薛定諤的貓可不可以架個攝像機觀察它?

在密盒裡架一台攝像機,全程記錄打開盒子前到打開盒子後,中間發生的變化。

包括各種醫療檢測設備,全程監控貓的生理變化。

是這樣的:攝像機全程攝影(我不看)------打開盒子看一眼------完了再看錄像中打開盒子的瞬間貓是怎麼樣的狀態


謝邀,答完這個我覺得可以暫時不答知乎上的薛定諤貓的題目了。

首先答題:這麼做沒意義。

首先,薛定諤的貓作為一個思想實驗,其中提的對象都是有其抽象概念的:

1,原子是否衰變 —— 微觀疊加態

2,中子觸發的毒氣裝置—— 疊加態的傳遞和擴大

3,貓的死活——宏觀疊加態

4,盒子——內部系統與外部系統沒有信息交換

5,打開盒子 ——盒子內部系統和外部系統進行信息交換

6,看一眼——意識和觀察的參與

題主的攝像機,其抽象本質也就是3:宏觀疊加態。因而我說,是否放攝像機對於實驗並沒有區別。

但是還是仔細講一講,如果多放一個攝像機會怎樣?

為了更好的提供對比和解釋,我要放一個比攝像機更厲害的東西進去:魏格納的朋友。

魏格納有一個愛貓的朋友,他戴著防毒面具進入薛定諤的貓盒。

按說,在打開盒子之前,這個朋友應該處於「貓死了卧槽」和「太好了貓活著」兩種疊加態中

那麼問題是,顯然這朋友出來以後,一定不會認為自己經歷過這種二逼的疊加態

這裡涉及到的問題就是,疊加態何時坍縮以及為何坍縮的問題。

  1. 哥本哈根解釋:認為疊加態的坍縮是由意識參與造成的,在意識參與時,疊加態坍縮。

    這個解釋魏格納的朋友的問題就比較簡單粗暴,因為這個朋友存在意識,所以當他觀察貓的時候,貓的疊加態已經坍縮了。所以他不會處於疊加態。

    有看官就問了,別跑題啊,這個和攝像機問題有什麼關係?問的好。

    這裡的問題在於,為什麼薛定諤的貓實驗,默認疊加態會出現在貓的身上?答:原子是否衰變的疊加態→是否釋放出中子的疊加態→中子是否觸發毒氣裝置的疊加態→貓是否被毒死的疊加態

    很顯然這裡的疊加態是經過傳遞的,問題是這個傳遞是必然的嗎?其實這就是回答題主的攝像機問題。


    諾依曼(對就是那個馮諾依曼)對此提出了一個說法,就是疊加態在系統內部的傳遞。疊加態在一個系統中會逐級傳遞,從一開始的原子一級傳遞到貓一級就是這樣
    的一個過程。如果你加入一個攝像機,那無非就是加上一層」貓是否被毒死→攝像機是否拍下貓被毒死「的疊加態傳遞。就像其他答案里說的,這個問題就變成了薛
    定諤的攝像機。

    哥本哈根解釋認為,當你檢查攝像機的攝像結果之前,它其實是出於」拍到死貓「和」拍到活貓「的疊加態之中的。當你檢查結果,意識參與,疊加態才坍縮成一個確定的態。於是你只看到其中一個結果。
  2. 另外一些觀點則是不認同意識在這個過程中起到的作用。這裡的解釋流派林林總總的太多了,總體來講,是認為在微觀系統向宏觀系統的漸進中,產生的某些變化使得疊加態消失/坍縮。

    這些觀點基本認為,在薛定諤的貓的實驗是分成兩個階段的,一個是純粹的微觀階段,也就是原子衰變→釋放中子。一個是純粹的宏觀階段,即毒氣毒殺那隻貓。而疊加態的坍縮發生在中子觸發毒氣裝置的過程,即微觀向宏觀過度的過程中。

    這些觀點認為毒氣裝置其實就是一套觀察裝置,而即使沒有意識的參與,有效的觀察本身就已經破壞了疊加態。因而在具體的實驗中,貓並未,也從沒有陷入過又死又活的疊加態。當然魏格納的朋友也就更不會進入又高興又難過的疊加態了。

    這種觀點的好處是摒棄了意識這個難以定義,難以數學化的概念。而且能夠比較容易的解釋量子擦除實驗的結果:以偏振光量子擦除實驗為例子:疊加態的坍縮是由於有效的觀察(對光子進行偏振標記)造成的,而如果讓觀察無效化(抹去偏振標記),疊加態又會重新出現。而只要光子被標記了,無論人類的意識是否獲悉觀察的結果(即能否識別光子上的標記),都不影響實驗結果。

