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本篇文章原發於八卦板,用以回答板友的科學疑問,為了推廣科學,使用了一些梗、用揶揄、輕鬆的說故事方式,說明什麼是薛丁格的貓。裡面出場主角包括著名的愛因斯坦、希特勒,希望大家喜歡。

1905年,愛因斯坦提出狹義相對論,他說光速是不變的、且物理規律的形式在任何慣性參考係是相同的,進而推論時間、空間都不是絕對的....

1915年,愛因斯坦更提出廣義相對論,說明重力源能夠造成時空扭曲。

這兩個理論提出,很快就造成世界轟動!各物理學家都連忙說「快推!免得有人說我們看不懂!」(但搞半天,鄉民還是只懂 E=mc^2)

隨著各種實驗,證實相對論的正確性,愛因斯坦就變得非常有名~

當時愛因斯坦就說:「德國的科學技術是世界第一!
後來JOJO的修特羅海姆就把他借去用了(誤)

<梗的說明:德國的科學技術是世界第一是著名漫畫JOJO的大冒險,裡面一句配角修特羅海姆名言>


愛因斯坦當時認為:物理對象應包含準確性

沒想到打臉愛因斯坦的德國科技,竟還是德國科技!

當時的德國科學家海森堡、和丹麥科學家波耳,一起在哥本哈根研究,在研究過馬克斯・玻恩(沒錯,又是德國科學家!)的波函數後,他們發表了「哥本哈根詮釋」(1927)。

這個詮釋給予了量子行為一個精簡又易懂的解釋.....

包括
1.一個量子系統的量子態可以用波函數來完全地表述
2.玻恩定則:量子系統的描述是機率性的。
3.測不準原理:一個粒子的位置和動量無法同時被確定
4.波粒二象性:一個實驗可以展示出物質的粒子和波動行為
5.大尺度宏觀系統的量子行為近似於古典物理


怎麼樣?夠精簡又易懂吧??......好吧!至少對於當時物理學家來說是這樣XD

但這樣物質又是粒子、又是波。粒子的位置和動量無法被同時確認。這些講得好像上帝是擲骰子決定物理行為的說法,就讓愛因斯坦等人不接受。


前面說到,1920年末,愛因斯坦就因為相對論而大為有名,1927和另一個柏林大學教授結識,兩人時常討論最新物理,又由於都住在柏林。因此兩個人很常舉辦派對、一起划船,討論科學。


沒錯,這位好基友(X) 物理學好朋友(o),就是這篇的主角:薛丁格了!

在小船上,愛因斯坦就薛丁格抱怨說:「絕對觀(物理應同時包含準確數值和特性)是這麼好!他對物理學界是這麼好!而上面那一個!(指著海森堡)」

「竟然說量子都是能靠機率來描述!我凍未條了啦!我比他  還凍未條了啦!物理實驗作得這麼清楚,為什麼要用上帝  擲骰子來描述!!喔氣氣氣氣氣!!!」

<梗的出處:請查詢鋼鐵韓粉>


薛丁格在小船上,連忙勸阻愛因斯坦,不要這麼生氣。說:「沒關係!沒關係!我們提出更多科學實驗來打爆他!海水退潮才知道誰沒穿褲子!」


然而沒多久,希特勒就在1933年成為德國總理,當時愛因斯坦在美國,準備回國,納粹就突襲了他在柏林的公寓,還剝奪他的財產。但為什麼納粹要忽然迫害愛因斯坦?
愛因斯坦有大規模毀滅型武器(X) 
純粹因為愛因斯坦是猶太人(O)

<梗出處:當初美國攻打伊拉克,宣稱伊拉克有大規模毀滅型武器,這邊是要跟後來的確用到相對論研發出原子彈呼應>

不過我們後來知道愛因斯坦的相對論,真的可以研發出大規模毀滅型武器,那就是後話了。

總之這一搞就把愛因斯坦困在美國,愛因斯坦也成為普林斯頓高等研究所的首批研究員。

另一方面,薛丁格雖不是猶太人,但也看不慣納粹的焚書運動(之後還有坑儒),心灰意冷,就來到了牛津大學

旅途中他還不忘記跟他的好朋友寫信抱怨這件事。當時還沒八卦板,他們也只能透過信件來抱怨一下時政而已。


但也因此,兩個人繼續搭上線,繼續表達對哥本哈根詮釋的不滿。

之後,在1935年,愛因斯坦還提出「 EPR悖論」(EPR悖論之後有空再說)

總之兩個人共同目標,其實都是企圖提出一些實驗,藉以說明哥本哈根詮釋,其實並不完備。


在給薛丁格的後續信件中,愛因斯坦又提出一個想法:「假如我準備一顆球、兩個盒子,然後隨機把球放入其中一個盒子,將盒子送給海森堡。那他在打開前,只能說盒內有球的概率是50%。難道他要說這盒子可以用波函數表示嗎?」

