助下,他复制出了与玻尔模型完全相同的答案。
因此,他决定暂且不发表相对论性部分,只把非相对论性波动方程与氢原子光谱分析结果,写为一篇论文。1926年,他正式发表了这论文。 一般,物理上将物理状态与希尔伯特空间上的向量(vector),物理量与希尔伯特空间上的算符相对应。
这种形式下的薛定谔方程H为哈密顿算符。这个方程在这个形式下充分显示出了时间与空间的对应性(时间与能量相对应,正如空间与动量相对应,后述)。这种算符(物理量)不随时间变化而状态随时间变化的对自然现象的描述方法被称为薛定谔绘景,与之对应的是海森伯绘景。