    在這種解釋中,攝像機觀察到的至少宏觀的非疊加的貓。貓的死活已經在毒氣裝置那一層的時候已經決定下來,所以攝像機放著跟不放也是沒區別的。
  3. 多世界理論:認為所有的結果同時存在於不同的世界中。

    這個就比較科幻了。簡單的說,就是多世界理論認為存在一個原子衰變-釋放毒氣貓被毒死的世界,也存在一個原子不衰變貓沒死的世界。

    而這兩個世界是在其中一個世界原子發生衰變的時候就分裂開來獨立存在了。於是一個世界的魏格納的朋友在說,卧槽死了。另一個世界的他則是為貓活下來而高興。至於兩個世界的攝像機,則忠實的記錄下了這一切。

    當然多世界理論並不等同於平行世界。畢竟前者還是要解釋客觀擦的疊加態的問題的(比如托馬斯楊的單電子雙縫干涉實驗)。一般多世界理論會認為這是兩個世界之間的互相干涉。這就越扯越玄乎了。

    一種比較熱門的多世界理論的模型是,所有多世界的總和也就是不同歷的平行世界,構成了更高一級的維度。(在這裡召喚三體粉和星際穿越粉),個人來講,我覺得是假設太多,而且幾乎不能證偽。我個人並不支持拿著奧卡姆剃刀到處揮,但是還是覺得多世界理論還是覺得太過科幻了。

以上:

1,攝像機並不改變薛定諤的貓的實驗性質。

2,魏格納的朋友在貓盒系統內部引入意識,我們基於這個來討論不同學派如何解釋疊加態的問題。

3,不同學派的解釋如上。


薛定諤貓的本意是把微觀粒子的疊加態推廣到宏觀尺度上,用來展現量子力學與實際經驗的相悖之處。


如果把它當做嚴肅的物理實驗對待的話,這個實驗有兩大漏洞:

1、因為貓是宏觀物體,不會展現疊加態,所以只可能非生即死,不會半生半死。

2、需要有個設備檢測粒子狀態,從而決定是否打破毒氣瓶。在設備檢測的時候,粒子的波函數已經坍縮。

所以,無論架不架攝像機,對實驗本身不會有任何影響。


沒有必要。

首先你得明白,你究竟想證明什麼?薛定諤的貓只是用來擠兌經典解釋(哥本哈根解釋)提出的思想實驗。薛定諤認為按照經典解釋,貓將會處於量子疊加態,在觀測時才坍縮。而貓處於疊加狀態看起來是個違反常理的論斷,薛定諤的貓作為思想實驗,它的本意就是攻擊或者駁倒哥本哈根解釋而非證明它,很多人恰恰把它的意義搞反了。

然而就目前而言,量子理論有多種解釋方式,而且誰都沒能證明其他方式是錯的。即便薛定諤的貓並不是疊加態,也並不能推翻量子理論本身,只能證明量子理論經典解釋不合理,但量子理論還有多種其他的解釋方式呢,而這些解釋方式或者並不要求物體處於疊加態,或者並不要求由觀測者導致坍縮。

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鑒於很多人對這些方式有疑問,此處補充一段,來專門說明不同的量子理論解釋:

  • 1. 哥本哈根解釋:世界只有一個,歷史也只有一個,觀測導致波函數坍縮為一個具體的狀態,未觀測時量子處於多種狀態的疊加。(注意按照這個經典解釋,使用一個光子擊中被觀測粒子也是一種觀測,這種觀測並不要求觀測者有意識,只需要觀測者與被觀測者有交互,你能看見被觀測者就至少證明有光子打到了被觀測者身上,因而,被照亮即被觀測,無論有沒有人看見。)
  • 1.5 意識流解釋:這算是哥本哈根解釋的變種,認為,有意識的觀測者才導致波函數坍縮,無意識的觀測者將導致疊加傳遞,使該觀測者也進入疊加態,直到被有意識的觀測者觀測到為止。(例如,攝像機沒有意識,因而攝像機會進入拍攝到兩種狀態的疊加態,直到人類觀測這個攝像機的拍攝結果為止,薛定諤的貓變成了薛定諤的攝像機。如果有計算機分析攝像機的拍攝結果,那麼計算機也會進入疊加態,直到人觀測計算機運算結果為止。)
  • 2. 多世界解釋:波函數導致多個世界的產生,量子的每個狀態處於不同的世界,意識觀測到哪種狀態取決於你位於哪個世界。不需要任何觀測就能導致波函數坍縮,波函數原本就在不同的世界中坍縮到不同的狀態,我們所在的世界只是高維世界在三維世界中的某個投影,這樣的投影有無數個。
  • 3. 隱變數解釋:存在某種無所不知的量子勢,能夠檢測到整個宇宙的狀態,並且實時的(超光速的)發生作用。它使得波函數可以在觀測到整個系統的狀態下瞬間選擇需要坍縮到的狀態,不依賴於觀測者。——提示一下,本人對該解釋的描述可能是錯的,但該解釋確實是存在的。
  • 4. 系綜解釋:物理量只對平均狀況才有意義,對於單個粒子沒有意義,單個粒子處於哪個狀態只能存在統計意義上的平均狀況。
  • 5. 自發定域理論:任何系統均與環境發生交流,粒子與環境的交流有小概率導致波函數坍縮,當粒子足夠多時,概率不斷疊加,導致大範圍坍縮。因此,波函數的坍縮原因是粒子足夠多因而發生的交流足夠多。在這個理論中,薛定諤貓以及黑盒子內的裝置因為粒子足夠多,所以足以導致坍縮到某個特定的狀態。人類能觀測到坍縮後的狀態,僅僅因為人類的腦袋足夠大。
  • 6. 多歷史理論:世界仍然有無窮多個,粒子的每個狀態原本就都存在於不同的世界,每個世界的粒子處於不同的狀態。當你觀測這個粒子的狀態時,這個粒子的其他歷史狀態被某個看不見的剃刀抹去了,你沒法知道其他的所有歷史狀態,只能感受到你當前觀測到的這個狀態。換句話說,歷史本來就有很多種,只是由於某種原因,你只觀測到了一種歷史。

