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大学物理论文薛定谔的猫引发的思考高分子学院塑料112班卫运濛学号1103050201\n薛定谔的猫引发的思考ConsiderationsofErwinSchrödinger’scat高分子学院塑料112班卫运濛1103050201摘要：1935年，薛定谔在一篇名为《量子力学的现状》的论文上提出了这个假想的实验模型，将量子理论从微观领域带到了宏观领域，而导出和一般常识相冲突的结果。根据哥本哈根学派的解释，当观察者未打开盒子之前，猫处于一种“又死又活”的状态，该状态可以用一个波函数来描述，而波函数可由薛定谔方程解出。一旦观察者打开盒子观察，波函数会坍塌，猫呈现在观察者面前的只会是“生”或“死”的状态之一。这导致了对世界客观性和人意识的作用的讨论。关键字：薛定谔的猫；波函数坍缩；哥本哈根学派；不确定关系Abstract:In1935,Schrödingerinanarticlecalled"statusquo"ofquantummechanicspaperproposedahypotheticalexperimentdevice,andquantumtheoryfromthemicroscopicfieldtothemacroscopicfield,theresultoftheexportandcommonsenseconflict.AccordingtotheCopenhageninterpretationoftheschool,whentheobserverdidnotopenthebox,thecatisina"deadandliving"state,thestatecanbedescribedbyawavefunction,andthewavefunctionbytheSchrödingerequationsolved.Oncetheobserveropenedtheboxtoobservethewavefunctioncollapse,catpresentedbeforetheviewerwillonlybeoneofthe"raw"or"dead"state.Thisleadstoadiscussionoftheroleoftheworld'sobjectivityandhumanconsciousness.Keywords:Schrödinger'scat;wavefunctioncollapse;Copenhageninterpretationofquantummechanics;uncertaintyrelation.一，引言“\n哥本哈根派说，没有测量之前，一个粒子的状态模糊不清，处于各种可能性的混合叠加。比如一个放射性原子，它何时衰变是完全概率性的。只要没有观察，它便处于衰变/不衰变的叠加状态中，只有确实地测量了，它才会随机的选择一种状态而出现。那么让我们把这个原子放在一个不透明的箱子中让它保持这种叠加状态。现在薛定谔想象了一种结构巧妙的精密装置，每当原子衰变而放出一个中子，它就激发一连串连锁反应，最终结果是打破箱子里的一个毒气瓶，而同时在箱子里的还有一只可怜的猫。事情很明显：如果原子衰变了，那么毒气瓶就被打破，猫就被毒死。要是原子没有衰变，那么猫就好好地活着。”这个理想实验的巧妙在于，通过原子核衰变——毒药——猫，将微观和宏观联系起来，“衰变，未衰变，的叠加态”，和“猫的死，未死叠加态”联系起来，使量子力学的微观不确定关系和宏观不确定关系联系起来，微观的混沌变成了宏观的荒谬，得出了猫即死又活的佯谬。一，哥本哈根解释量子力学哥本哈根学派的解释在定量方面首先表述为海森伯的不确定关系。这类由作用量量子h表述的数学关系，在1927年9月玻尔提出的互补原理中从哲学得到了概括和总结，用来解释量子现象的基本特征——波粒二象性。所谓互补原理也就是波动性和粒子性的互相补充。在1900年发现,马克斯·普朗克辐射谱的黑色的身体只发生与离散能量分离的高压,v是价值频率和h是一个新的常数,即所谓的普朗克常数。根据经典物理强度持续这种辐射会无限生长与日益增长的频率,从而导致所谓紫外灾难。但普朗克的建议是,如果黑的身体只有交换能量的辐射场在比例等于高压,问题就会消失。事实上,吸收和发射的能量是不连续相冲突古典物理原则。几年后,阿尔伯特·爱因斯坦利用这个发现在他的解释光电效应。他建议光波被量子化,的能量,每个量子的光能够传达给电子的阴极,正是hv。下一步是在1911年当欧内斯特·卢瑟福实验进行了一些投篮阿尔法粒子成金箔。基于这些结果他可以建立一个模型的原子,原子由一个重核与正电荷包围带负电荷的电子像一个小型太阳系。也该模型相冲突的经典物理学。根据经典力学和电动力学也许有人会认为,电子绕一个带正电荷的核会不断放出辐射,以便核会很快吞下电子。正在这种情况下，玻尔为带头人的哥本哈根学派便提出了能量量子化的概念，也就是说在微观世界里，能量不是连续的，进而提出互补概念，即波动性和粒子性相互互补。哥本哈根成员都把研究重点放在量子力学基础的诠释。他们在主要的基本观点上求同存异，在切磋中提高，在争论中完善，共同形成了哥本哈根学派的主要思想和观点，被称为正统的或经典的“哥本哈根解释”。他们认为，可观察量是建立理论的基础和依据，在逻辑上无法排除人们的主观成分，因此量子理论是主客观要素的结合体；量子跃迁是量子物理的最基本的概念，微观粒子的运动是不连续的，使得测量两个彼此相连的变量遵循测不准原理，同时精确测量这两个变量就不可能；描述微观粒子的波函数是一种几率波（这主要是由德国科学家玻恩给出的解释），在宏观领域中成立的因果定律和决定论在微观领域不成立；从实验中所观测到的微观现象只能用通常的经典语言做出描述，微观粒子呈现波粒二象性佯谬是用经典语言描述的结果，因此经典语言描述的微观现象既是互补的又是互斥的。二，海森伯的不确定关系（测不准原理）在量子力学中，一个电子只能以一定的不确定性处于某一位置，同时也只能以一定的不确定性具有某一速度。可以把这些不确定性限制在最小的范围内，但不能等于零。这就是海森伯对不确定性最初的思考。海森伯不确定关系是通过一些实验来论证的。设想用一个γ射线显微镜来观察一个电子的坐标，因为γ射线显微镜的分辨本领受到波长λ的限制，所用光的波长λ越短，显微镜的分辨率越高，从而测定电子坐标不确定的程度△\nq就越小，所以△q∝λ。但另一方面，光照射到电子，可以看成是光量子和电子的碰撞，波长λ越短，光量子的动量就越大，所以有△p∝1/λ。经过一番推理计算，海森伯得出：△q△p=h/4π。海森伯写道：“在位置被测定的一瞬，即当光子正被电子偏转时，电子的动量发生一个不连续的变化，因此，在确知电子位置的瞬间，关于它的动量我们就只能知道相应于其不连续变化的大小的程度。于是，位置测定得越准确，动量的测定就越不准确，反之亦然。”　　海森伯还通过对确定原子磁矩的斯特恩-盖拉赫实验的分析证明，原子穿过偏转所费的时间△T越长，能量测量中的不确定性△E就越小。再加上德布罗意关系λ=h/p，海森伯得到△E△T