 

之後,在八月八日(父親節耶!寫個信有過份嗎!)
愛因斯坦又寫了封信,把實驗內容進一步延升。

愛因斯坦將球變成「火藥」。內容其實也差不多,意思是火藥是不穩定地,在一段時間後,將處於一個「爆」與「不爆」的混合狀態。

愛因斯坦堅稱,海森堡、波耳和所有的物理學家,都不應接受這種奇怪的狀態,因為「現實中不存在介於爆與不爆之間的重疊狀態」,大自然必須從兩者中擇一。

(他們想不到的是,後來很多東西都變成這種有與沒有的重疊狀態,例如追蹤器、說過的話,不過這也後話了)

薛丁格接到信件後,大感吃驚!因為當時正逢戰爭,英國時常被火藥轟炸。薛丁格感覺:這時候說火藥不好吧!


他於是和同伴討論到愛因斯坦的實驗,他說明他的想法計畫
:「我決定把實驗改成
    在封閉容器裡面放一隻貓,然後用一個可被放射性物質控
    制的毒氣瓶,讓貓處於活與死之間!!!

他助手大為驚訝地說:「為什麼要用毒氣啊!!!」

他也回嘴和其他人說:
看吧!我就說沒有人會去關心那隻貓嘛!

 

<梗出處:來自一個笑話,有很多改編,大意是先說一個話題、再提出一個奇怪事情,對方一定會注意到後者,這時就可以說大家不關心前者>

 

當時由於沒有貓本協會,因此他這樣的實驗,也沒收到什麼抗議。


他在回信就提出了著名的薛丁格的貓實驗!:
「假設把一隻貓、一個裝有氰化氫氣體的燒瓶、和放射性物  質放進封閉的盒子裏。放射性物質會有某機率發生衰變,  而這衰變會導致放出放射線。 而放射線會導致裡面的放射線偵測儀器啟動,打破燒瓶。進而導致貓被毒死!」

「氰化氫?這樣一來柯南就會去找你?

「不,因為進行一段時間後,貓會同時處於活、與死的狀態,貓的性命取決於原子核是否衰變。」
(簡單來說,哥本哈根詮釋僅假設微觀世界,但因為薛丁格的實驗,會將微觀世界的結果,影響巨觀世界,進而 做出判斷)
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「根據哥本哈根詮釋,在實驗進行一段時間,貓會同時處於活與死的狀態(對於盒子外的世界而言)。這與直觀想法不同,因為貓只能是死、或是活。」

結果愛因斯坦也開心回道:「你的貓說明了我們觀點相同!貓怎可能又死又活?同時包含生與死的波函數,是無法當作真實描述的!」

在收到愛因斯坦回信的之後,薛丁格就將這則「薛丁格的貓」,發表在鼎鼎大名的雜誌《自然科學》
(Die Naturwissenschaften)上。也導致這個實驗徹底紅
了起來!

(雖然後來有人對這本雜誌不以為然

realtw: 自然科學? 哈 原來加上這四個字 連人名都沒有的就變權威了 11/16 14:19

realtw: 本來就是酸這個野雞雜誌有沒有權威性 你還較真上了XD 11/16 14:43

<梗出處:有一個PTT網友realtw向來以中國人自居喜歡戰,有一次經濟學人發表一篇對臺灣有利的文,他就酸經濟學人,殊不知經濟學人其實真是權威雜誌,導致r板友推文反而被作為簽名檔而取笑>

 

但薛丁格的貓由於淺顯易懂....恩至少比剛剛說的哥本哈根詮釋還好懂吧!

且引人注目(鄉民:有貓我就推!)。就這樣大紅特紅起來。


補充八卦:薛丁格把實驗過程,從炸彈變成毒氣,是不是想避諱當時火藥慘遭轟炸的英國,這不得而考。然而毒氣的概念卻還是被納粹拿來應用了.....囧


總之這實驗,其實當初提出是想對哥本哈根詮釋提出修正,可惜哥本哈根詮釋仍然能解釋該實驗:,當盒子封閉時候,系統同時存在於「衰變原子/死貓」和「未衰變原子/活貓」兩種狀態的疊加態,當打開盒子,進行觀察時,波函數才塌縮為其中任意一種狀態。


聽起來還是不好理解,什麼波函數?疊加態?鄉民直接翻桌!還是貓咪最好了!「活貓或死貓同時存在」的概念,也很容易推廣成各種形式:

薛丁格的內褲:在裙子未掀起前,可說有穿、也可說沒穿      但在侵犯絕對領域時就會影響內褲狀態,因此可說有也可說沒有。
薛丁格的追蹤器:在正式調查前,可說有追蹤器、也可說沒有,但在調查中,國家機器會介入。因此可說有也可說沒有。

......................

這些都很好理解!也因此薛丁格的貓,就這樣在網路世界推廣起來。

 

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