薛定諤的貓,一般來說是針對「意識流解釋」提出的思想實驗。是為了諷刺「意識決定存在」的不合理性。哥本哈根解釋對觀測的定義確實有不同的流派,有認為觀測只需要光子,有認為觀測必須要意識,我把他們都歸於第一類解釋。

多世界解釋與多歷史解釋將繞過薛定諤的假定,貓在多個世界中分別經歷了自己的狀態,並不需要疊加了,其實這不在本問題討論的範圍。——但根據投票,多世界與多歷史解釋是現在最多物理學家贊同的主流解釋,所以也提出一下。

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我個人的觀點是:

  • 如果按照哥本哈根經典解釋,粒子與毒氣交互,毒氣與貓交互,因為存在交互,毒氣瓶跟貓本身當然也是觀測者,所以它的狀態當然是確定的。並不是疊加態。作為智慧生物,人類與貓並沒有本質的不同。所以貓作為觀測者已經確定了坍縮發生,它不可能處於疊加狀態。認定人類是個不同於其他動物的觀察者並無科學道理。這個思想實驗不能證明任何東西。
  • 至於按照意識流解釋,確實貓應該處於疊加態,但這個我是不贊同的,畢竟馮諾伊曼的疊加傳遞理論有漏洞。實際上,支持意識流解釋的物理學家正在逐年減少。
  • 如果要證明貓處於多種狀態,恐怕必須引入多世界或者多歷史理論才行,但在這兩個理論中,貓在各自的世界中仍然是唯一狀態,而非疊加狀態。疊加狀態從概念上看是哥本哈根解釋的產物。
  • 量子計算機的實現,從原理上大抵能說明,多世界解釋似乎比哥本哈根解釋更能合理的解釋量子計算機的原理。

結語:

狀態疊加-觀測導致坍縮的這種解釋只是對量子理論的一種解釋,不是唯一的一種,如果你選擇不相信這種解釋,而是相信其他解釋中的一種,或者提出自己的新解釋,這都沒有問題,甚至可能比糾結相對論更好玩。畢竟相對論是被理論和實踐證明的東西,你想提出什麼妖蛾子幾乎不可能,而量子解釋方式目前並沒有完全確定誰是正確的。


我認為你需要這個

Wigner"s friend


那就成了薛定諤的攝像機了


精確地說:當觀測結果與人的意識相連的一瞬間波函數塌縮。


看來你還是不明白薛定諤的貓要表達的是什麼意思。


答:沒有意義,這和直接打開看沒區別。

題主在這個問題中把實驗完全給具象化了,這裡並不是真的去看原子會不會衰變,貓是死是活,設計本意是去反駁哥本哈根派對雙縫干涉試驗中電子的行動軌跡處於疊加態的解釋。

這個話題能被討論研究這麼多年的主要原因之一就是其本身的不可證偽性。


對於攝像機來說,它看到了唯一的結果,而包含攝像機和貓的整個盒子在外人試圖觀察之前,處於「貓死了且攝像機觀察到貓死了」和「貓沒死且攝像機觀察到貓沒死」兩種狀態的疊加態。這顯然不矛盾,對吧。


對於這個思想實驗而言,攝像機和貓有本質區別嗎?

只是將你所不理解的對貓發生的事轉嫁到攝像機而已。

薛定諤的貓=&>薛定諤的攝像機。


你在攝像機里尋找打開盒子那一瞬間的錄像,觀看這一時刻貓的狀態,在此之前仍然是貓死貓活兩個疊加態。攝像機的存在並沒有改變這一特性。而任何試圖對量子態進行觀測的行為,都將導致波函數的塌縮,塌縮至貓死或者貓活兩本徵態之一。@小曾


不能。

一旦被以任何形式觀察,結果即確定。


薛定諤的貓是說瞬間測不準的,【全程】就不是瞬間了,如果用攝像機,不如直接等打開蓋子之後看一眼。


觀察者會破壞結果。

觀察者不需要有生命


因為量子態在宏觀是不存在的,所以用宏觀的事物舉例是非常蠢的,普通人幾乎不可能理解貓除了死和活,其實還是有一個半死半活的狀態,這個狀態和死、活是並列的3個狀態。普通人幾乎怎麼也理解不了半死半活是怎麼樣一個狀態。

其實最直觀的一個實驗是楊氏干涉實驗,光子的波粒二象性,讓光通過雙縫時會出現干涉,導致後面呈現明暗相間的多個條紋,這就是量子態的表現。而一旦我們在雙縫的地方放一台精確度極高的攝像機(注意這個攝像機是外部的觀察,而非盒子內的攝像機),也就是進行了「測量」,干涉圖就消失了,變了正常的2條光紋。

如果真要理解貓的半死半活,可以參考楊氏干涉實驗,貓具有波動性,在生和死之間不停地搖擺,其實波動性常人也很難理解。波動所具有的波長與頻率意味著它在空間方面與時間方面都具有延伸性。而粒子總是可以被觀測到其在某時間與某空間的明確位置與動量。有波動性的貓在空間和時間上的延伸性,簡單來說貓已經變成4維物體,在時間這個度量上也有一個長度值,不像普通3維物體只存在於某個特定時間點,而是在一個時間區間內都存在(這個區間里有些時間點貓是死的有些時間點貓是活的),且在「測量」後,可以選擇某個時間點的存在回歸成3維物體。

所以題主的攝像機如果在盒子里,那也會和貓變成一樣的狀態,測量後,一旦貓是死的,那拍攝到的也是死的,一旦貓是活的,拍攝到的也是活的。攝像機的波動和貓的波動保持一致。


光量子的疊加態已經有實驗做出來了,圖片就是一隻貓的剪影,發表在NATURE。


問題在於你只要去觀測它,概率波就會坍縮。

就像你做一件事之前它有無數的可能性,等你做完了就坍縮成一個了。所以你在永遠不可能通過實測得到各種結果的可能性,你只知道它是各種可能的疊加態


不行。你沒理解。任何觀察者都不可以存在。去看球狀閃電。


不可以

我打個比喻,你就明白了。

你和一個妹子關係很曖昧,男未婚女未嫁,你明確對她有意思,而你感覺她呢,好像對你有點意思,又好像就是把你當普通朋友。(她就是那隻貓)所以,問題來了,你是去表白,還是不去表白?(是否去表白就好比你是否去打開箱子)因為你表白後,有可能被接受(貓活),也有可能被拒絕(貓死)。

假設妹子心裡也正處於一種不確定的狀態,自己也不清楚是否想需要和你發展成戀人,或者是維持朋友關係,二者佔比各50%。(如薛定諤的試驗,50%的概率毒氣施放和50%的毒氣未施放)。

因此,你的行為和妹子的行為是相互影響的:

(1)假設你表白了,在不合適的時間,或者是不合適的地點,或者遇上妹子心情正好不爽,那就糟了,因為不但表白失敗,而且你們今後的關係可能會非常尷尬,甚至曖昧破裂,漸行漸遠成為路人。(開箱子以後,貓死了)

(2)如果你運氣好,表白成功,那祝福你們。(開箱子以後貓活)

你說的攝像機是什麼呢?

就是妹子心中的那隻小魔鬼(潛意識),一念之間,會接受或者拒絕你。你為了提高表白的確定性,就只能去找她的閨蜜或者朋友去私下向她探索確定性,但是這個還是不準的,她有可能告訴閨蜜她的心意,但是連她自己也是55開不確定的。很多人的決策由有潛意識決定的,但目前還沒有任何科學方法,能準確測出人潛意識。

所以,常見的情況是,很多人就選擇不表白。這樣做是不是一定好呢,就是另外一個話題了。

所以,這就是薛定諤的貓試驗中的「測不準原理」,明白了么?量子物理就是一門生活哲學啊!

(PS.兄弟!直男癌誤終生啊,這是我多次血淚教訓才悟出來的經驗啊!寫Cry了)


樓上一群人真是把一個非常嚴謹的物理問題當成哲學段子來回答。

首先搞清楚盒子里有沒有「光」,這裡說的是廣義的光包括各種紅外線紫外線等。

如果沒有光 攝像機有個毛用啊。

如果有光,那光子就破壞了盒子里的量子態,貓也就不是疊加態了。


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